“瑪麗卡”號(hào)FPSO危險(xiǎn)區(qū)域電氣設(shè)計(jì)

程偉+孫豐雷

摘 要：闡述了 “瑪麗卡”號(hào)FPSO的危險(xiǎn)區(qū)域電氣設(shè)備選型和布置原則，同時(shí)，在此基礎(chǔ)上對(duì)FPSO上危險(xiǎn)區(qū)域的電氣設(shè)備和探測設(shè)備的布置進(jìn)行分析，并進(jìn)一步對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)電氣施工工藝進(jìn)行總結(jié)，將對(duì)海工項(xiàng)目危險(xiǎn)區(qū)域電氣設(shè)計(jì)提供一定的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)區(qū)域；防爆設(shè)備；選型及布置

中圖分類號(hào)：661.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Based on the experience in the construction of FPSO “MARICA”， this paper expounds the principle for selection and arrangement of electrical equipment in hazard area of FPSO， the layout of the electrical equipment and detection equipment and the electrical equipment installation procedures.

Key Words： Hazard Area； Explosion-proof Equipments； Type selection and arrangement

1 引言

“瑪麗卡”號(hào)FPSO是由中船澄西船舶（廣州）有限公司承接的大型VLCC改裝FPSO項(xiàng)目，其詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)改裝部分由我院負(fù)責(zé)，目前本項(xiàng)目已順利交船。本著吸收先進(jìn)海工設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化相關(guān)技術(shù)的原則，國家發(fā)改委立項(xiàng)以VLCC改裝為FPSO實(shí)船改造為目標(biāo)，掌握改造可行性論證及總體設(shè)計(jì)技術(shù)和建造技術(shù)，并在深入研究和優(yōu)化的基礎(chǔ)上創(chuàng)新完成一型擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的VLCC改造為FPSO設(shè)計(jì)及建造技術(shù)方案。

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船（FPSO）是近海石油和氣體行業(yè)最重要的發(fā)展概念之一，它們的使用為在大陸架和深海地區(qū)的儲(chǔ)存提供了經(jīng)濟(jì)的解決方法。因此，吸收國外先進(jìn)設(shè)計(jì)和管理技術(shù)，嚴(yán)格合理的選擇和布置危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備，對(duì)海洋工程的發(fā)展具有很大意義。

2 危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

根據(jù)ABS MODU 2006 PART 4 Chapter 3 Section 6（Hazardous Areas）中對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的相關(guān)描述，將危險(xiǎn)區(qū)域定義為：易燃易爆的蒸汽、油氣、塵?；虮ㄎ锿ǔ＜鄣膮^(qū)域?yàn)槲ｋU(xiǎn)區(qū)域。并將危險(xiǎn)區(qū)域劃分為三類：

ZONE 0——爆炸性混合物（油氣、蒸汽或霧）連續(xù)出現(xiàn)的區(qū)域；

ZONE 1——正常工作是容易產(chǎn)生爆炸性混合物（油氣、蒸汽或霧）的區(qū)域；

ZONE 2——在正常工作時(shí)不容易產(chǎn)生爆炸性混合物（油氣、蒸汽或霧），即使產(chǎn)生也只存在一小段時(shí)間的區(qū)域。

根據(jù)FPSO特性及使用特點(diǎn)，危險(xiǎn)區(qū)域主要為：

（1）0類危險(xiǎn)區(qū)

原油艙及直接與之相連通的管路的內(nèi)部空間；原油處理系統(tǒng)、天然氣輸送系統(tǒng)、天然氣燃料系統(tǒng)中的管路、泵、壓縮機(jī)、容器等的內(nèi)部空間。

（2）1類危險(xiǎn)區(qū)

原油泵艙；與原油艙相鄰接的空艙以及壓載水艙；在原油艙上方并與之相鄰的圍蔽及半圍蔽處所；原油泵艙、原油艙、原油處理系統(tǒng)、油氣水處理系統(tǒng)、原油及天然氣管路系統(tǒng)等的通風(fēng)口、透氣口周圍以 3 m為半徑的球體空間；油漆間；轉(zhuǎn)塔式的系泊裝置艙；蓄電池間等處。

（3）2類危險(xiǎn)區(qū)

原油艙整個(gè)區(qū)域向前、后各延伸 3 m的甲板上向上延伸 2.4 m的區(qū)域；原油處理系統(tǒng)所在的整個(gè)模塊上的區(qū)域；原油處理模塊、原油及天然氣管路上的任何法蘭、閥件及軟管接頭處周圍以 3 m為半徑的區(qū)域。

除此之外，根據(jù)ABS規(guī)范的相關(guān)要求，安裝有應(yīng)急切斷后還需工作的防爆設(shè)備所處的露天區(qū)域應(yīng)被視為2類危險(xiǎn)區(qū)域，如安裝有火警探頭、應(yīng)急照明燈等設(shè)備的露天區(qū)域。

3 防爆電氣設(shè)備分級(jí)

