主機房火災隱患管理和持續(xù)改進

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(中海油能源發(fā)展采油服務公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司，天津 300450)

主發(fā)電機組是FPSO甚至整個海上油氣田的電力中樞，主機房的安全系統(tǒng)，主要是火氣探測和消防系統(tǒng)，是FPSO主電力系統(tǒng)甚至是全油田海上設施的安全保障。與傳統(tǒng)的資產(chǎn)管理缺乏對設備的即時管理相比，全生命周期管理更強調(diào)“未雨綢繆”，從資產(chǎn)的規(guī)劃設計成本抓起，優(yōu)化降低設備采購建造成本、運行維護成本、技術(shù)改造成本和退役回收成本，綜合提高企業(yè)資產(chǎn)的經(jīng)營和使用效益。

針對主機房在服役運行期間的安全管理，文中提倡精細化管理，在做好成本控制的同時提高資產(chǎn)運行效率，確保設備設施和人員的安全。建立有效的運行維護制度，規(guī)范設備操作流程，提高員工的積極主動性，以保證系統(tǒng)安全、高效的運轉(zhuǎn)。同時，要建立資產(chǎn)使用效果的分析評價和改進體系，對關(guān)鍵設備的使用狀況、安全性能、運維費用和運行效率做好定期評估。下面以渤海某油田的FPSO主機房火氣探測和消防系統(tǒng)的管理為例，探討如何在資產(chǎn)生命周期內(nèi)進行安全、有效的設備管理[1-3]。

1 原有系統(tǒng)分析與評估

該大型FPSO的主發(fā)電機組由5臺雙燃料V型16缸主機組成，每臺發(fā)電機額定容量為7.68 MW，通過單點電滑環(huán)為整個油田的所有設施提供主電力來源。主機房的安全系統(tǒng)主要有火災探測系統(tǒng)和消防滅火系統(tǒng)兩部分，當時是嚴格按照國際、國家和企業(yè)標準規(guī)范建造的。原有火災探測系統(tǒng)主要由布置在現(xiàn)場的煙、熱和火焰探頭、可尋址火災控制盤和中央控制系統(tǒng)組成，能實現(xiàn)對主機房現(xiàn)場設備的火災監(jiān)控、報警和應急反應動作的觸發(fā)。消防滅火系統(tǒng)則主要由防火風閘和高倍泡沫系統(tǒng)組成。

時至2011年，該油田經(jīng)過多年的運營，作業(yè)者在實踐過程中遇到了各種各樣的問題，處理、解決問題的過程中也逐漸認識到主機房的火氣探測、消防系統(tǒng)在先期設計和后期使用方面都還存在一定的缺陷。尤其是隨著油田開發(fā)的深入和海上油田消防法規(guī)的更新，一些問題和隱患就暴露出來了，如可燃氣體探頭安裝在主機房頂，距離地面的主要設備約8 m高，而離房頂?shù)拇笈帕颗艢馍葏s只有3、4 m，很難確保一旦發(fā)生可燃氣體聚集時探頭能夠及時反應。于是作業(yè)者決定對該系統(tǒng)做一次完整、徹底的評估分析，并基于評估結(jié)果進行升級、改造，確保主機房安全系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

連同有資質(zhì)的第三方，通過研究設計、考察現(xiàn)場、測試設備和模擬事故等各種手段，得出了相對比較完整和客觀的結(jié)論，并為下一步的系統(tǒng)升級改造提供了建議和依據(jù)。報告認為，主機房的整體安全系統(tǒng)還是能夠保證設備正常運轉(zhuǎn)的，但是仍然在人員、環(huán)境、設備等諸多方面都存在需要改進的風險。

