淺析DP3鉆井船通風控制

汪 達，張 威，范 劍

（1.上海振華重工集團有限公司，上海 200123；2.康士伯控制系統(tǒng)上海有限公司，上海 201206）

淺析DP3鉆井船通風控制

汪 達1，張 威1，范 劍2

（1.上海振華重工集團有限公司，上海 200123；2.康士伯控制系統(tǒng)上海有限公司，上海 201206）

通風專業(yè)在海工項目中顯得尤為重要，不僅取決于各個海工項目的復(fù)雜程度，更是因為它直接關(guān)系到安全，因此通風成為一個獨立的專業(yè)也就不足為奇了。對于一個完整的防火劃分的區(qū)域，它的通風系統(tǒng)是獨立的[1]，所以在火區(qū)劃分復(fù)雜的DP3鉆井船上，通風子系統(tǒng)就非常多，對于整個系統(tǒng)的控制更是重中之重，不僅與中央控制系統(tǒng)有關(guān)，更與安全系統(tǒng)息息相關(guān)。文章主要闡述了鉆井船的通風系統(tǒng)具體是如何控制的。

通風；控制；鉆井船

0 引言

隨著海洋工程的發(fā)展，越來越多的高性能、高科技的機械設(shè)備被工程船舶所應(yīng)用，這樣對于通風專業(yè)的研究與發(fā)展提出了更高的要求。在工程船舶作業(yè)過程中，產(chǎn)生的有毒有害、可燃氣體、粉塵等都將對作業(yè)人員造成危害，進而研究如何更有效地控制和調(diào)節(jié)室內(nèi)的通風系統(tǒng)，保證機械設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，以及人員的健康和安全意義重大。緊湊型DP3鉆井船（見圖1）設(shè)計技術(shù)要求較高，在國內(nèi)發(fā)展有限。因其空間分割的要求，通風子系統(tǒng)根據(jù)火區(qū)劃分變得多而復(fù)雜[1]。

圖1 鉆井船模型

1 風機控制

風機的啟動器在馬達控制中心里，風機可以在

就地以及遠程啟動、停止。正常情況下，風機室設(shè)置在遙控模式并由中央控制系統(tǒng)控制。中央控制系統(tǒng)發(fā)送啟動、停止命令給馬達控制中心。中央控制系統(tǒng)從馬達控制中心那里接收每一個風機的運行、故障、遙控允許等信號?？刂七壿嬕姳?。

表1 風機控制邏輯

需要維持正壓的處所同時又有機械進出風機的，進風機先啟動而后再啟動排風機；需要維持負壓的處所同時又有機械進出風機的，排風機先啟動而后再啟動進風機。

2 風閘控制

船體所有風閘都是氣動并且是fail-safe形式的。fail-safe是指在氣源失效的情況下，風閘會自動關(guān)閉。風閘也在熔絲保護的溫度到達時自動關(guān)斷。中央控制系統(tǒng)接收風閘的開關(guān)狀態(tài)信號。船員可以通過中央控制系統(tǒng)MIMIC手動開關(guān)風閘?；饸庀到y(tǒng)通過控制電磁閥實現(xiàn)風閘的關(guān)斷。對于動力定位系統(tǒng)相關(guān)的房間，如機艙、推進器間、推進器通道?；饸庀到y(tǒng)到電磁閥的控制信號通常是 NDE (Normally De-energized)[2]形式。NDE形式，通常情況下電磁閥是不帶電的，氣動閥打開，讓空氣進入風閘維持風閘開的狀態(tài)。對于非動力定位系統(tǒng)相關(guān)的房間，其控制信號是NE (Normally Energized)[2]形式，如果風閘關(guān)閉了并且沒有被火氣系統(tǒng)復(fù)位，船員是無法通過中央控制系統(tǒng)開關(guān)風閘的。手動閥的作用也是從艙壁的兩邊去關(guān)斷風閘，在正常情況下它們應(yīng)該是打開的，如圖2所示。

