FPSO管道式氣體探頭布置與安裝設(shè)計(jì)

黃偉,陳業(yè),陳純,俞珠珠

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

由于FPSO是原油生產(chǎn)、處理及儲(chǔ)存設(shè)施,在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有大量的原油輸入和加工,在其過(guò)程中會(huì)伴生出大量的烷類、烴類氣體,一旦發(fā)生事故,后果不堪設(shè)想[1]。管道式氣體探頭作為火氣探測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分,其可靠安全合理的布置在浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船上對(duì)保障人員安全和最大限度的減少事故所引起的經(jīng)濟(jì)損失起到重要作用[2]。LIZA項(xiàng)目是荷蘭SBM公司推出的最新世界獨(dú)創(chuàng)Fast 4 Word通用型海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪系列中的一艘FPSO,裝備了一套功能完善、性能可靠的火氣探測(cè)系統(tǒng),其中管道式氣體探頭作為其安全保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分,其主要由管道式煙探頭和管道式可燃?xì)馓筋^組成,用于FPSO的人員安全和設(shè)備保護(hù)。其分布在整個(gè)FPSO機(jī)械通風(fēng)及空調(diào)進(jìn)風(fēng)口處,原理是通過(guò)檢測(cè)、分析外界環(huán)境中發(fā)生火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏情況,系統(tǒng)執(zhí)行“表決確認(rèn)邏輯”,進(jìn)而激活發(fā)出報(bào)警,與此同時(shí),根據(jù)ESD系統(tǒng)預(yù)設(shè)邏輯執(zhí)行風(fēng)、油等設(shè)備隔離、切斷等動(dòng)作,從而有效保護(hù)人員及FPSO的安全。結(jié)合LIZA的管道式氣體探頭的布置與安裝,探討相關(guān)的法規(guī)的應(yīng)用和相關(guān)布置與安裝方案的效果。

1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1.1 法規(guī)規(guī)范要求

LIZA項(xiàng)目需要滿足西非、南美等地區(qū)海洋環(huán)境條件及要求,入法國(guó)BV級(jí),管道式煙探頭和管道式可燃?xì)馓筋^安裝布置要滿足NR445 ROU_PartC_2016-12-Rules for the Classification of Offshore Units Part C-Facilities的要求,其布置要求[2]如下。

1)劃分為1類、2類危險(xiǎn)區(qū)的圍蔽處所及其排風(fēng)口處。

2)與危險(xiǎn)區(qū)相鄰接的圍蔽的非危險(xiǎn)處所的通風(fēng)進(jìn)口處。

3)使用天然氣或原油為燃料的燃燒設(shè)備的罩殼內(nèi)。

4)天然氣或原油燃料管所在的通風(fēng)導(dǎo)管內(nèi)。

每一處所應(yīng)設(shè)置的氣體探頭的數(shù)量應(yīng)根據(jù)處所大小以及可能的漏泄源確定,但不能少于2個(gè)。

除此之外,還要滿足SOLA海上生命安全公約、FSS Code國(guó)際消防安全系統(tǒng)規(guī)則、國(guó)際電工組織:IEC60079、IEC6009全系列以及IEC60892-1～7、國(guó)際海事組織(IMO)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、公約等有關(guān)要求。

1.2 規(guī)格書要求

除了上述法規(guī)規(guī)范的要求,通過(guò)梳理,規(guī)格書對(duì)氣體探頭布置也有著具體要求。

1)探頭的布置應(yīng)覆蓋煙或氣可能上升或潛在聚集的位置,如電氣控制柜的上方區(qū)域,空調(diào)新風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)進(jìn)口處。

2)對(duì)于機(jī)艙區(qū)域、空調(diào)機(jī)間、應(yīng)急發(fā)電機(jī)間和消防泵間,應(yīng)使用開路式智能型可燃?xì)馓筋^,直流24 V輸入,直流4～20 mA輸出。

3)對(duì)于安裝在空調(diào)新風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口的感煙及可燃?xì)馓筋^,布置數(shù)量各為3個(gè)。

4)探頭的安裝位置應(yīng)便于人員靠近,以方便日后的維護(hù)和檢驗(yàn),對(duì)于一些實(shí)在難以到達(dá)的位置,應(yīng)通過(guò)不銹鋼管在一個(gè)可接近的位置進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試。

2 布置與安裝

2.1 布置原則

氣體探頭的布置應(yīng)綜合考慮到被探測(cè)氣體的比重特性、可能的漏泄源的位置、空間的幾何形狀以及氣流方向,以便盡早探知?dú)怏w的漏泄[3],通用布置原則如下。

