海洋采油平臺火氣系統(tǒng)供電回路改造

周魯堯，陳土超，張洪濤，呂騰飛(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

海洋采油平臺主要從事石油、天然氣開采加工，裝置現(xiàn)場各工藝系統(tǒng)、設備撬塊、儲罐區(qū)域、電氣設備房間等都是易燃、易爆的高危區(qū)域，一旦發(fā)生火災卻沒有及時有效的得到控制，產生的后果將是災難性的。因此，火氣系統(tǒng)是海洋油氣田生產裝置上最為關鍵的系統(tǒng)[1]，因為火氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性直接關系到公司財產和員工生命的安全，所以所有裝置的中央控制室都必須配置有火氣系統(tǒng)(FGS)[2]?；饸庀到y(tǒng)主要是通過對區(qū)域溫度、煙霧、火焰以及可燃氣濃度等的檢測，產生相應的報警提醒，同時可以通過控制器邏輯自動觸發(fā)相關的生產關停，并啟動消防設備實施滅火[3]。

1 存在的問題

某海洋采油平臺中控火氣系統(tǒng)及生活樓火災盤24VDC供電回路如圖1所示。

圖1 某海洋采油平臺中控火氣系統(tǒng)及生活樓火災盤24VDC供電回路

如圖，是采用UPS雙路供電加一路應急電池組供電的方式，從而保證火氣系統(tǒng)電源供應，確保正常運行。UPS是uninterruptible power system的縮寫，翻譯過來就是不間斷電源，簡稱UPS電源。顧名思義就是不間斷的供電，它的特點就是不間斷。正常情況下由平臺UPS雙路電源分別經過電源模塊處理后供電。而在非正常情況下，例如當平臺應急開關間、電池間發(fā)生火災或者平臺UPS設備故障時，平臺UPS雙路電源都無法繼續(xù)供電，在這種的情況下，火氣系統(tǒng)及火災盤可立即轉換備用電池組供電保障火氣系統(tǒng)正常運行至少30 min以上。這主要是為了保障各氣體消防(七氟丙烷或二氧化碳氣體)保護區(qū)域在發(fā)生火災時，可以確?；饸庀到y(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行完成消防邏輯。以上圖某平臺中控火氣系統(tǒng)供電回路為例：平臺中控火氣系統(tǒng)24 VDC母排供電回路分為A、B路供電，A路24 VDC為正常狀態(tài)下平臺兩套UPS電源供電；B路由中控火氣系統(tǒng)應急電源柜電池組供電，負責A路斷開后對火氣系統(tǒng)進行應急供電。

某平臺在投產后一直存在的一個問題是，中控火氣系統(tǒng)應急電源柜及生活樓火災盤的兩套電池組故障率很高，換上去的新電池組不到半年，在電池充放電檢查時就發(fā)現(xiàn)損壞，電池經檢查確認不存在質量問題，判斷問題應為供電回路設計不合理，電池組使用狀態(tài)不良導致。經檢查分析，應急電池組電源供電B回路輸出電壓過高，可達27 VDC，而正常A回路大約在25 VDC，導致電池組一直處于放電狀態(tài)，嚴重影響電池壽命,無法起到應急電源的作用。最初的解決思路是將電池組的充電電壓降低，調高A回路電壓使其高于B回路，但這樣做電池組充電電壓較低，不利于電池組的長期使用。因此為了從根本上解決這個問題，必須進行供電回路改造。另外，實際施工安裝時，供電回路上缺少電池組隔離開關，無法安全地進行電池組的定期檢查維護工作，需要增加安裝隔離開關。