為保證FPSO生產(chǎn)安全，危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備選型時(shí)，需嚴(yán)格按照危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)和爆炸氣體特性選取相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備進(jìn)行安裝布置，危險(xiǎn)特性分級(jí)如下：

（1）防爆電氣溫度組別分類

T1——450 ℃；T2——300 ℃；T3——200 ℃；

T4——135 ℃；T5——100 ℃；T6——85 ℃；

（2）防爆電氣設(shè)備級(jí)別分類

ⅡA——石油氣、氨氣；ⅡB——甲醛、乙烯；ⅡC——乙炔氣、氫氣；

（3）防爆設(shè)備根據(jù)其所處危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)不同，采用不同的保護(hù)型式，見表1。

4 危險(xiǎn)區(qū)域電氣設(shè)備要求

4.1 危險(xiǎn)區(qū)域電氣設(shè)備的選型和布置

為了保證FPSO在整個(gè)運(yùn)行期間的安全，應(yīng)盡量減少危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的危險(xiǎn)源，必須在危險(xiǎn)區(qū)域安裝的電氣設(shè)備需選用相應(yīng)的防爆等級(jí)，其選型和布置大致應(yīng)滿足：

（1）危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)減少到最低限度?？梢圆辉谖ｋU(xiǎn)區(qū)內(nèi)安裝的電氣設(shè)備，應(yīng)盡量移至安全區(qū)內(nèi)安裝，一方面可以減少危險(xiǎn)源，另一方面可以節(jié)省建造成本；

（2）危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的照明開關(guān)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)器和分配電箱等易產(chǎn)生電弧和電火花的設(shè)備應(yīng)盡量移至安全區(qū)安裝；

（3）危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)所有的設(shè)施及管路都應(yīng)采用導(dǎo)電連接和接地以避免靜電火花；

（4）根據(jù)不同危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)選擇合適的設(shè)備防爆型式；

（5）由于一般會(huì)有便攜式照明設(shè)備，故選用的燈具應(yīng)滿足：

帶有獨(dú)立蓄電池的本質(zhì)安全型、隔爆型燈具，或具有正壓外殼的空氣驅(qū)動(dòng)型空氣驅(qū)動(dòng)型燈具；

（6）由于FPSO主甲板工藝區(qū)域附近一般配有作業(yè)吊機(jī)，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，貨油艙上方高出2.4 m以內(nèi)的露天甲板區(qū)域也屬于危險(xiǎn)區(qū)域，故根據(jù)吊機(jī)型式的不同也應(yīng)注意相應(yīng)的防爆措施。如吊機(jī)電機(jī)布置在安全區(qū)，則吊機(jī)電氣設(shè)備可不考慮防爆；如吊機(jī)電機(jī)布置在底部危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，則必須選用防爆電動(dòng)機(jī)以滿足使用環(huán)境要求，但其控制箱應(yīng)安裝在安全區(qū)內(nèi)；endprint

（7）危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)通、無線電、導(dǎo)航設(shè)備也應(yīng)選擇對(duì)應(yīng)的防爆類型，主要為生產(chǎn)工藝區(qū)域的廣播、電話和手提電話等現(xiàn)場設(shè)備；中頻、高頻的發(fā)信天線必須安裝在安全區(qū)；

（8） FPSO上有直升機(jī)平臺(tái)，為滿足直升機(jī)運(yùn)行需要，配置有航空燃油儲(chǔ)罐和加油設(shè)施，因此，直升機(jī)燃油儲(chǔ)罐附近和加油口附近屬于危險(xiǎn)區(qū)域，其附近的設(shè)備也要選用防爆型，并在儲(chǔ)罐和加油口附近設(shè)置可燃?xì)怏w探測器進(jìn)行監(jiān)測，設(shè)置消防滅火設(shè)備保證運(yùn)行安全，同時(shí)可設(shè)置直升機(jī)甲板視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于直升機(jī)起降和消防滅火的監(jiān)控。

4.2 危險(xiǎn)區(qū)域的探測報(bào)警

危險(xiǎn)區(qū)域的防爆除選用相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備外，還配有相應(yīng)的火警探測報(bào)警設(shè)備以預(yù)防和避免風(fēng)險(xiǎn)。探測系統(tǒng)能對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的危險(xiǎn)氣體進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測并將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋給控制中心進(jìn)行監(jiān)督。為保證準(zhǔn)確、可靠地探測危險(xiǎn)區(qū)域的可燃?xì)怏w泄漏，每個(gè)可能存在危險(xiǎn)源的處所均需設(shè)置至少2個(gè)對(duì)應(yīng)的可燃?xì)怏w探測器。危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的探測器根據(jù)可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)氣體類型選擇合適的探測器和安裝位置：對(duì)蓄電池間等可能由蓄電池溢出氫氣的場所，選用氫氣類探頭，一般安裝在房間頂部；工藝處理模塊等可能產(chǎn)生硫化氣體的場所，由于可燃?xì)怏w一般積聚在底部，故選擇硫化類探頭，安裝在相對(duì)較低處；1 類、2 類危險(xiǎn)區(qū)的圍蔽處所及其排風(fēng)口處、與危險(xiǎn)區(qū)相鄰的圍蔽的非危險(xiǎn)處所的出入口及通風(fēng)進(jìn)口處應(yīng)安裝有相應(yīng)的可燃?xì)怏w探頭。