1)安裝地點(diǎn)要盡可能選擇離可能性泄漏地點(diǎn)近的場(chǎng)所。

2)必須考慮區(qū)域性的氣流情況。氣體變送器放置到具有最大氣體濃度的地方。

3)為了檢測(cè)比空氣輕的氣體和蒸汽,要把氣體變送器放置到可能泄漏地點(diǎn)上方,通常在0.5～3.0 m內(nèi)。

4)為了檢測(cè)比空氣重的氣體和蒸汽,要把氣體變送器放置到盡可能離地面近的地方,通常在0.3～0.6 m內(nèi)。

5)對(duì)于有人工作及生活的處所或區(qū)域,要考慮將氣體探頭布置到該處所的進(jìn)風(fēng)口處。

6)探頭高度除了滿足功能使用外還應(yīng)考慮設(shè)備后期的維護(hù)和測(cè)試方便性。

7)光學(xué)表面上的水和/ 或污染可能引發(fā)警告或故障,減少可燃?xì)馓筋^內(nèi)部氣室積水對(duì)于探頭的影響,可燃?xì)馓筋^盡量考慮水平安裝。

2.2 安裝設(shè)計(jì)

2.2.1 管道式煙探頭

管道式煙探頭通過(guò)探測(cè)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)道內(nèi)氣流中可能含有的煙霧進(jìn)行探測(cè),其安裝要求如下。

1)在安裝前需確認(rèn)感煙探頭的進(jìn)氣方向,確保感煙探頭的進(jìn)氣方向要與風(fēng)道內(nèi)氣流方向相一致,探頭正確安裝后,由于風(fēng)管內(nèi)氣流的方向,探頭內(nèi)的指示帶會(huì)朝外彎曲擺動(dòng)。

2)為保證感煙探頭發(fā)揮最大的效用,探頭需要保證一定的功能距離(dh);對(duì)于圓形風(fēng)管,dh=風(fēng)管直徑(D),而矩形風(fēng)管,dh=2·H·W/(H+W),見圖1。

圖1 探頭與矩形、圓形風(fēng)管的間距關(guān)系示意

3)測(cè)量管的穿透長(zhǎng)度要達(dá)到風(fēng)管寬度或直徑的90%,如有必要,調(diào)整縮短探測(cè)管長(zhǎng)度并安裝末端堵頭。

4)對(duì)于在室外風(fēng)管上安裝的煙探頭,如不能滿足IP56要求則需要安裝保護(hù)罩,使用特殊抱箍安裝支架進(jìn)行固定。

2.2.2 管道式可燃?xì)馓筋^

1)對(duì)于螺旋風(fēng)管,管道式可燃?xì)馓筋^所需安裝的風(fēng)管直徑要求最小200 mm,或者在風(fēng)管上加裝一個(gè)170 mm×170 mm的正方形基座,以滿足水平安裝。對(duì)于矩形風(fēng)管,管道式可燃?xì)馓筋^所要安裝的風(fēng)管其安裝面積需滿足最小170 mm×170 mm。

2)噴頭保護(hù)罩上的顯示窗必須保證水平方向上安裝且可讀。水平方向上的最大允許偏移量為±30°,防濺罩靠上開口為進(jìn)氣口,要與氣流方向保持一致安裝位置。

3)氣體變送器四周應(yīng)有大約20 cm的自由空間,保證周圍的自由空氣流通,出于維護(hù)的目的,氣體變送器的位置必須易于接近。

4)安裝時(shí)可選擇側(cè)裝和底裝方式,避免由于頂裝造成風(fēng)管積水現(xiàn)象出現(xiàn)。

3 實(shí)例分析

3.1 生活樓蓄電池間

生活區(qū)域的空調(diào)機(jī)間、UPS間、蓄電池間、廚房間、洗衣間、樓道間、電梯圍井等處所設(shè)有獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)口,根據(jù)規(guī)格書及規(guī)范要求必須要布置管道式火氣探頭。以蓄電池間為例,蓄電池間的溫度控制及通風(fēng)是通過(guò)專門空調(diào)機(jī)組來(lái)維持的,其外機(jī)進(jìn)風(fēng)口布置在頂甲板上,出風(fēng)管為矩形風(fēng)管,尺寸為(高×寬)500 mm×800 mm,根據(jù)規(guī)格書要求配以2個(gè)管道式煙探頭和2個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^組合使用,根據(jù)矩形風(fēng)管的計(jì)算公式計(jì)算得出dh≈615 mm,同時(shí)根據(jù)探頭與空調(diào)機(jī)組之間距離,見圖2,必須保證3倍dh的距離,即探頭與空調(diào)外機(jī)之間的距離至少應(yīng)保證1 800 mm,才能滿足要求。