2 改造思路

第一種改造的方法是參考其他生產裝置火氣系統(tǒng)應急供電回路進行改造。通過收集資料并與相關使用正常裝置技術人員進行溝通，發(fā)現(xiàn)能夠正常使用的應急供電電源都是一套小型的UPS系統(tǒng)，由UPS主機和電池組共同組成。正常情況下電池組處于浮充狀態(tài)，正常電掉電后電池組通過UPS主機的逆變功能，逆變?yōu)樾枰慕涣麟娫蠢^續(xù)供電，起到不間斷供電的作用。對于精密儀器設備來說，斷電對其傷害很大，UPS電源就能在平臺正常電源中斷時為其持續(xù)供電，保證設備能夠正常工作。平臺正常交流電源除了中斷故障外，還有很多不能直觀發(fā)現(xiàn)問題，例如諧波、失真、浪涌、突波、頻率漂移等電力問題，這些對于儀器的精度和使用壽命都有影響。通過UPS處理后的電源除了不間斷供電外，還具備穩(wěn)壓、突波保護、諧波失真保護、穩(wěn)定頻率等作用，因此平臺上儀控等精密系統(tǒng)及設備的工作電源全部取至平臺大UPS負載端。鑒于UPS電源的優(yōu)點，火氣系統(tǒng)應急電源應該選用一套小型的UPS系統(tǒng)，但是這與之前備用電池組的設計理念完全不同，要將原有24 VDC直流電池組換型增加改為220 VDC電池組，并且增加一臺UPS主機，火氣系統(tǒng)供電方式也要做相應的變更，這樣改造的缺點有兩個，一是改造變更工作量大，二是改造成本高[4]。

第二種改造的方法是在現(xiàn)有的24 VDC備用應急電池組供電的基礎上做改造，通過增加部分硬件的方式實現(xiàn)供電電源一用一熱備的工作模式，即平臺UPS系統(tǒng)正常供電時，使用A路正常電源供電，應急電池組處于熱備，電池組保持浮充狀態(tài)，不放電。在UPS交流電源斷開的情況下，熱備B路直流電池組系統(tǒng)電源可以立即根據火氣系統(tǒng)母排電壓值判斷無擾并投入供電運行。蓄電池充電機通常的充電電壓需要調節(jié)到27 VDC才可保障電池組正常充電，因此不能簡單的調低充電機的充電電壓，而是需要在直流電池組輸出時做調壓，保障A路的輸出電壓略高。鑒于火氣系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的需要，調壓模塊選型時要求質量可靠并且安裝兩個具備冗余功能。為了防止母排電壓過高反充電至電池組，直流調壓模塊應具備輸出端不可逆模式，同時在直流調壓模塊與火氣系統(tǒng)直流母排間加裝單向導通二級管。為了方便后期對直流電池組供電系統(tǒng)進行定期維護，還需要增加安裝一套刀閘開關，改造安裝方式如圖2所示。

圖2 改造安裝方式

3 改造方案

本著降本增效的目的，在能保障火氣系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的前提下，最終決定選著第二種改造方法，改造的方案步驟如下：

(1)增加冗余的兩個直流調壓模塊，將輸出電壓調至24 VDC，低于正常母排25 VDC電壓，并將輸出端調節(jié)為不可逆模式。

(2)增加單向二極管模塊，防止母排電壓過高反充電至電池組。

(3)增加電池輸出端的維護刀閘開關，在電池組充放電維護或維修更換時可以切斷與控制柜母排的連接，不影響火氣系統(tǒng)的正常運行。原理簡圖如圖3所示。

圖3 原理簡圖

4 實施效果

此次改造后，該平臺火氣系統(tǒng)及生活樓火災盤電池組供電回路可以實現(xiàn)安全正常充放電操作、檢查及維護，輸出電壓值可以和母排電壓值基本保持一致，正常情況下不放電。改造同時更換了新的電池組，經過一年的使用，一年后電池充放電檢查狀態(tài)良好，改造達到了預想的效果[5]。

5 結語

通過此次改造，保障了平臺火氣系統(tǒng)的穩(wěn)定，排除了平臺的一項較大的隱患同時，認識到很多項目投產時設計的資料不一定都是合理的，只有認真的審核設計文件，提早發(fā)現(xiàn)問題，才能減少平臺的隱患，減少后期改造帶來的成本。此項改造同樣實施于平臺生活樓火災盤的備用電池組供電回路，而且舉一反三推廣到了具有類似問題的其他平臺裝置，也可為后期新投產的項目提供參考經驗[6]。