為及時(shí)處理危險(xiǎn)，避免災(zāi)害的發(fā)生，可燃?xì)怏w的探測還設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警閥值，達(dá)到爆炸下限的20%時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)警；達(dá)到爆炸下限的50%時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。同時(shí)探測系統(tǒng)與應(yīng)急切斷系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，在報(bào)警的同時(shí)可根據(jù)設(shè)定的邏輯控制程序?qū)ξｋU(xiǎn)區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行關(guān)斷，保證船舶自身的安全。

5 危險(xiǎn)區(qū)域電氣工藝

危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備在安全運(yùn)行時(shí)，不僅在選型上要滿足其使用環(huán)境的要求，其安裝和布置工藝上也要滿足一定的要求。

FPSO上電氣危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)設(shè)備的施工工藝一般應(yīng)滿足：

（1）在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)使用的電纜（除照明電纜外）應(yīng)敷設(shè)在接頭為氣密的厚壁鋼管內(nèi)。照明電纜可不穿管，但必須帶聚氯乙烯（PVC）外護(hù)套，并通過氣密的填料函進(jìn)防爆燈；

（2）電力單芯電纜一端接地，如果電纜全部在安全區(qū)域在供電端接地。如果有一段在危險(xiǎn)區(qū)域則在危險(xiǎn)區(qū)域接地。如果中間在危險(xiǎn)區(qū)域兩端均為安全區(qū)域，原則上需要在中間危險(xiǎn)區(qū)域位置設(shè)置接地點(diǎn)；

（3）儀表電纜接地外護(hù)套需要PE接地并且兩端接地，內(nèi)護(hù)套一端接地。并且需要保持整根電纜內(nèi)屏蔽層的電氣連續(xù)性；

（4）安裝在危險(xiǎn)區(qū)域的設(shè)備須為防爆型設(shè)備 （帶EEx 標(biāo)記或帶多種防爆標(biāo)記相結(jié)合的防爆設(shè)備）且有認(rèn)可證書，同時(shí)具有安裝環(huán)境所需的防護(hù)形式。設(shè)備應(yīng)具有清晰的銘牌，顯示：廠商、型號(hào)、防爆形式、設(shè)備等級(jí)、測試機(jī)構(gòu)的名稱和證書號(hào)等；

（5）浮式裝置應(yīng)設(shè)置有與穿梭油輪跨接的防靜電接地裝置，用 35 mm?多股銅芯電纜進(jìn)行兩處相連，以保證輸油狀態(tài)下的等電位連接；

（6）電纜進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)應(yīng)安裝防爆填料函，填料函應(yīng)保證在危險(xiǎn)區(qū)和安全區(qū)之間氣密。填料應(yīng)是不燃或滯燃型的；

（7）危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備連同其基座應(yīng)牢靠固定，相應(yīng)的電纜托架及支架也要牢靠地固定，防止松動(dòng)滑移；

（8）危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備外殼應(yīng)可靠接地，其接地線規(guī)格選擇應(yīng)符合規(guī)范要求；

（9）應(yīng)按規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)浮式裝置需要避雷的設(shè)施和處所采取有效的避雷措施。

根據(jù)本船的結(jié)構(gòu)與設(shè)備布置，考慮保護(hù)范圍覆蓋，除部分模塊化設(shè)備自帶的防雷設(shè)施外，在火炬塔、雷達(dá)桅、透氣桅上設(shè)有避雷裝置，用以保護(hù)全船設(shè)備安全。

6 結(jié)語

隨著陸上資源的日益減少，海洋資源的探測與開發(fā)逐漸成為國內(nèi)外焦點(diǎn)，隨之配套的海工裝備的發(fā)展和制造已經(jīng)成為各大船舶制造企業(yè)的重要組成部分。由于海上環(huán)境復(fù)雜多變，油氣采集和儲(chǔ)運(yùn)裝備上存在較多危險(xiǎn)源，保證海上安全是海工裝備發(fā)展的重中之重。因此，我們?cè)诤９ぴO(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，根據(jù)區(qū)域內(nèi)的危險(xiǎn)源性質(zhì)對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域定級(jí)，必須布置在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備需選擇符合要求的危險(xiǎn)防護(hù)等級(jí)，同時(shí)在施工過程中應(yīng)保證防爆電氣設(shè)備可靠合理的安裝，并對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。通過對(duì)“瑪麗卡”的分析整理，我們可以吸取國外在FPSO危險(xiǎn)區(qū)域劃分控制和安裝布置方面的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，了解FPSO危險(xiǎn)區(qū)域控制中的相關(guān)做法，為后續(xù)的海工項(xiàng)目提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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