半潛式生產(chǎn)平臺火氣探測系統(tǒng)設計

金娟 馮相閣

摘 ? ?要：火氣探測系統(tǒng)是保護人員、設備及平臺安全的關鍵系統(tǒng)。安全可靠的火氣探測系統(tǒng)，可以盡早的探測到火災及可燃氣體泄漏事故，迅速發(fā)出隔離及消防指令，減少平臺損失，并且保證平臺上工作人員的安全。本文介紹了半潛式生產(chǎn)平臺火氣探測系統(tǒng)的構成以及探測設備布置等設計注意事項。

關鍵詞：半潛式生產(chǎn)平臺;火氣探測系統(tǒng);布置;控制邏輯

中圖分類號：U698.4 ; P752?? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： The fire & gas detection system is the key system to protect personal， equipment and platform. The Safe and reliable fire & gas detection system can activate the order for isolation and firefighting after the early detection of fire and combustible gas leakage accident， reduce the loss of the platform， and ensure the safety of the platform staff. This paper describes the composition and the layout of detection equipment of the fire & gas detection system on the semi-submersible production platform.

Key words： Semi-submersible production platform; FGS; Layout; Control logic

1 ? ? 前言

半潛式生產(chǎn)平臺是開采海洋石油的重要海工裝備。在油氣開采過程中可能會伴隨著易燃、易爆的氣體或者液體溢出，進而引發(fā)火災或爆炸事故。為了保障平臺及作業(yè)人員的安全，半潛式生產(chǎn)平臺上所有可能發(fā)生火災的區(qū)域都設置了火災及氣體泄漏探測系統(tǒng)。一旦有火災或者可燃氣體泄漏的危險情況發(fā)生，探測設備就能迅速發(fā)出報警信號，并通過電纜將報警信號傳送到火氣探測系統(tǒng)控制柜;火氣探測系統(tǒng)控制柜對接收到的報警信號進行邏輯分析及處理，然后將火災或氣體泄漏報警信號通過公共廣播及通用報警系統(tǒng)向全平臺進行報警通告，以便平臺上作業(yè)人員能夠及時作出應急響應;同時，火氣探測系統(tǒng)還能夠根據(jù)分析結果，自動關斷隔離相關系統(tǒng)以及啟動消防系統(tǒng)進行消防滅火等作業(yè)，盡可能將事故影響控制在最小范圍內(nèi)，減少事故對海洋平臺及作業(yè)人員的傷害。

2 ? ? 火氣探測系統(tǒng)的構成

2.1 ? ? 操作員站/工程師站

2.1.1 操作員站

操作員站/工程師站布置在平臺的中控室內(nèi)，中控室值班人員可實時對火災探測系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)測。操作員站作為火氣探測系統(tǒng)的人機接口，在操作員站可以實時顯示火氣探測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，當現(xiàn)場探測設備報警或者故障時立即發(fā)出報警信號。

2.1.2 工程師站

工程師站除兼具操作員站的功能外，還用于工程師進行系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試及參數(shù)調(diào)整等工作。

2.2 ? 火氣探測系統(tǒng)控制柜

火氣探測系統(tǒng)控制柜作為火氣探測系統(tǒng)的中樞機構，所有現(xiàn)場探測/報警設備的信號均反饋到火氣探測系統(tǒng)控制柜，經(jīng)過控制柜分析處理后發(fā)出報警及相關動作指令，由人機界面或手動操作按鈕上發(fā)出的指令最終也是通過控制柜來完成的。

火氣探測系統(tǒng)控制柜，主要包含：中央處理器（CPU）、電源模塊、通訊模塊、輸入/輸出（I/O）卡件、可尋址回路控制模塊、機柜、線纜、電池柜等。

火氣探測系統(tǒng)屬于安全系統(tǒng)，所有硬件（包括中央處理器CPU、電源模塊、通訊模塊、輸入/輸出I/O卡件）均采用1：1冗余配置，保證系統(tǒng)運行的可靠性。

