“瑪麗卡”號FPSO危險區域電氣設計

程偉+孫豐雷

摘 要：闡述了 “瑪麗卡”號FPSO的危險區域電氣設備選型和布置原則，同時，在此基礎上對FPSO上危險區域的電氣設備和探測設備的布置進行分析，并進一步對危險區域內電氣施工工藝進行總結，將對海工項目危險區域電氣設計提供一定的借鑒和參考。

關鍵詞：危險區域；防爆設備；選型及布置

中圖分類號：661.4 文獻標識碼：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項目，其詳細設計和生產設計改裝部分由我院負責，目前本項目已順利交船。本著吸收先進海工設計經驗，優化相關技術的原則，國家發改委立項以VLCC改裝為FPSO實船改造為目標，掌握改造可行性論證及總體設計技術和建造技術，并在深入研究和優化的基礎上創新完成一型擁有自主知識產權的VLCC改造為FPSO設計及建造技術方案。

浮式生產儲油船（FPSO）是近海石油和氣體行業最重要的發展概念之一，它們的使用為在大陸架和深海地區的儲存提供了經濟的解決方法。因此，吸收國外先進設計和管理技術，嚴格合理的選擇和布置危險區域內的設備，對海洋工程的發展具有很大意義。

2 危險區域的劃分

根據ABS MODU 2006 PART 4 Chapter 3 Section 6（Hazardous Areas）中對危險區域的相關描述，將危險區域定義為：易燃易爆的蒸汽、油氣、塵埃或爆炸物通常集聚的區域為危險區域。并將危險區域劃分為三類：

ZONE 0——爆炸性混合物（油氣、蒸汽或霧）連續出現的區域；

ZONE 1——正常工作是容易產生爆炸性混合物（油氣、蒸汽或霧）的區域；

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

根據FPSO特性及使用特點，危險區域主要為：

（1）0類危險區

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

（2）1類危險區

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、油氣水處理系統、原油及天然氣管路系統等的通風口、透氣口周圍以 3 m為半徑的球體空間；油漆間；轉塔式的系泊裝置艙；蓄電池間等處。

（3）2類危險區

原油艙整個區域向前、后各延伸 3 m的甲板上向上延伸 2.4 m的區域；原油處理系統所在的整個模塊上的區域；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為半徑的區域。

除此之外，根據ABS規范的相關要求，安裝有應急切斷后還需工作的防爆設備所處的露天區域應被視為2類危險區域，如安裝有火警探頭、應急照明燈等設備的露天區域。

3 防爆電氣設備分級

為保證FPSO生產安全，危險區域內電氣設備選型時，需嚴格按照危險區域等級和爆炸氣體特性選取相應的防爆電氣設備進行安裝布置，危險特性分級如下：

（1）防爆電氣溫度組別分類

T1——450 ℃；T2——300 ℃；T3——200 ℃；

T4——135 ℃；T5——100 ℃；T6——85 ℃；

（2）防爆電氣設備級別分類

ⅡA——石油氣、氨氣；ⅡB——甲醛、乙烯；ⅡC——乙炔氣、氫氣；

（3）防爆設備根據其所處危險區域的等級不同，采用不同的保護型式，見表1。

4 危險區域電氣設備要求

4.1 危險區域電氣設備的選型和布置

為了保證FPSO在整個運行期間的安全，應盡量減少危險區域內的危險源，必須在危險區域安裝的電氣設備需選用相應的防爆等級，其選型和布置大致應滿足：

（1）危險區域內的電氣設備應減少到最低限度。可以不在危險區內安裝的電氣設備，應盡量移至安全區內安裝，一方面可以減少危險源，另一方面可以節省建造成本；

（2）危險區域內的照明開關，電動機的起動器和分配電箱等易產生電弧和電火花的設備應盡量移至安全區安裝；

（3）危險區內所有的設施及管路都應采用導電連接和接地以避免靜電火花；

（4）根據不同危險區域等級選擇合適的設備防爆型式；

（5）由于一般會有便攜式照明設備，故選用的燈具應滿足：

帶有獨立蓄電池的本質安全型、隔爆型燈具，或具有正壓外殼的空氣驅動型空氣驅動型燈具；

（6）由于FPSO主甲板工藝區域附近一般配有作業吊機，根據規范規定，貨油艙上方高出2.4 m以內的露天甲板區域也屬于危險區域，故根據吊機型式的不同也應注意相應的防爆措施。如吊機電機布置在安全區，則吊機電氣設備可不考慮防爆；如吊機電機布置在底部危險區域內，則必須選用防爆電動機以滿足使用環境要求，但其控制箱應安裝在安全區內；endprint

