“玛丽卡”号FPSO危险区域电气设计

程伟+孙丰雷

摘 要：阐述了 “玛丽卡”号FPSO的危险区域电气设备选型和布置原则，同时，在此基础上对FPSO上危险区域的电气设备和探测设备的布置进行分析，并进一步对危险区域内电气施工工艺进行总结，将对海工项目危险区域电气设计提供一定的借鉴和参考。

关键词：危险区域；防爆设备；选型及布置

中图分类号：661.4 文献标识码：A

Abstract： Based on the experience in the construction of FPSO “MARICA”， this paper expounds the principle for selection and arrangement of electrical equipment in hazard area of FPSO， the layout of the electrical equipment and detection equipment and the electrical equipment installation procedures.

Key Words： Hazard Area； Explosion-proof Equipments； Type selection and arrangement

1 引言

“玛丽卡”号FPSO是由中船澄西船舶（广州）有限公司承接的大型VLCC改装FPSO项目，其详细设计和生产设计改装部分由我院负责，目前本项目已顺利交船。本着吸收先进海工设计经验，优化相关技术的原则，国家发改委立项以VLCC改装为FPSO实船改造为目标，掌握改造可行性论证及总体设计技术和建造技术，并在深入研究和优化的基础上创新完成一型拥有自主知识产权的VLCC改造为FPSO设计及建造技术方案。

浮式生产储油船（FPSO）是近海石油和气体行业最重要的发展概念之一，它们的使用为在大陆架和深海地区的储存提供了经济的解决方法。因此，吸收国外先进设计和管理技术，严格合理的选择和布置危险区域内的设备，对海洋工程的发展具有很大意义。

2 危险区域的划分

根据ABS MODU 2006 PART 4 Chapter 3 Section 6（Hazardous Areas）中对危险区域的相关描述，将危险区域定义为：易燃易爆的蒸汽、油气、尘埃或爆炸物通常集聚的区域为危险区域。并将危险区域划分为三类：

ZONE 0——爆炸性混合物（油气、蒸汽或雾）连续出现的区域；

ZONE 1——正常工作是容易产生爆炸性混合物（油气、蒸汽或雾）的区域；

ZONE 2——在正常工作时不容易产生爆炸性混合物（油气、蒸汽或雾），即使产生也只存在一小段时间的区域。

根据FPSO特性及使用特点，危险区域主要为：

（1）0类危险区

原油舱及直接与之相连通的管路的内部空间；原油处理系统、天然气输送系统、天然气燃料系统中的管路、泵、压缩机、容器等的内部空间。

（2）1类危险区

原油泵舱；与原油舱相邻接的空舱以及压载水舱；在原油舱上方并与之相邻的围蔽及半围蔽处所；原油泵舱、原油舱、原油处理系统、油气水处理系统、原油及天然气管路系统等的通风口、透气口周围以 3 m为半径的球体空间；油漆间；转塔式的系泊装置舱；蓄电池间等处。

（3）2类危险区

原油舱整个区域向前、后各延伸 3 m的甲板上向上延伸 2.4 m的区域；原油处理系统所在的整个模块上的区域；原油处理模块、原油及天然气管路上的任何法兰、阀件及软管接头处周围以 3 m为半径的区域。

