FPSO冷放空終端火焰探測方案研究

陳忠革，蘇暢，楊威達，竇富祥

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

FPSO一般由工藝模塊、公用模塊、電氣模塊、船體、生活樓、吊機、火炬塔、冷放空塔等十幾個模塊組成。其中，冷放空塔位于船首，主要用于船體貨油艙惰性氣體和貨油艙內(nèi)原油析出的烴類可燃?xì)怏w排放，位置如圖1所示。正常工況下，冷放空管線內(nèi)的惰性氣體和烴類氣體直接排入大氣，不會燃燒。但是，在極端工況下，如工藝處理設(shè)施出現(xiàn)故障、油氣分離不徹底或環(huán)境溫度急劇變化，導(dǎo)致大量烴類氣體析出，這種情況下，在冷放空管排放的氣體中會存在大量烴類氣體。在遇到高溫或雷電天氣等極端情況時，冷放空終端有可能存在被點燃的情況，這將對貨油艙和冷放空周圍設(shè)施造成很大危害。因此，及時對冷放空終端進行火焰探測就顯得十分必要。本文提出了三種冷放空終端火焰探測方法。

圖1 冷放空塔位置示意圖

1 火焰探測方案

1.1 采用火焰探頭進行探測

火焰是在燃燒過程中產(chǎn)生的可見或不可見的氣體或蒸汽。火焰探頭可以對火焰發(fā)出的輻射做出及時反應(yīng)。由于輻射能以光速傳播，因此火焰探頭的響應(yīng)速度非常迅速?；鹧嫣筋^的類型可以根據(jù)火焰波長進行劃分，分別有紫外線火焰探頭、紅外線火焰探頭、紫外/紅外火焰探頭以及三頻紅外火焰探頭。因為紫外線火焰探頭、紅外線火焰探頭抗外界環(huán)境干擾能力較差，紫外/紅外探頭和三頻紅外探頭在海洋平臺和FPSO上使用比較普遍。特別是三頻紅外火焰探頭，可靠性較高，經(jīng)常被使用，但價格相對較高?；鹧嫣筋^探測方案如圖2所示：

圖2 火焰探頭探測方案示意圖

火焰探測方案考慮使用兩個或者兩個以上火焰探頭安裝在冷放空塔頂部或周圍較高的結(jié)構(gòu)物上（距離在火焰探頭的探測范圍內(nèi)），對冷放空終端進行探測。如果出現(xiàn)著火情況，中控系統(tǒng)自動或手動觸發(fā)二氧化碳滅火系統(tǒng)釋放二氧化碳進行滅火。

1.2 采用易熔塞進行火焰探測

易熔塞是利用金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)低熔點合金在較高溫度下熔化的原理，從而釋放管線和容器內(nèi)部壓力來進行火焰探測的裝置。在FPSO上使用的易熔塞一般用于確認(rèn)火災(zāi)，一般與噴淋系統(tǒng)配合使用。易熔塞本體材質(zhì)一般為316SS不銹鋼，NPT接口，設(shè)定熔化溫度一般為71℃，普通易熔塞結(jié)構(gòu)如圖3所示。易熔塞的優(yōu)點是火災(zāi)探測可靠性高，安裝方便。

圖3 易熔塞示意圖

易熔塞一般要和壓力變送器配合使用，采用易熔塞進行火焰探測的示意圖如圖4所示：

圖4 易熔塞探測方案示意圖

易熔塞探測方案使用兩個或兩個以上易熔塞安裝在冷放空終端，當(dāng)冷放空終端著火時，易熔塞內(nèi)部合金熔化，儀表管內(nèi)部壓力降低，中控系統(tǒng)收到壓力變送器信號以后，自動或手動觸發(fā)二氧化碳滅火系統(tǒng)，釋放二氧化碳進行滅火。

1.3 采用熱電偶進行火焰探測

熱電偶的測溫原理是：兩種不同導(dǎo)體A和B串聯(lián)在一個閉合回路中，如果結(jié)合點出現(xiàn)溫差，回路中就會有電流產(chǎn)生[1]。這種因溫差而產(chǎn)生熱電勢的現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”，這種不同導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。根據(jù)導(dǎo)體組合材料的不同和不同溫度測量的需求，目前有八種不同的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，如表1所示。目前鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶在冷放空火焰探測系統(tǒng)中較為常用，并且需和補償導(dǎo)線、溫度變送器配合使用。在選擇補償導(dǎo)線時，導(dǎo)線型號需與熱電偶一致，接線時導(dǎo)線極性不能接錯。不同標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測量范圍如表1所示：

表1 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶溫度測量范圍

鉑銠30-鉑銠6 B 0～1700鉑銠10-鉑 S 0～1600鉑銠30-鉑 R 0～1600鎳鉻硅-硅 N -200～1300

采用熱電偶進行冷放空終端火焰探測的示意圖如圖5所示：

圖5 熱電偶探測方案示意圖

熱電偶探測方案考慮使用兩個或者兩個以上熱電偶安裝在冷放空終端，對冷放空終端進行探測。如果出現(xiàn)著火情況，中控系統(tǒng)接收溫度變送器信號以后自動或手動觸發(fā)二氧化碳滅火系統(tǒng)，釋放二氧化碳進行滅火。

2 火焰探測方式對比分析

由于FPSO冷放空終端位置一般較高（以巴西某FPSO為例，冷放空終端標(biāo)高在60～70m之間），所以探測方式的可操作維護性是需要考慮的重要方面。對于上述三種探測方式的對比分析見表2所示：

表2 三種探測方案對比分析結(jié)果

2.1 熱電偶火焰探測方式改進建議

雖然熱電偶在常規(guī)海洋平臺和FPSO火炬塔上經(jīng)常使用，但是由于火炬塔位置較高，熱電偶出現(xiàn)故障時存在不方便維護的問題，因此，可以考慮把熱電偶從火炬塔底部通過穿線管進行安裝，即根據(jù)冷放空終端的高度，提供同樣長度的熱電偶，在冷放空塔下方將熱電偶順著穿線管安裝到冷放空終端。如果熱電偶出現(xiàn)故障，可以直接在冷放空塔下方將熱電偶抽出，無需到冷放空終端位置維護熱電偶?？苫爻闊犭娕及惭b方案示意圖如圖6所示：

圖6 可回抽熱電偶安裝方案示意圖

3 結(jié)束語

本文針對FPSO冷放空火焰探測需求提供了三種方案，并對每種方案進行了分析和對比，給出了推薦的探測方案，并針對推薦方案存在的不足提供了優(yōu)化方案，可以節(jié)約維護成本降低操作過程中的安全風(fēng)險。希望本文能對后續(xù)項目中遇到的此類問題提供一些參考和幫助。

◆參考文獻

[1]《海洋石油工程設(shè)計指南》編委會. 海洋石油工程電氣、儀控、通信設(shè)計[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006，334-336.