FPSO電房模塊空氣凈化系統設計

童 軍

（招商局重工（江蘇）有限責任公司，江蘇 南通 226116）

0 引言

FPSO（Floating,Production,Storage and Offloading System）是海洋石油天然氣工業開發中集生產、儲油、卸油于一體的海上浮式生產儲卸油裝置，是集人員居住與生產指揮系統于一體的綜合性的大型海上石油生產基地。上部模塊是整個FPSO的核心工作部分，負責FPSO的油氣處理流程，這個區域存在著極大的危險性。而電房模塊則相當于整個上部模塊的大腦，里面布置著大量的電氣和儀表設備，通過這些設備實現對整個上部模塊的監控和操作。電房模塊的安全性非常重要，不僅關系到工作人員的生命安全，同時也關系到整個FPSO的正常運轉。電房模塊一般都是緊挨著上部模塊進行布置的，當上部模塊發生事故或氣體泄漏時，有害氣體可能進入電房模塊。為了確保電房模塊的安全，電房模塊內必須安裝有空氣凈化系統，當發生事故的時候，通過空氣凈化系統對電房模塊的空氣進行凈化處理，有效清除進入電房模塊的有害氣體。本文以某船廠在建的FPSO上部模塊為例，闡述如何設計電房模塊的空氣凈化系統，可為后續同類設計提供一定的借鑒。

1 相關規范和要求

根據IEC要求，當發生事故時外部的空氣進入電房模塊室內，需使用空氣凈化系統對電房模塊內部進行空氣清潔。凈化系統風機必須是可反轉的，而且換氣次數不能少于5次/h[1]。凈化系統風機的電力供應應使用主船體的應急供電系統，而不是電房模塊本身的供電系統。空氣凈化系統模式應該是使用遙控的方式手動啟動。

空氣凈化系統的設計需要滿足以下相關規范的要求：1）ISO 15138《石油和天然氣工業海上開采設備供暖、通風和空氣調節》；2）BV NR445《海上設備入級規則》；3）《國際海上人命安全公約》（International Convention for the Safety of Life at Sea，簡稱SOLAS）；4）IEC 60079-13∶2017《爆炸性氣體環境第13部分：密封增壓空間“p”和人工通風空間“v”型防護設備》。

2 設計過程

2.1 確定凈化管路的流程

電房模塊的空氣凈化系統和空調通風系統是相互關聯的，所以要設計空氣凈化系統，首先要了解清楚空調通風系統。根據房間的性質、用途以及通風的要求，將電房模塊的房間劃分為以下幾個區域：電池間、實驗室、中央空調區、機械通風區。

由于電池間和實驗室的空調通風系統都是獨立的，原理相對簡單，只要把中央空調系統的設計原理梳理清楚，電池間和實驗室的設計就不難理解，在此不做詳述。

如果設計一個完全獨立于空調通風系統的空氣凈化系統，一方面由于各個房間需要布置新的通風管路，增加成本，另一方面由于空間有限，沒有足夠的空間，所以需要考慮利用現有的空調和通風管路作為空氣凈化管路。為此，在現有的空調通風管路上增加空氣凈化風機和相關的管路，流程圖如圖1所示。

2.2 工作原理

空氣凈化系統的工作原理如下：1）當未發生任何事故時，一切處于正常工作狀態的情況下，風閘1與風閘2處于關閉狀態，凈化風機停止工作，整個空調通風系統處于正常的工作狀態。2）當外部發生事故時，整個電房模塊處于停電狀態，空調系統停止工作，此時與外部連通的風管的風閘也會關閉，切斷與外部的連通，防止外部有害氣體進入電房模塊的房間內部；但是由于延時關閉的原因，還是會有部分氣體進入房間。3）事故結束以后，外部恢復正常，此時不能貿然進入房間或啟動房間內部的任何設備；要啟動空氣凈化系統對電房模塊內部凈化空氣，打開風閘1、風閘2、風閘4，關閉風閘3和風閘5，啟動凈化風機，對室內的空氣進行置換。4）在進入房間或恢復電房模塊設備的電源之前，凈化風機應運行2 h，完成IEC 60079-13標準要求的10次換氣；吹掃2 h后，操作人員可攜帶防護設備和便攜式氣體檢測儀進入室內，在確認房間內沒有有害氣體后，設備準備好通電。

