半潛式鉆井平臺應急關斷系統的激活邏輯探討

李晗　蔡阿新　蘇俊強　翟洪平　葛永強

摘 要：海洋油氣的勘探作業逐年有序增加和深入探索海洋未知領域，但是在鉆探過程中會產生易燃易爆氣體，為預防出現嚴重的安全事故，則需要在前期進行布置氣體和火災探測，并進行相關邏輯關聯設計與應急關斷系統進行配合操作，來保護平臺安全。因此本文在汲取多個平臺項目經驗基礎上，著重依火災或氣體探測報警的程度進行劃分，并綜合考慮設備的分組控制，結合到對應的應急關斷系統的層級，以期為鉆井平臺鉆井作業安全運行和人身安全提供一定的借鑒作用。

關鍵詞：鉆井平臺;火災;氣體探測;應急關斷系統

導言：由于平臺鉆探區域及相連接區域、和配套設備間區域存在易燃易爆性氣體，如果易燃易爆氣體的濃度在某一區域達到爆炸條件，就會爆炸并引起火災，將嚴重危害到鉆探作業及平臺人員的人身安全。因此，火災與氣體探測系統（簡稱F&GS）的預防監控和報警后的安全操作至關重要，而應急關斷系統（簡稱ESD）是鉆井平臺的重要安全控制部分，將F&GS整合到ESD層級關斷邏輯的設計直接影響整個平臺的運行及工作人員的安全。

1 ESD系統的等級和層級分組

本文探討是基于ESD系統等級分三級，依次由高到低為APS->ESD2->ESD1[1].應急關斷系統的層級分組是指在ESD系統每個等級里面都可能有不同的分組控制，便于系統設計和節省成本。

ESD等級分組構成

APS機艙關斷按鈕，延時關斷（火氣系統，廣播系統，ESD系統，無線電/外部通訊系統，UPS系統等）

ESD2鉆井BOP控制系統關斷

ESD1自然通風區域安裝的非防爆設備和氣體探頭保護區域的單獨隔離關斷

2 ESD系統的激活

F&GS系統和ESD系統是鉆井平臺中重要的安全系統，其中ESD系統的激活有兩種方式：第一種方式是通過從火災和氣體探測系統中得到確認報警后，激活ESD系統的對應層級;第二種方式是由平臺具有職權的工作人員，根據現場巡查或平臺整體險情判斷，通過手動操作ESD按鈕，激活ESD系統。在實際平臺應用中，ESD系統的所有激活將設計在因果圖表（英文Cause and Effect）里面，然后由ESD系統服務商工程師根據設計的因果圖表，做到ESD軟件中。本文主要是探討ESD系統在平臺的實際工況中與其他系統的接口，并綜合設計激活的邏輯策略。

2.1? 由FGS報警來激活ESD系統

由于平臺在海上工作的特殊性導致不易于實施海上救援，因此需要嚴密進行安全風險控制，防止火災險情、易燃易爆氣泄露導致的嚴重事故，要將險情在初級階段得到有效控制。F&GS的報警主要是用來監控整座平臺的火災險情和易燃易爆氣體-如：HC（碳化氫混合物氣體的簡寫）、H2S（硫化氫混合物氣體的簡寫）的泄露與擴散。

當鉆井平臺定義的氣體危險處所安裝的火災探頭探測動作預報警后，平臺值班工作人員要在兩分鐘內進行確認預報警處所的火災真實性，如果發現預報警是誤報警，可以進行人工解除邏輯指令;但如果平臺工作人員未在兩分鐘內進行操作，那么預報警將轉為報警，將立刻觸發整個平臺的報警系統進行報警廣播，由F&GS發出信號指令到ESD系統控制中心，將自動激活ESD1級，同時啟動消防泵[2]。

根據氣體探頭安裝的位置與不同氣體爆炸限值制定不同的應對措施，（注：根據不同環境位置布置不同種類的探頭，本文不做深入討論。）以下是火災報警和氣體探測報警的不同情形激活對應的ESD組定義：

