FPSO固定式消防系統的電氣控制流程

丁 海

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

0 引言

FPSO是一種復雜的船型，由于需要在主甲板以上安裝大量的生產處理模塊進行原油的處理及輸送，整個船舶的工況十分復雜。船舶消防系統是為了提高船舶安全、預防船舶上可控的局部火災蔓延而設計安裝的保護設施，是船舶的重要組成部分。根據相關規范[1-3]要求，FPSO各區域的不同要求，結合設備特點，對于高風險失火區域，采用選用不同介質、集中與分布相結合的固定式消防系統，對于低風險失火區域，采用消防龍頭，便攜式滅火器等相結合的消防方式。

一般來說，由于FPSO的上部模塊和主船體選擇不同的建造集成廠家，集成控制系統由兩個獨立完整的系統構成，即：主船體集成控制系統（HULL control-safety system，HULL CSS）和上部處理模塊集成控制系統（TOPSIDE control-safety system，TOPSIDE CSS），給全船性系統控制帶來一些不確定因素。如何通過這兩個控制系統的控制、監控、報警，使全船消防系統能夠快速、安全、有效發揮其效用，是本文論述的重點。

本文通過上海船務承接設計建造的巴西石油的FPSO，探討固定式消防系統控制系統電氣控制流程，以供后續類似項目參考。

1 FPSO全船消防系統的配置

消防水作為船舶上最常用的消防介質，在FPSO中也被廣泛使用，主要用于露天區域及部分生產處理模塊的水噴淋；全船各區域的低風險失火區域，包含居住區域（過道，健身房等）使用的消防龍頭；泡沫消防系統的水基溶劑。

泡沫滅火系統廣泛應用于石油化工行業，針對大面積液體火災最有效的滅火系統。在FPSO上用于：直升機甲板；艏部和艉部的卸油區域；全船貨油艙。

由于直升機甲板距離泡沫滅火系統環管距離較遠，在垂直方向的距離也較大，將泡沫液環管引入到直升機甲板，保持環管壓力的代價較大。故該項目中，在直升機甲板使用了一套獨立的泡沫消防系統。

CO2滅火系統根據其不損壞設備，滅火能力強的特點，較為廣泛地應用到含有電氣設備的區域，在FPSO項目中，應用于：廚房；機艙區域；散布于主船體及上部模塊的配電板間、電氣設備間。

由于全船配電板間和電氣設備間分布較為分散，故FPSO的CO2滅火系統根據區域分布，分別在廚房、機艙、主船體艏部、上部模塊的通用模塊和電氣模塊中，使用5套獨立的CO2滅火系統。每套系統根據所保護的區域，進行單區域和多區域的消防保護。

2 消防系統電氣控制流程

2.1 消防水系統

消防水噴淋系統的控制流程如圖1所示。

圖1 消防水噴淋系統控制流程

該系統的消防保壓泵、消防泵單元（包含附屬的提升泵、增壓泵）均為雙套100%冗余配置，當任意一組有故障時，可以自動切換至另外一組。為了簡化控制流程的描述，在圖1中以一套顯示。

消防水系統一直處于熱備狀態，隨時能夠投入使用，HULL CSS持續檢測消防水柜的液位和壓力，根據表 1的邏輯關系起停消防保壓泵并遙控開閉消防水柜上面的空氣進口閥。

表1 起停消防保壓泵并遙控空氣進口閥的邏輯關系

當上述壓力信號或液位信號傳輸發生故障時，HULL CSS系統經判斷并及時在HULL CSS中激活報警系統，提示需要通過人工干預進行相關儀表或設備的檢修和維護，此時，消防保壓泵及消防水柜上相關閥門的相關操作即轉為人工操作。

該系統在熱備狀態下，由消防保壓泵往消防水管內注入海水，并在水柜中通過注入一定量的空氣對水施予壓力，以便使消防水柜對消防水總管維持一定的持續的壓力。

根據項目特點，該項目消防泵單元要求能夠連續維持18 h工作，由獨立的柴油機驅動，故消防泵能夠運行的前提條件是柴油機滿足其運行條件（如油、氣的供給，相關區域的通風要求等等），且消防泵單元處于安全運行的環境條件下。