生活樓的防火風閘同樣也是由氣動控制器控制。風閘通常是分組控制的，每組都是一個完整的區(qū)域，并且由一個電磁閥控制?；饸庀到y(tǒng)控制電磁閥的開閉信號。風閘的位置信號送到中央控制系統(tǒng)，然后由中央控制系統(tǒng)送到火氣系統(tǒng)，在正常情況下，沒有火氣被探測到時，船員可以通過中央控制系統(tǒng)開關(guān)風閘，兩邊的就地控制打到“開”狀態(tài)。電磁閥的控制信號是有源形式的。在就地包含開關(guān)選擇以及風閘開關(guān)指示，如圖3所示。

圖2 風閘控制原理圖（機械區(qū)域）

圖3 風閘控制原理圖（生活區(qū)域）

3 風機風閘連鎖

風機只能在風閘完全打開的情況下啟動。風機在相關(guān)風閘關(guān)閉的情況下自動關(guān)閉。如果是在就地模式中央控制系統(tǒng)不能啟動風機，之前的連鎖也不存在。以上的連鎖只適用于一對一的情況，多對多的情況在下文中詳細說明。

發(fā)電機艙室（見表2）是情況比較復(fù)雜的，具體分析如下：

1）工況1：2臺發(fā)電機都運行；所有的供風機都開，排風則是50%機械通風，50%自然通風。

2）工況2：1臺或者沒有發(fā)電機運行；1臺50%或者是2臺25%的供風機運行，排風則是自然通風。

中央控制系統(tǒng)控制設(shè)計如下：

1）同一房間50%供風風機關(guān)了則50%排風風機也關(guān)了，適用于1、2、3號機艙；

2）同一房間50%排風風機關(guān)了則50%供風風機也關(guān)了，適用于1、2、3號機艙；

3）當25%供風風機關(guān)，另一臺25%供風風機和50%排風風機也關(guān)了；

4）如果50%排風風機關(guān)了，則2臺25%的供風風機也關(guān)。

從而保持進出風量的一致[3]。操作人員則需要統(tǒng)計每個風機的運行時間，來保證風機更長的使用壽命。

而表3所示的情況則是一個風機對多個風閘。很顯然，當總風閘關(guān)了，相對應(yīng)的風機也關(guān)了。

表2 發(fā)電機艙室通風系統(tǒng)設(shè)備關(guān)系表

表3 單個風機對應(yīng)多個風閘的通風系統(tǒng)設(shè)備關(guān)系表

然而，最終中央控制系統(tǒng)的控制邏輯設(shè)計是這樣的：2個風機與8個風閘互相連鎖（DFG-5254048, DFG-5254047、DFG-5254050、DFG-5254046、DFG-5255079、DFG-5255078、DFG-5255050和DFG-5255046），如果有任何一個風閘關(guān)了，那么中央控制系統(tǒng)會自動關(guān)閉2個風機并報警。供風機與排風機必須處于同一狀態(tài)。如果一個風機關(guān)了，中央控制系統(tǒng)會自動關(guān)閉另一個風機并報警。這是因為其余的幾個風閘的通風量也非常大。

這種情況同時也得考慮水密風閘。水密風閘是用在水淹、破艙情況下用于隔斷通風風管的。中央控制系統(tǒng)可以控制水密風閘的開閉。在正常情況下

所有的水密風閘都是開著的。當發(fā)生進水情況時，中央控制系統(tǒng)會自動關(guān)閉相對應(yīng)的水密風閘并發(fā)出報警。中央控制系統(tǒng)通過檢測水密風閘外面艙室的進水報警，通常是通過探測FLOODING的液位傳感器，同時滿足條件艙室中有污水井液位傳感器也報警，以免發(fā)生誤報警的情況。

危險區(qū)域一般是設(shè)計為負壓，當排風風閘關(guān)閉了，排風的風機也自動關(guān)閉。這時，考慮到蓄電池氫氣的濃度不斷上升，可以設(shè)計不關(guān)閉進風風閘，這樣氫氣的濃度就降低了（見表4）。為了維持這個負壓，用一個壓差傳感器去監(jiān)測，一旦平衡打破就通過中央控制系統(tǒng)報警。