2.3 控制面板的相關要求及設定

在事故發生的過程中，由于整個電房模塊內部有可能存在有害氣體，所以空氣凈化風機以及相關的風閘都必須符合防爆要求，而且必須在電房模塊的外部對凈化風機以及相關的風閘進行控制和操作。如果將控制面板布置在電房模塊的外部，控制面板也必須符合防爆要求。

由于在進行空氣凈化處理的過程中，整個模塊還處于停電的狀態，所以空氣凈化風機以及相關風閘的控制必須使用應急電源或者氣源進行操作，風機也需要使用應急電源進行供電。根據以上相關要求，將凈化風機的控制面板布置在空調機室外部的走道附近，這樣既滿足了相關安全要求，又便于操作。

2.4 控制面板的功能及操作方法

凈化風機的控制面板主要有以下功能：1）打開/關閉凈化風機；2）監控凈化風機的狀態。

通常情況下，空氣凈化模式應由PCS遠程激活，并可通過其控制面板手動操作（在安全位置手動啟動凈化風機及相關風閘）。

凈化風機進氣風閘和凈化系統出口風閘通常是處于關閉狀態的，只有在啟動凈化操作之前才打開。

在空氣凈化模式下，電房模塊空調系統和機械通風停止運轉，與空調系統和機械通風系統連接的風管上的相關關閉風閘打開（常閉），吹掃空氣通過空調單元和風管進出房間。

2.5 防火風閘的控制和操作的設定

當外部發生事故時，空調系統停止工作，所有的防火風閘都會自動關閉。如果要啟動空氣凈化系統，首先必須打開相關的防火風閘（風閘4）。因為此時整個電房模塊還處于停電的狀態，無法使用電源打開防火風閘，所以需要使用氣動的方式打開防火風閘。為此，需要設計防火風閘氣動控制系統。

同樣的道理，由于整個電房模塊內部有可能存在有害氣體，所以風閘開關控制臺需要安裝在電房模塊的外部，這樣操作時就可以不進入電房模塊的內部，確保人員安全操作設備。

根據以上相關要求，將防火風閘開關控制臺布置在空調機室外部的走道附近，這樣既滿足了相關安全要求，又便于操作，而空氣瓶撬塊則布置在空調機室內部。防火風閘控制系統如圖2所示。

圖2 防火風閘控制系統圖

2.6 凈化風機風量的計算

通過確定以上控制系統的設計方案和相關設備布置的初步方案以后，接下來就需要將設計工作進行細化，計算和確定相關的設計參數。整個過程中，最關鍵的還是要考慮各種安全因素，因為整個上部模塊在運作過程中存在極大的危險性，所有的設計都必須滿足安全規范的要求。

根據規范的要求，空氣凈化系統的換氣次數為不小于5次/h，換氣時間不少于2 h，所以各房間的風量需求可以按照房間的體積乘以5來進行計算。通過計算各房間的容積并進行匯總，房間的總容積為8 769 m3（空調機室+機械通風區+中央空調區），風量需求為8 769×5=43 845 m3/h。考慮到需要一定的設計余量，通過設備選型，最終確定風量為45 840 m3/h的風機。

3 空氣凈化系統的操作流程

電房模塊停電后，如果在電房內部或暖通空調進風口檢測到可燃或有害氣體，則在給面板通電之前，應按照以下順序進行空氣凈化處理：1）確保應急配電板通電，使空調機室內的空氣凈化風機接通電源。2）確保儀表空氣可用，使防火風閘和關閉風閘執行機構能夠正常工作。3）通過防火風閘開關控制臺打開相關的防火風閘（注：其他風閘旁通控制閥要關閉）。4）通過凈化風機控制面板打開凈化風機。5）在進入房間或恢復電房模塊設備的電源之前，凈化風機應運行2 h，完成IEC 60079-13標準要求的10次換氣；吹掃2 h后，操作人員可攜帶防護設備和便攜式氣體檢測儀進入室內，在確認房間內沒有有害氣體后，設備準備好通電。

4 結束語

綜上所述，本文以某船廠在建的FPSO上部模塊為例，闡述了如何設計電房模塊的空氣凈化系統，為后續同類設計提供了可供借鑒的經驗。