圖2 探頭與空調(diào)機(jī)組的最小距離示意

由于風(fēng)管的高度只有500 mm,方案一:如在室外風(fēng)管上安裝的管道式煙探頭,需要額外安裝保護(hù)罩以滿足IP56的要求,其尺寸為275 mm×275 mm×250 mm。方案二:如安裝可燃?xì)馓筋^,其外形尺寸為98 mm×115 mm×250 mm,在同一個(gè)側(cè)面無(wú)法上下同時(shí)布置兩個(gè)煙探頭。考慮布置的合理性,排除方案一及方案二,采用方案三:在同一個(gè)側(cè)面即左視圖上為1個(gè)管道式煙探頭和下為1個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^上下布置,見圖3。

圖3 蓄電池間外機(jī)進(jìn)風(fēng)口管道式氣體探頭布置左視圖

在另一側(cè)面即右視圖上為1個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^和下為1個(gè)管道式煙探頭上下布置,見圖4。

圖4 蓄電池間外機(jī)進(jìn)風(fēng)口管道式氣體探頭布置右視圖

最終形成兩兩相背錯(cuò)位布局,考慮到空調(diào)外機(jī)布置是在頂甲板的左邊,進(jìn)風(fēng)方向是從右向左,探頭的進(jìn)氣方向要與風(fēng)道內(nèi)氣流方向一致,這樣布置后探頭上下之間能保證一定的安裝間距,既方便現(xiàn)場(chǎng)安裝,又有助于發(fā)揮管道式氣體探頭的整體效果。

3.2 機(jī)艙船用變壓器間

機(jī)艙區(qū)域需要獨(dú)立通風(fēng)的房間主要是變壓器間、消防泵間、機(jī)修間、IGG間等機(jī)械處所,由于危險(xiǎn)區(qū)域劃分的要求,其進(jìn)風(fēng)口位置都應(yīng)距主甲板3 m以上,同時(shí)配備管道式氣體探頭來(lái)防止危險(xiǎn)氣體進(jìn)入這些房間造成人員傷害。以船用變壓器間為例,該處設(shè)有專門的結(jié)構(gòu)風(fēng)道,高度距主甲板10 m,配有一塊1 800 mm×1 800 mm的大面積百葉窗,根據(jù)規(guī)格書的要求配以3個(gè)管道式煙探頭和3個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^組合使用,但由于百葉窗的通風(fēng)形式不適用于廠家推薦的安裝方式和安裝距離,因此需要改變其安裝方式,將整個(gè)管道式可燃?xì)夂透袩熖筋^完全安裝在結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)部。為滿足新的安裝位置的要求,需要兩邊同時(shí)布置管道式可燃?xì)夂透袩熖筋^,在同一個(gè)側(cè)面是上為1個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^、中間為1個(gè)管道式煙探頭和下為1個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^,上中下布置。而另一側(cè)面是上為1個(gè)管道式感煙探頭、中間為1個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^和下為1個(gè)管道式煙探頭,同樣采用上中下布置,最終形成對(duì)稱錯(cuò)位布置。同時(shí)考慮到危險(xiǎn)氣體的比重較空氣輕,需要將管道式可燃?xì)夂透袩熖筋^降低高度布置,通常位于百葉窗的中間偏下位置,感煙探頭的探測(cè)方向是自下而上,因此在布置時(shí)需要將感煙探頭探測(cè)口朝下,而可燃?xì)馓筋^則要水平布置,探測(cè)口朝向風(fēng)口,以確保其功能有效。見圖5。