2.3 ? 現(xiàn)場火氣探測/報警設備

現(xiàn)場火氣探測/報警設備作為整個火氣探測系統(tǒng)的神經(jīng)單元，需遍布整個平臺的每個區(qū)域。根據(jù)設備的探測原理及報警功能，主要分為：煙感探測器（SD）;火焰探測器（FD）;溫感探測器（HD）;可燃氣體探測器（GD）;硫化氫探測器（H2S）;手動報警按鈕;平臺狀態(tài)燈（PSL）等。

2.3.1 煙感探測器

根據(jù)探測的原理不同，煙感探測器主要有電離式和光電式兩種：

（1）電離式探測器

電離式探測器的原理，是火災產(chǎn)生的煙霧顆粒會引起離子室內(nèi)的離子電流發(fā)生變化，當電流變化超過設定值后觸發(fā)報警信號。

（2）光電式探測器

光電式探測器的原理，是火災產(chǎn)生的煙霧顆粒會阻礙光源光線照射到光電管或者與光束相干擾并將光線反射到光電管，觸發(fā)報警信號。

2.3.2溫感探測器

溫感探測器主要分定溫型和溫升速率型兩種：

（1）定溫型探測器

定溫型探測器的原理是由于火災造成環(huán)境溫度升高，引起探測器內(nèi)溫度元件溫度超過設定值時發(fā)出報警信號。

（2）溫升速率型

溫升速率型探測的原理，則是由于火災造成環(huán)境溫度升高的速率超過設定值時發(fā)出報警信號。

2.3.3火焰探測器

火焰探測器是在探測器可視范圍內(nèi)受到火災發(fā)出的輻射能后，即發(fā)出報警信號。主要有：紫外線型、紅外線型及三頻紅外線型三種類型。

2.3.4可燃氣探測器

可燃氣探測器采用點紅外式，測量兩個波長（一個吸收波長、一個非吸收波長）的紅外線的數(shù)值，通過比較參數(shù)值連續(xù)監(jiān)測可燃氣的濃度。

2.3.5硫化氫探測器

硫化氫探測器采用電化學型探測元件，通過檢測氣體濃度變化帶來的電流變化值可測得硫化氫氣體的濃度。

2.3.6手動報警按鈕

手動報警按鈕為手動操作裝置，當平臺作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)火災的情況下手動觸發(fā)火災報警的裝置，一般有打碎玻璃式和掀蓋式兩種。

2.3.7平臺狀態(tài)燈

平臺狀態(tài)燈主要是作為聲響報警信號的補充。當揚聲器及警鈴等聲響設備故障或者由于環(huán)境噪音過大造成報警聲音無法清晰識別的情況下，平臺作業(yè)人員可以通過識別平臺狀態(tài)燈的顏色來判斷平臺的實時狀態(tài)。

平臺狀態(tài)燈通常為四個顏色，不同顏色所代表含義如下：

藍色 - 棄平臺信號，所有作業(yè)人員按程序準備撤離;

紅色 - 平臺發(fā)生火災事故，作業(yè)人員按職責劃分進行應急響應;

黃色 - 平臺發(fā)生氣體泄漏事故，作業(yè)人員按職責劃分進行應急響應;

綠色 - 無火災及氣體泄漏事故發(fā)生，平臺處于安全狀態(tài)。

3 ? ?火氣探測設備的布置

3.1 ? 煙感探測器的布置

（1）煙感探測器作為最常用的火災探測裝置，安裝在火災發(fā)生時易產(chǎn)生煙的場所。例如：起居住所、走廊、梯道、報務室、辦公室、電氣設備間等生活區(qū)處所;泥漿泵艙、泥漿池艙、消防泵艙、發(fā)電機艙、污水處理艙室、冷卻水艙室、艙底泵艙等機械處所;

（2）安裝在有大量灰塵的處所，需要對探測器加上濾網(wǎng)以防止誤報警;

（3）安裝在通訊設備間、配電間、控制房等布置有重要設備的房間，需選擇煙感與溫感兩種探測器組合使用;

（4）室內(nèi)走廊的天花板上方通常布置有大量電纜，在電纜聚集的天花板上方應布置探測器并附帶報警燈，以便作業(yè)人員可在走廊內(nèi)觀察到天花內(nèi)探測器的狀態(tài);