消防泵可以選擇遙控及就地模式起動，當HULL CSS發出起動信號時，起動模式處于“遙控”時才可以接受此遙控起動命令信號。

消防泵排出口安裝有壓力傳感器，用于進行壓力檢測，目的是保證消防水能夠到達在最遠端的用戶。

開啟全船水噴淋控制閥有如下幾種方式：

1）當某區域發生火災時，水噴淋控制閥頭上的熔斷絲受環境溫度影響，經高溫后熔斷，噴頭自動開始噴水；

2）當TOPSIDE CSS檢測到火災信號時，火災信號自動激活相應區域的水噴淋控制閥。

3）由TOPSIDE CSS操作人員發現某個區域有不明顯火災或是有火災危險時，通過TOPSIDE CSS的人機界面，遙控開啟水噴淋控制閥。

4）由現場人員在水噴淋控制閥處手動開啟。

水噴淋系統控制流程如下：當水噴淋系統被激活（水噴淋閥門打開噴水，消防龍頭打開，泡沫消防系統連接的消防水閥門打開）后，在初始階段，消防泵并未起動，由消防水柜為消防水總管供水，當水柜內液位低于設定值時，由HULL CSS檢測壓力信號，經邏輯判斷，發出起動消防保壓泵的指令，消防保壓泵起動，將海水打入消防水柜，持續為消防水總管供水；當消防水用戶用水量持續增大，消防水柜內的水無法及時滿足用戶需求，消防水總管的壓力持續降低至設定值時，HULL CSS即向消防泵發出起動命令，在檢測消防泵起動條件后，消防泵及其附屬設備（消防提升泵，增壓泵等）起動并開始工作，持續為消防水總管供水，以保證系統的持續運行。消防泵運行停止命令，需要在本地就行操作。

2.2 泡沫滅火系統

泡沫滅火系統電氣控制流程圖如圖2所示。

本文著重描述由集成控制系統監控的滅火系統的運行流程，獨立的泡沫消防系統（如直升機甲板泡沫滅火系統）不在此文中描述。

圖2 泡沫消防系統控制流程

為了保證消防系統滅火效用，泡沫消防泵為雙臺100%冗余配置，當任意一臺故障時可以自動切換至另外一臺。為了簡化描述，圖2中表示1臺。

起動泡沫消防系統有如下幾種方式：

1）當HULL CSS檢測到艏部和艉部卸油區域的火警信號時，由中控室人員通過HULL CSS人機界面發出泡沫消防泵起動指令。

2）當TOPSIDE CSS檢測到主甲板區域的火警信號時，通過中控室內安裝的TOPSIDE火警復示板，發出報警信號，由中控室的操作人員確認火警，并通過HULL CSS人機界面發出泡沫消防泵起動指令。

3）當現場人員發現不明顯火災或是有火災危險時，在艏部和艉部卸油區域及主甲板就近位置按下泡沫消防泵起動按鈕，該按鈕起動信號通過 HULL CSS發出泡沫消防泵起動指令。

4）泡沫消防泵就地起動。

泡沫消防泵一旦起動，相關的運行監控信號即傳輸到HULL CSS和TOPSIDE CSS中，通過相應系統將“泡沫滅火系統已經運行”的信號傳輸到主船體和上部模塊的火氣系統及相關信息記錄系統。

泡沫消防泵可通過HULL CSS 發出運行停止信號，或在就地停止。

泡沫消防泵將泡沫柜中的泡沫液打入到泡沫消防總管內。泡沫柜的液位和壓力信號傳輸到 HULL CSS系統中，當信號異常，提醒操作人員及時補充泡沫液，檢修設備。

一旦泡沫消防泵起動，即可通過HULL CSS及TOPSIDE CSS開啟相應區域消防水管路和消防泡沫液管路上的閥門，這兩個閥門也可手動開啟。消防水與泡沫液在消防炮內按照97%和3%的比例混合生成所需的泡沫向外噴射。

消防炮通過手動開啟，所以消防炮應安裝在接近保護區域且人員易于到達的位置。

泡沫消防系統的控制流程如下：通過手動或HULL CSS遙控起動泡沫消防泵，泡沫消防泵將泡沫液打入到消防泡沫液總管，同時將泡沫泵起動的信號傳輸到HULL CSS和TOPSIDE CSS系統，由相應的CSS系統遙控或操作人員手動開啟相應系統的消防水和泡沫液的閥門，由操作人員手動開啟消防炮進行滅火。