圖5 百葉窗進(jìn)風(fēng)口管道式氣體探頭布置

3.3 生活區(qū)樓梯道間

生活區(qū)域梯道間位于生活樓后壁,縱跨7層甲板,除了滿足船員的日常通行,還作為應(yīng)急逃生通道使用,內(nèi)部除配有獨(dú)立的照明系統(tǒng)外,還設(shè)有1臺(tái)獨(dú)立的風(fēng)機(jī)和進(jìn)出風(fēng)口,1根獨(dú)立的螺旋風(fēng)管貫穿到各層。根據(jù)規(guī)范要求在進(jìn)風(fēng)管上必須布置管道式氣體探頭,以保證人員安全,其風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口布置在生活樓頂甲板上,根據(jù)規(guī)格書要求配以2個(gè)管道式煙探頭和2個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^組合使用,為便于安裝與風(fēng)機(jī)相接的出風(fēng)管由螺旋風(fēng)管改為矩形風(fēng)管并帶有一段圓形風(fēng)帽,矩形風(fēng)管長(zhǎng)寬高分別為700 mm×700 mm×1 000 mm,所以根據(jù)圓形風(fēng)管的計(jì)算公式,計(jì)算得出dh=300 mm。根據(jù)探頭與風(fēng)機(jī)之間距離,如圖6所示,必須保證3倍dh的距離,即探頭與風(fēng)機(jī)之間的距離至少應(yīng)保證900 mm,才能滿足要求。

圖6 探頭與風(fēng)機(jī)馬達(dá)的最小距離示意

矩形風(fēng)管的安裝面長(zhǎng)與寬均只有700 mm,考慮到在室外風(fēng)管上安裝的管道式煙探頭,都需要額外安裝保護(hù)罩以滿足IP56的要求,其尺寸無(wú)法滿足在同一面上布置一個(gè)煙探頭和一個(gè)可燃?xì)馓筋^,而在4個(gè)安裝面分別安裝2個(gè)煙探頭和2個(gè)可燃?xì)馓筋^同樣不可行。考慮到布置的合理性,在一個(gè)側(cè)面安裝1個(gè)管道式煙探頭和其對(duì)面安裝另1個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^背對(duì)背布置較為合理,而2個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^則安裝在風(fēng)帽下方同時(shí)采用背對(duì)背安裝,見圖7。

圖7 百葉窗進(jìn)風(fēng)口管道式氣體探頭布置

最終形成立體錯(cuò)開布局,在保證探頭的進(jìn)氣方向與風(fēng)道內(nèi)氣流方向相一致的情況下,這種布局方式便于現(xiàn)場(chǎng)安裝,同時(shí)有效的發(fā)揮管道式氣體探頭的整體效果。

3.4 艏部甲板機(jī)械間

艏部甲板機(jī)械間位于主甲板旋轉(zhuǎn)塔附近,旋轉(zhuǎn)塔屬于危險(xiǎn)區(qū)域,因此機(jī)械間的新風(fēng)口必須要避開危險(xiǎn)區(qū)域,新風(fēng)口目前布置在船艏部中間的位置,根據(jù)規(guī)格書要求甲板機(jī)械間需要在新風(fēng)口管路上配備3個(gè)管道式煙探頭和3個(gè)管道式可燃?xì)馓筋^組合使用。由于采用室外安裝形式,產(chǎn)品自身不能滿足IP56的情況下需要增加水密保護(hù)罩以滿足防護(hù)要求,采用特殊抱箍支架來(lái)固定在螺旋風(fēng)管上,見圖8。

圖8 抱箍支架示意

對(duì)于垂直布置的螺旋風(fēng)管,原水平安裝的探頭其進(jìn)氣方向就無(wú)法滿足安裝要求,要改為上下安裝,管道式可燃?xì)夂透袩熖筋^左右錯(cuò)位上下安裝,見圖9。這樣,在滿足功能要求情況下便于后期維護(hù)。

圖9 管道式氣體探頭在圓形風(fēng)管上的布置示意

4 結(jié)論

1)任何一組管道式可燃?xì)饣驘熖筋^都不能安裝在風(fēng)管一側(cè),可燃?xì)夂蜔熖筋^要交叉組合安裝,對(duì)于不滿足可燃?xì)饧盁熖筋^安裝空間的情況,需要加長(zhǎng)風(fēng)管導(dǎo)管。

2)管道式可燃?xì)饧盁熖筋^安裝高度不宜超過(guò)3 m,如不可避免,應(yīng)考慮增加維護(hù)平臺(tái)及爬梯,以方便后期的維護(hù)和測(cè)試。

3)管道式可燃?xì)饧盁熖筋^位置如被遮擋,需要降低安裝高度或選擇新位置安裝,以方便后期觀察及檢修。

4)對(duì)于安裝探頭的風(fēng)管管段,可預(yù)先讓風(fēng)管廠家根據(jù)探頭設(shè)計(jì)開孔尺寸在風(fēng)管上開孔,從而避免因現(xiàn)場(chǎng)不規(guī)范開孔,造成風(fēng)管密封效果減弱。