1.1 火災探測系統(tǒng)方面

1)部分煙、熱探頭布局不合理，有的不能有效監(jiān)測所屬區(qū)域的狀態(tài)，有的不方便定期測試和維護；

2)存在設計建造時不曾考慮到的隱患，如可能在發(fā)動機周邊出現(xiàn)的燃油油霧和可燃氣體；

3)視屏監(jiān)控系統(tǒng)存在死角。

1.2 消防系統(tǒng)方面

1)消防水泵啟停邏輯有待改進，不能在火災發(fā)生初期保護泡沫發(fā)生器；

2)消防水管網(wǎng)局部水壓過高；

3)原有高倍泡沫不符合新的規(guī)范；

4)消防泡沫系統(tǒng)管網(wǎng)設計不合理，平時無法進行完整的功能測試。

1.3 其他方面

1)主發(fā)電機設備上存在高溫熱源；

2)主發(fā)電機燃油壓力管線上存在泄露風險；

3)部分區(qū)域存在燃油聚積的隱患；

4)主發(fā)電機油底殼需要清理和維修改造；

5)部分操作維護人員缺乏必要的專業(yè)技能和安全知識。

2 系統(tǒng)解決方案和實施

為解決上述問題，作業(yè)者開始了全方位的整改，范圍涉及主發(fā)電機房的各個系統(tǒng)，其中最主要的就是對現(xiàn)有固定式高倍消防泡沫系統(tǒng)的論證和改進。系統(tǒng)是按照高倍泡沫設計的，但當時設計方和第三方推薦的泡沫卻是低倍水成膜泡沫，影響了消防泡沫的產(chǎn)生效果。經(jīng)過實際測試發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的泡沫系統(tǒng)不能夠完全達到設計規(guī)范的要求，即在幾分鐘之內(nèi)產(chǎn)生足夠的高倍數(shù)泡沫將整個主發(fā)電機房覆蓋。因而考慮使用其它的消防滅火系統(tǒng)，首先是固定式二氧化碳滅火系統(tǒng)。作為機械設備間常用的一種滅火系統(tǒng)，二氧化碳被證明是比較快速和有效的解決方案。但是經(jīng)過計算得知二氧化碳滅火系統(tǒng)要用在該主發(fā)電機房需要213個CO2氣瓶(45 kg/瓶)，僅該項成本約美金20萬元，此外還要在主機房外安裝一個60 m2×3 m(H)的氣瓶站，不但費用大耗時長而且不適合FPSO這樣空間局限的環(huán)境。而其他類型的整體浸沒式氣體滅火系統(tǒng)，包括FM200，氣溶膠和IG541，其性能也都比較優(yōu)越，而且清潔環(huán)保，能用于主機房區(qū)域。但根據(jù)GB50370-2005，采用上述類型氣體滅火系統(tǒng)(包括FM200，氣溶膠和IG541)，其控制火區(qū)面積不得超過800 m2，容積不得超過3 600 m3。而該主發(fā)電機房長、寬、高為29.15 m×40.25 m×10.5 m，面積約1 173 m2，體積約12 320 m3，因此，如果要使用FM200，氣溶膠或IG541滅火系統(tǒng)，主發(fā)電機房應至少分為4個火區(qū)。工作量和投資都非常大且時間會很長。在考慮海水噴淋系統(tǒng)，根據(jù)流體計算得知整個主發(fā)電機房的需求為473 m3/h，壓力需求約704 kPa。現(xiàn)有的消防泵能滿足要求，而且還可以使用一部分現(xiàn)有的管道，該方案的改動和投資都不算大。但是，考慮到海水不但導電而且有腐蝕性，從而可能導致發(fā)電機及其他設備損壞，因此傳統(tǒng)的水噴淋系統(tǒng)是不推薦用于主發(fā)電機室的。水霧滅火系統(tǒng)是一種利用特殊設計的噴嘴制造極小水滴的高壓水系統(tǒng)。細水霧的快速釋放能像其它氣體滅火系統(tǒng)一樣迅速除去火災區(qū)域的氧氣，同時又能像傳統(tǒng)的噴淋系統(tǒng)一樣起到冷卻作用，通過控制熱效果達到防止復燃的目的。作為一種世界領(lǐng)先的高效消防滅火系統(tǒng)已經(jīng)拿到了DNV的認證。但是由于主發(fā)電機房容積高達12 320 m3，如果要使用水霧滅火系統(tǒng)，主發(fā)電機室應至少分為2個火區(qū)同時還要增加相應的水霧系統(tǒng)設備，包括高壓泵單元和缸節(jié)閥，管道系統(tǒng)和噴嘴頭。對比得知，這幾種消防滅火系統(tǒng)都不適用于FPSO的主發(fā)電機房，于是只得再次回到原有的固定式高倍消防泡沫系統(tǒng)。評估得出，現(xiàn)有系統(tǒng)的泡沫濃縮液和泡沫發(fā)生器的數(shù)量應該是能滿足NFPA11標準的，消防泵的排量和出口壓力也能滿足系統(tǒng)的要求。只是水力計算結(jié)果顯示潤滑油分油機模塊位置上的在N/1到N/7泡沫發(fā)生器噴嘴壓力約為759～768 kPa，超過泡沫發(fā)生器噴嘴的工作壓力范圍(250～700 kPa)，可能會損壞發(fā)電機的噴嘴。通過在相應管路安裝限流孔板制造一個月約200 kPa的壓力降就解決了這個問題。目前使用的AFFF型泡沫濃縮液屬于低膨脹系數(shù)的水成膜泡沫，用于主發(fā)電機室是不合適的，于是參照高膨脹泡沫發(fā)生器(GT型)的操作和維護手冊，將其更換為混合比例3%、膨脹系數(shù)1∶700的合成高倍泡沫濃縮液。由于發(fā)電機底部甲板的結(jié)構(gòu)會導致高倍泡沫無法覆蓋整個油底殼里的污油，需對其進行了徹底的清理，將部分鋼板改造并增加了圍堰。優(yōu)化了消防泡沫系統(tǒng)的控制邏輯，使之一旦遇到主機房火警能夠先啟動消防水，以保護泡沫發(fā)生器不在火災初期被高溫損壞。此外，還制定了詳細的定期測試、維護計劃，并對泡沫水系統(tǒng)管網(wǎng)進行了相應改造，以實現(xiàn)真正的泡沫產(chǎn)生和釋放功能測試。