表4 2號蓄電池間通風系統(tǒng)設(shè)備關(guān)系表

那么當什么情況下防火風閘會關(guān)閉呢？正常情況下防火風閘是打開狀態(tài)的，只有當確認著火狀態(tài)的情況下，風閘會自動關(guān)閉，這個動作是通過火氣系統(tǒng)實現(xiàn)的。

當應(yīng)急切斷系統(tǒng)要隔離一個區(qū)域，它會給火氣系統(tǒng)一個信號通過火氣系統(tǒng)關(guān)閉風閘。同時，應(yīng)急切斷系統(tǒng)自動切斷供排風機。

以下幾種表決邏輯是通過火氣系統(tǒng)來判斷一個火區(qū)內(nèi)是否著火：

1）觸動任何1個手報按鈕（重要的處所如機艙沒有切斷動作，保持通風系統(tǒng)）；

2）觸動任何2個感煙、火焰、感溫探頭；

3）釋放任何1個就地滅火系統(tǒng)；

4）觸動1個防火探頭，前提是在一個火區(qū)內(nèi)只有1個；

5）觸動1個防火探頭，前提是在一個火區(qū)內(nèi)只有2個，并且另一個故障了；

6）觸動任何1個感煙、火焰、感溫探頭，在火區(qū)內(nèi)有大于2個探頭，只報警不會有關(guān)閉的連鎖動作。

同樣，確定一個火區(qū)氣體濃度的邏輯也是復(fù)雜多樣的，當火區(qū)或者通風口有多個氣體探頭時：

1）大于等于2個HC探頭大于20%LEL（Lower Explosive Limit）；

2）2個HC探頭中一個故障了，另一個HC探頭大于20%LEL（Lower Explosive Limit）；

3）大于等于2個H2S探頭大于11.151 mg/m3；

4）2個H2S探頭中一個故障了，另一個H2S探頭大于11.151 mg/m3。

當火區(qū)或者通風口只有1個氣體探頭時：

1）1個HC探頭達到60%LEL（Lower Explosive Limit）；

2）1個H2S探頭達到69.693 mg/m3；

3）1個H2探頭達到15%LEL（Lower Explosive Limit）。

當上述任何一種情況被確認時，系統(tǒng)將自動關(guān)斷風機和風閘，但是不包括與動力定位系統(tǒng)相關(guān)或者與鉆井系統(tǒng)相關(guān)的處所。

4 結(jié)論

通風的控制設(shè)計與安全專業(yè)緊密結(jié)合，直接影響到人命安全以及設(shè)備的正常運行維護，它的重要性已經(jīng)被越來越多的人認知。通過對風閘控制的分析，為相關(guān)人員提供參考。

[1]黃建章.船舶設(shè)計實用手冊 電氣分冊 第 3版[M].北京: 國防工業(yè)出版社, 2013.

[2]何琪.船舶電氣控制及自動化[M].哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2014.

[3]JI Levenhagen, DH Spethmann.HVAC Controls and Systems[M].New York: McGraw-Hill, 1993.

Brief Analysis of HVAC Control for DP3 Drilling Ship

Wang Da1, Zhang Wei1, Fan Jian2

(1.Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co., Ltd., Shanghai 200125, China; 2.Konsberg Maritime China (Shanghai) Ltd., Shanghai 201206, China)

The HVAC department is very important not only because of the complexity of every ocean project, but also of its direct relation to safety.It is no wonder that the HVAC becomes an independent department.Since the HVAC system of any complete fire division zone is independent, there are many sub-systems of HVAC on drilling ships with complicated fire zone divisions.Therefore, its control over the whole system is the key factor related to both VMS system and safety system.The paper mainly elaborates that how the HVAC system on drilling ships works.

HVAC; control; drilling ship

U662.2

A

10.14141/j.31-1981.2016.06.007

汪達（1986—），男，本科，研究方向：船舶與海洋工程電氣自動化。