（7）危險區域內的內通、無線電、導航設備也應選擇對應的防爆類型，主要為生產工藝區域的廣播、電話和手提電話等現場設備；中頻、高頻的發信天線必須安裝在安全區；

（8） FPSO上有直升機平臺，為滿足直升機運行需要，配置有航空燃油儲罐和加油設施，因此，直升機燃油儲罐附近和加油口附近屬于危險區域，其附近的設備也要選用防爆型，并在儲罐和加油口附近設置可燃氣體探測器進行監測，設置消防滅火設備保證運行安全，同時可設置直升機甲板視頻監控系統用于直升機起降和消防滅火的監控。

4.2 危險區域的探測報警

危險區域的防爆除選用相應的防爆電氣設備外，還配有相應的火警探測報警設備以預防和避免風險。探測系統能對危險區域內的危險氣體進行連續監測并將相關數據反饋給控制中心進行監督。為保證準確、可靠地探測危險區域的可燃氣體泄漏，每個可能存在危險源的處所均需設置至少2個對應的可燃氣體探測器。危險區域內的探測器根據可能產生的危險氣體類型選擇合適的探測器和安裝位置：對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生硫化氣體的場所，由于可燃氣體一般積聚在底部，故選擇硫化類探頭，安裝在相對較低處；1 類、2 類危險區的圍蔽處所及其排風口處、與危險區相鄰的圍蔽的非危險處所的出入口及通風進口處應安裝有相應的可燃氣體探頭。

為及時處理危險，避免災害的發生，可燃氣體的探測還設置相應的報警閥值，達到爆炸下限的20%時發出預報警；達到爆炸下限的50%時發出聲光報警。同時探測系統與應急切斷系統相關聯，在報警的同時可根據設定的邏輯控制程序對危險區域的設備進行關斷，保證船舶自身的安全。

5 危險區域電氣工藝

危險區域內的電氣設備在安全運行時，不僅在選型上要滿足其使用環境的要求，其安裝和布置工藝上也要滿足一定的要求。

FPSO上電氣危險區域內設備的施工工藝一般應滿足：

（1）在危險區域內使用的電纜（除照明電纜外）應敷設在接頭為氣密的厚壁鋼管內。照明電纜可不穿管，但必須帶聚氯乙烯（PVC）外護套，并通過氣密的填料函進防爆燈；

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

（3）儀表電纜接地外護套需要PE接地并且兩端接地，內護套一端接地。并且需要保持整根電纜內屏蔽層的電氣連續性；

（4）安裝在危險區域的設備須為防爆型設備 （帶EEx 標記或帶多種防爆標記相結合的防爆設備）且有認可證書，同時具有安裝環境所需的防護形式。設備應具有清晰的銘牌，顯示：廠商、型號、防爆形式、設備等級、測試機構的名稱和證書號等；

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

（6）電纜進入危險區應安裝防爆填料函，填料函應保證在危險區和安全區之間氣密。填料應是不燃或滯燃型的；

（7）危險區域內的電氣設備連同其基座應牢靠固定，相應的電纜托架及支架也要牢靠地固定，防止松動滑移；

（8）危險區域內的電氣設備外殼應可靠接地，其接地線規格選擇應符合規范要求；

（9）應按規范、標準的要求對浮式裝置需要避雷的設施和處所采取有效的避雷措施。

根據本船的結構與設備布置，考慮保護范圍覆蓋，除部分模塊化設備自帶的防雷設施外，在火炬塔、雷達桅、透氣桅上設有避雷裝置，用以保護全船設備安全。

6 結語

隨著陸上資源的日益減少，海洋資源的探測與開發逐漸成為國內外焦點，隨之配套的海工裝備的發展和制造已經成為各大船舶制造企業的重要組成部分。由于海上環境復雜多變，油氣采集和儲運裝備上存在較多危險源，保證海上安全是海工裝備發展的重中之重。因此，我們在海工設計中應嚴格遵循相關規范對危險區域的劃分，根據區域內的危險源性質對危險區域定級，必須布置在危險區域內的電氣設備需選擇符合要求的危險防護等級，同時在施工過程中應保證防爆電氣設備可靠合理的安裝，并對危險區域進行嚴密監控。通過對“瑪麗卡”的分析整理，我們可以吸取國外在FPSO危險區域劃分控制和安裝布置方面的相關經驗，了解FPSO危險區域控制中的相關做法，為后續的海工項目提供借鑒和參考。

參考文獻

[1] Guide for Building and Classing Floating Production Installations， ABS 2007.

[2] Guide for Building and Classing Facilities on Offshore Installations， ABS 2000.

[3] 海洋石油工程指南編委會.海洋石油工程FPSO與單點系泊系統設計 [M].北京：石油工業出版社2007.

[4] 國家安全監督總局.浮式生產儲油裝置（FPSO）安全規則[S].2010.6.endprint