2.3 CO2滅火系統

CO2滅火系統因其釋放氣體時會造成人員的窒息，所以不允許在中控人為對其進行遙控起動操作，中控系統必須在接到現場的起動命令后，才能發出命令信號，激活系統，中控系統對該系統進行遠程監控，并及時發送報警信號，提示人員不要進入這些區域。

由于全船按照區域分布使用五套獨立的 CO2滅火系統，在此以機艙的CO2滅火系統為例，機艙CO2滅火系統共保護5個區域，故CO2氣瓶（其實存放的液態CO2）分為5組，分別針對每個保護區域。圖3以一個保護區為例。描述整個系統的分布及運行流程。

CO2滅火控制系統的設備及監控系統分布在 3個區域：

1）CO2氣瓶存儲區域安裝的設備包括，CO2氣瓶組（包含每個氣瓶上的控制閥，定向閥及壓力傳感器等），CO2釋放及復位操作板（包含控制閥操作手柄，定向閥操作手柄及復位按鈕）。

2）CO2保護區域的每一個門口，安裝有保護區域的控制面板（包含控制閥操作手柄、定向閥操作手柄）、報警燈，在保護區域內部安裝有聲、光報警。

3）CO2滅火系統的相關信號傳輸到HULL CSS系統，HULL CSS進行邏輯判斷并激活報警。

CO2滅火系統的釋放流程如下：

由 CO2氣瓶存儲區域的操作板上的控制閥操作手柄或在保護區域外的控制閥操作手柄或氣瓶上的控制閥操作手柄，就地開啟控制閥，并將控制閥開啟的信號反饋給HULL CSS。

由 CO2氣瓶存儲區域的操作板上的定向閥操作手柄或在保護區域外的定向閥操作手柄，將定向閥起動信號傳輸到HULL CSS，由HULL CSS確認控制閥已經開啟，發出定向閥開啟命令，定向閥開啟后，反饋信號給HULL CSS。

控制閥與定向閥開啟后，HULL CSS即起動“CO2滅火系統已經被激活”的報警信號，并激活保護區域內外的報警信號，同時將系統運行信號發送給火氣系統。

在定向閥開啟后，通過就地機械連鎖，在系統激活后30 s后，向特定區域釋放CO2。

圖3 CO2滅火系統控制流程

當 CO2系統一旦開始釋放氣瓶里的氣體，則必須等該氣瓶里氣體全部釋放完全后才能關閉系統，在釋放期間無法停止。

系統復位需要在氣瓶存儲區域內的CO2釋放及復位操作板上的復位按鈕來完成。

HULL CSS相關的報警如下：

控制閥由現場位置手動開啟，發的位置信號傳輸到HULL CSS，當HULL CSS收到控制閥打開的反饋信號后5 s，若定向閥還沒有打開，此刻HULL CSS將發出“定向閥打開故障”的報警。

當控制閥與定向閥均已打開，HULL CSS即會發出“CO2滅火系統工作”的報警。

當HULL CSS在CO2滅火系統起動7 s后仍然沒有收到壓力傳感器傳出的壓力信號，即會發出“氣瓶無壓力”的報警。

在HULL CSS確認CO2滅火系統已經被激活，HULL CSS即會檢測相關區域內部的非重要電氣負載是否已經切斷，風閘是否關閉，門是否閉合。

若CO2滅火系統啟動20 s后，保護區域的門還未關閉，HULL CSS將會發出“門未關閉”的報警。

若是在CO2釋放后10 s后，保護區域的門尚未關閉，則HULL CSS系統會發出“CO2系統啟動，門未關閉”的報警。

若是在CO2釋放后10 s后，保護區域的風閘尚未關閉，則HULL CSS系統會發出“CO2系統啟動，風閘未關閉”的報警。

3 結論

本文通過項目實例，論述了在FPSO上，如何結合主船體集成控制系統（HULL CSS）和上部處理模塊集成控制系統（TOPSIDE CSS），達到快速、安全、有效使用固定滅火系統，最大限度保證整個FPSO的安全性，給類似項目的實施提供參考及借鑒。