1）在以下情形，氣體探頭探測到易燃易爆氣體，將發出氣體泄露預報警，將延時兩分鐘后觸發整個平臺的報警系統進行報警廣播，同時F&GS發出信號指令到ESD系統控制中心，將首先關斷露天非防爆型設備或可能發生點燃危險氣體爆炸的相關設備電源，作為一個安全隔離：

a）當危險區域安裝的氣體探頭或為其服務的通風排氣口安裝的氣體探頭探測到氣體濃度在低報警位（HC 30% LEL[1]或H2S 10% PPM[1] ）并動作;

b）當露天的非危險區域安裝的氣體探頭探測到氣體濃度在低報警位（HC 10% LEL[1]或H2S 10% PPM[1] ）并動作;

c）當非危險區域艙室的通風系統進氣口安裝的氣體探頭探測到氣體濃度在低限值并動作。

2）在以下情形，將發出氣體泄露確認報警，立刻觸發整個平臺的報警系統進行報警廣播由F&GS發出信號指令到ESD系統控制中心，將自動激活ESD 1級，同時啟動消防泵：

a）當危險區域安裝的氣體探頭或為其服務的通風排氣口安裝的氣體探頭探測到氣體濃度在高報警位（HC 60% LEL[1]或H2S 20% PPM[1]）并動作;

b）當露天的非危險區域安裝的氣體探頭探測到氣體濃度在高報警位（HC 30% LEL[1]或H2S 20% PPM[1]）并動作;

c）當非危險區域艙室的通風系統進氣口安裝的氣體探頭探測到氣體濃度在高報警位（30% LEL[2] 或H2S 20%PPM[1]）并動作;

d）當火災氣體探測C&E采用了表決邏輯設計，兩個氣體探頭的探測值在低報警位并動作。

2.2由平臺上的工作人員手動操作ESD按鈕來激活ESD系統

平臺上的工作人員要定期進行巡查平臺上的機器工作處所或現場環境，在巡查過程中人員會配備合適的防爆氣體探測儀器，用于監測氣體泄露，尤其是出入危險處所的工作人員。以下是工作人員或具有操作權限的工作人員在不同情形需要進行激活ESD不同等級的按鈕：

1）當工作人員在露天區域或配備有ESD系統按鈕的區域發現有險情，可通過插鑰匙激活單個ESD 1按鈕（注：ESD 1按鈕是最低級，工作人員都可操作）;

2）ESD 2級按鈕需具有操作權限的人員才可以進行操作激活。其中ESD 2按鈕是安裝在重要位置，是采用同時插鑰匙-操作雙按鈕進行激活。

3）APS級按鈕棄平臺按鈕，安裝在重要位置，需具有操作權限的人員在綜合判斷平臺的險情之后，采用同時插鑰匙-操作雙按鈕進行激活，整個平臺響起棄平臺警報，此時全體人員都必須迅速撤離平臺。

3 結語

總之，半潛式鉆井平臺因其的特殊性和工作環境，所涉及的系統非常繁雜，也牽涉大量的電儀設備，在考慮ESD系統的激活邏輯，需要對整個平臺的危險區域布置、電氣設備布置，火災探測系統布置，逃生設施和詳細規范要求等進行全面了解，并結合實際項目規格書要求對其系統的前端進行詳細剖面分析，制定切實可行的邏輯策略，并貫徹到ESD系統的因果圖表和軟件程序中，從而為鉆井平臺正常作業保駕護航和持久運行起到關鍵作用。

參考文獻：

[1] 李晗，葛永強，蔡阿新. 半潛式鉆井平臺應急關斷系統的分級設計與關斷邏輯探討[J]，今日電氣，2019-5.

[2] 挪威船級社規范DNV-OS-D301 Fire protection， 2014-07

[3] 挪威石油工業技術法規，NORSOK S-001 Technical Safety （edit 4， Feb. 2008）

作者簡介：

李晗，身份證號碼211403198412298411。