（5）煙感探測器的布置應該遠離風口，距離進風口至少1 m的距離;

（6）電纜井/風管通道內(nèi)的煙感探測器，安裝于每一層通道的側面墻上;

（7）任一個煙感探測器的覆蓋面積，不應超過74 m2。

3.2 ? 溫感探測器的布置

（1）溫感探測器應安裝于正常情況下容易產(chǎn)生大量煙氣、霧氣的處所。例如：廚房、衛(wèi)生間、洗衣間（帶烘干功能）、茶水間、吸煙室、焊接間等;

（2）廚房在烹飪過程中可能會出現(xiàn)溫度突然升高的情況，應安裝定溫型探測器，其余沒有特殊要求的房間，應選用溫升速率型溫感探測器;

（3）在通訊設備間、配電間、控制房等布置重要設備的房間，需選擇煙感與溫感兩種探測器組合使用;

（4）任一個溫感探測器的覆蓋面積，不應超過37m2。

3.3 ?火焰探測器的布置

（1）火焰探測器應安裝于有重大危險性、容易有明顯火焰的處所。如：油類儲存艙、輸送燃油的管道、發(fā)電機和柴油機上方等處所;

（2）為保證動作靈敏性，火焰探測器不宜安裝在火焰出現(xiàn)前可能有大量煙霧存在的處所;

（3）火焰探測器的安裝，應注意避免太陽光或其他強光直射于火焰探測器，造成探測器誤動作;

（4）針對某個設備、撬塊安裝的火焰探測器，應盡量對角布置，并且安裝的高度應大于探測設備的高度，在其視野范圍內(nèi)不能有遮擋物。

3.4 ? 可燃氣體及硫化氫探測器的布置

（1）探測器應安裝在氣體泄漏源的附近以及氣體容易聚集的處所.例如：油氣處理設備、氣體分離設備、井口區(qū)域、鉆井區(qū)域、鉆井泥漿處理區(qū)域、測井區(qū)域、蓄電池間等;

（2）探測器應安裝在氣體釋放源最小風向的上風側;

（3）所有通風系統(tǒng)的進風口及空氣壓縮機的進風口，應安裝可燃氣探測器、硫化氫探測器或者兩者組合使用;

（4）為了便于系統(tǒng)進行氣體泄漏表決，每一處所安裝的探測器應不少于兩個;

（5）如果可能出現(xiàn)氣體的摩爾質(zhì)量大于空氣的摩爾質(zhì)量，探測器需要布置在較低的區(qū)域（高于地面0.45～0.6 m處），如果可能出現(xiàn)氣體的摩爾質(zhì)量大于空氣的摩爾質(zhì)量，則探測器需要布置在在較高的區(qū)域（高于氣體泄漏點的1.4～1.7 m處）;

（6）所有可燃氣體及硫化氫探測器，應選用防爆類型設備。

3.5 ?手動報警按鈕的布置

（1）平臺工作人員日?；顒拥木幼∨撌?、餐廳、多功能廳等公共活動場所的出入口、控制站的出入口、重要的機械處所的出入口應安裝手動報警按鈕。例如：生活樓出入口、直升機甲板樓梯口、船體艙室出入口、機械處所出入口等;

（2）所有安裝在室外及危險區(qū)域的手動報警按鈕，應選用防爆型設備;

（3）安裝于機械處所出入口的手動報警按鈕，應選用水密性設備;

（4）在平臺上的任何位置到最近的手動報警按鈕的距離，不應超過20 m;

（5）手動報警按鈕的安裝高度不高于1.5 m。

3.6 ? 平臺狀態(tài)燈的布置

在重要場所及人員較集中的處所（如生活樓內(nèi)/外走道、餐廳及救生艇集合區(qū)、飛機甲板安全通道處）設置平臺狀態(tài)燈，布置在室外及危險區(qū)內(nèi)的平臺狀態(tài)燈應為防爆類型。

4 ? ?火氣探測系統(tǒng)的控制邏輯

火氣探測系統(tǒng)接收現(xiàn)場探測設備發(fā)出的報警信號，并根據(jù)預先設定的邏輯記性分析判斷，一旦生成確認火災發(fā)生或者氣體泄漏信號，火氣探測系統(tǒng)將自動執(zhí)行報警、關斷、消防滅火等相應動作。