原有的大氣探測系統(tǒng)在整個主機房只有4只火焰探頭，無法完整覆蓋整個區(qū)域，見圖1。

圖1 火氣探測系統(tǒng)布置示意

此外，因為房頂大排量風扇的關(guān)系，部分頂部的可燃氣和煙霧探頭可能會漏測一些煙霧或者可燃氣聚集的情況。另外就是對可能在發(fā)動機主設備附近產(chǎn)生的燃料油油霧或者可燃氣體缺乏有效的監(jiān)測手段。通過分析以上問題，在火氣探測系統(tǒng)方面進行了一系列的改造，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的優(yōu)化。

1)主機房內(nèi)4只火焰探頭，避免火焰監(jiān)測死角；

2)改屋頂安裝的煙熱探頭共10套為房頂排風風道內(nèi)安裝，便于日后的運維校驗；

3)主機房吸風口處安裝兩套激光式云霧狀氣體檢測裝置，以監(jiān)測從生產(chǎn)區(qū)域泄漏飄過來的有可能被吸入到主機房的可燃氣體；

4)五臺主機旁安裝共六套油霧探測器，以監(jiān)測燃料油管因突然泄露而向主機房內(nèi)噴射霧狀燃料油。

改造后火氣探測系統(tǒng)布置見圖2。

另外在發(fā)電機組設備、現(xiàn)場環(huán)境以及設備維護人員等方面做了很多有益的改進。對于主發(fā)電機上可能發(fā)生泄露的燃油管線，在充分分析化學腐蝕、內(nèi)部侵蝕、外部損傷和熱應力、老化等諸多因素的基礎上，制定了更合理的管線更換周期。升級了日常維保的工作規(guī)范，明確要求更換管線必須是原廠或者是廠家認可的產(chǎn)品，按照廠家給出的燃油成分、質(zhì)量說明定期安排第三方檢驗。檢查確認并重新評估了主機油霧探測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對整體流程進行HAZOP分析，改進了發(fā)電機控制系統(tǒng)里關(guān)于燃料油切換的邏輯。用熱成像儀對整個發(fā)電機組進行熱表面分析，修復破損的保溫層，有針對性地在部分高風險部位加強保溫覆蓋，并在PM系統(tǒng)里增加了專門的保溫層檢修項目。另外還在主機房原有CCTV系統(tǒng)的基礎上，新裝4只攝像頭，以避免每臺燃油發(fā)電機及輔機的視頻監(jiān)測成死角。對所有從事發(fā)電機值班、主機維修工作的相關(guān)人員重新進行了上崗資格審查，組織各種業(yè)務培訓以彌補人員專業(yè)知識結(jié)構(gòu)上的缺陷，安排事故管理和應急反應培訓以提高員工在緊急情況下的處理能力、安全技能和逃生技巧。加強對“主機房火警”這種突發(fā)情況的應急演練，做好分析、總結(jié)和記錄。

3 結(jié)束語

歷時1年2個月，完成了計劃的各種火災探測探頭的安裝，應急控制系統(tǒng)的邏輯變更，相關(guān)發(fā)電機組和消防設備的改造，并取得了DNV的認證。通過測試證明實現(xiàn)了完善主機房原有火氣探測和消防系統(tǒng)的目的，消除了可能導致惡性事故的安全隱患，保證了FPSO主電力系統(tǒng)甚至是整個油田設施的安全運行。

[1] JAMES Li.EVALUATION AND COMPARISON REPORT FOR OTHER ALTERNATIVE FIRE FIGHTING SYSTEM IN MAIN GENERATOR ROOM ON HYSY112[R].Whale Offshore Engineering Co.,Ltd.2011.

[2] 中國船級社.海上固定平臺入級與建造規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1992.

[3] 劉 明.海洋石油112火氣系統(tǒng)升級改造完工報告[R].天津恒升自動化儀表工程有限公司.2012.