4.1 ?火氣探測系統(tǒng)預報警

（1）未經(jīng)確認的單個報警設備動作，會在人機操作界面以及火氣探測系統(tǒng)控制柜顯示報警：

任一個火焰探測器、溫感探測器、煙感探測器報警;

任一個可燃氣探測器濃度達到20%LEL、硫化氫探測器濃度達到10 ppm;

任一個探測器故障報警。

（2）由于硫化氫屬于劇毒氣體，應加以特別注意。當任一個硫化氫泄漏探測器濃度達到10 ppm后，如果火災探測系統(tǒng)在2分鐘內(nèi)沒有收到確認信號，系統(tǒng)將自動通過公共廣播及通用報警系統(tǒng)進行全平臺廣播報警并觸發(fā)直升機甲板上的狀態(tài)指示燈。

4.2 ? 確認火災邏輯動作

4.2.1火災探測器表決邏輯

經(jīng)過火氣探測系統(tǒng)邏輯判斷或者收到人為手動觸發(fā)的報警信號，系統(tǒng)將發(fā)出確認火災發(fā)生信號：

任一火區(qū)內(nèi)的兩個或兩個以上的煙感探測器報警;

任一火區(qū)內(nèi)的兩個或兩個以上的溫感探測器報警;

任一火區(qū)內(nèi)的兩個或兩個以上的煙感/溫感兩種探測器組合報警;

任一火區(qū)內(nèi)的兩個或兩個以上的火焰探測器動作;

任何一個手動火災報警按鈕被觸發(fā)。

4.2.2確認火災發(fā)生信號觸發(fā)動作

通過公共廣播及通用報警系統(tǒng)，進行確認火災發(fā)生報警信息播報;

將平臺狀態(tài)燈切換為紅色，綠色指示燈熄滅;

火氣探測系統(tǒng)發(fā)送確認火災發(fā)生信號到平臺應急關斷系統(tǒng);

火氣探測系統(tǒng)發(fā)出信號切斷相應火區(qū)內(nèi)設備電源及相關通風設備（風機、空調(diào)、風閘等）;

啟動相應火區(qū)相關的消防系統(tǒng)（CO2滅火、消防水泵等）;

系統(tǒng)人機操作界面以及火氣探測系統(tǒng)控制柜顯示報警信息，并打印事件記錄。

4.3 ?確認氣體泄漏邏輯動作

4.3.1氣體（可燃氣體及硫化氫）泄漏表決邏輯

（1）任意兩個或兩個以上的可燃氣探測器濃度達到50% LEL，系統(tǒng)觸發(fā)確認可燃氣體泄漏信號;

（2）任意兩個或兩個以上的硫化氫探測器濃度達到20 ppm，系統(tǒng)觸發(fā)確認硫化氫氣體泄漏信號。

4.3.2確認氣體（可燃氣體及硫化氫）泄露信號觸發(fā)動作

（1）通過公共廣播及通用報警系統(tǒng)進行確認氣體泄漏報警信息播報;

（2）將平臺狀態(tài)燈切換為黃色色，綠色指示燈熄滅;

（3）火氣探測系統(tǒng)發(fā)送確認氣體泄漏信號到平臺應急關斷系統(tǒng);

（4）火氣探測系統(tǒng)發(fā)出信號切斷氣體泄漏相關區(qū)域內(nèi)設備電源及相關通風設備（風機、空調(diào)、風閘等）;

（5）系統(tǒng)人機操作界面以及火氣探測系統(tǒng)控制柜顯示報警信息，并打印事件記錄。

5 ? ? 小結

本文介紹了半潛式生產(chǎn)平臺的火氣探測系統(tǒng)的構成、火氣探測器的布置、報警表決及邏輯控制。安全可靠的火氣探測系統(tǒng)，對平臺的安全起到至關重要的作用，火氣探測系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控整個平臺的生產(chǎn)狀態(tài)，最大限度避免重大惡性傷亡事故，對現(xiàn)場工作人員提供安全保障。

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