除此之外，根据ABS规范的相关要求，安装有应急切断后还需工作的防爆设备所处的露天区域应被视为2类危险区域，如安装有火警探头、应急照明灯等设备的露天区域。

3 防爆电气设备分级

为保证FPSO生产安全，危险区域内电气设备选型时，需严格按照危险区域等级和爆炸气体特性选取相应的防爆电气设备进行安装布置，危险特性分级如下：

（1）防爆电气温度组别分类

T1——450 ℃；T2——300 ℃；T3——200 ℃；

T4——135 ℃；T5——100 ℃；T6——85 ℃；

（2）防爆电气设备级别分类

ⅡA——石油气、氨气；ⅡB——甲醛、乙烯；ⅡC——乙炔气、氢气；

（3）防爆设备根据其所处危险区域的等级不同，采用不同的保护型式，见表1。

4 危险区域电气设备要求

4.1 危险区域电气设备的选型和布置

为了保证FPSO在整个运行期间的安全，应尽量减少危险区域内的危险源，必须在危险区域安装的电气设备需选用相应的防爆等级，其选型和布置大致应满足：

（1）危险区域内的电气设备应减少到最低限度。可以不在危险区内安装的电气设备，应尽量移至安全区内安装，一方面可以减少危险源，另一方面可以节省建造成本；

（2）危险区域内的照明开关，电动机的起动器和分配电箱等易产生电弧和电火花的设备应尽量移至安全区安装；

（3）危险区内所有的设施及管路都应采用导电连接和接地以避免静电火花；

（4）根据不同危险区域等级选择合适的设备防爆型式；

（5）由于一般会有便携式照明设备，故选用的灯具应满足：

带有独立蓄电池的本质安全型、隔爆型灯具，或具有正压外壳的空气驱动型空气驱动型灯具；

（6）由于FPSO主甲板工艺区域附近一般配有作业吊机，根据规范规定，货油舱上方高出2.4 m以内的露天甲板区域也属于危险区域，故根据吊机型式的不同也应注意相应的防爆措施。如吊机电机布置在安全区，则吊机电气设备可不考虑防爆；如吊机电机布置在底部危险区域内，则必须选用防爆电动机以满足使用环境要求，但其控制箱应安装在安全区内；endprint

（7）危险区域内的内通、无线电、导航设备也应选择对应的防爆类型，主要为生产工艺区域的广播、电话和手提电话等现场设备；中频、高频的发信天线必须安装在安全区；

（8） FPSO上有直升机平台，为满足直升机运行需要，配置有航空燃油储罐和加油设施，因此，直升机燃油储罐附近和加油口附近属于危险区域，其附近的设备也要选用防爆型，并在储罐和加油口附近设置可燃气体探测器进行监测，设置消防灭火设备保证运行安全，同时可设置直升机甲板视频监控系统用于直升机起降和消防灭火的监控。

4.2 危险区域的探测报警

危险区域的防爆除选用相应的防爆电气设备外，还配有相应的火警探测报警设备以预防和避免风险。探测系统能对危险区域内的危险气体进行连续监测并将相关数据反馈给控制中心进行监督。为保证准确、可靠地探测危险区域的可燃气体泄漏，每个可能存在危险源的处所均需设置至少2个对应的可燃气体探测器。危险区域内的探测器根据可能产生的危险气体类型选择合适的探测器和安装位置：对蓄电池间等可能由蓄电池溢出氢气的场所，选用氢气类探头，一般安装在房间顶部；工艺处理模块等可能产生硫化气体的场所，由于可燃气体一般积聚在底部，故选择硫化类探头，安装在相对较低处；1 类、2 类危险区的围蔽处所及其排风口处、与危险区相邻的围蔽的非危险处所的出入口及通风进口处应安装有相应的可燃气体探头。

为及时处理危险，避免灾害的发生，可燃气体的探测还设置相应的报警阀值，达到爆炸下限的20%时发出预报警；达到爆炸下限的50%时发出声光报警。同时探测系统与应急切断系统相关联，在报警的同时可根据设定的逻辑控制程序对危险区域的设备进行关断，保证船舶自身的安全。

5 危险区域电气工艺

危险区域内的电气设备在安全运行时，不仅在选型上要满足其使用环境的要求，其安装和布置工艺上也要满足一定的要求。

FPSO上电气危险区域内设备的施工工艺一般应满足：

（1）在危险区域内使用的电缆（除照明电缆外）应敷设在接头为气密的厚壁钢管内。照明电缆可不穿管，但必须带聚氯乙烯（PVC）外护套，并通过气密的填料函进防爆灯；

（2）电力单芯电缆一端接地，如果电缆全部在安全区域在供电端接地。如果有一段在危险区域则在危险区域接地。如果中间在危险区域两端均为安全区域，原则上需要在中间危险区域位置设置接地点；

（3）仪表电缆接地外护套需要PE接地并且两端接地，内护套一端接地。并且需要保持整根电缆内屏蔽层的电气连续性；

（4）安装在危险区域的设备须为防爆型设备 （带EEx 标记或带多种防爆标记相结合的防爆设备）且有认可证书，同时具有安装环境所需的防护形式。设备应具有清晰的铭牌，显示：厂商、型号、防爆形式、设备等级、测试机构的名称和证书号等；

（5）浮式装置应设置有与穿梭油轮跨接的防静电接地装置，用 35 mm?多股铜芯电缆进行两处相连，以保证输油状态下的等电位连接；

（6）电缆进入危险区应安装防爆填料函，填料函应保证在危险区和安全区之间气密。填料应是不燃或滞燃型的；

（7）危险区域内的电气设备连同其基座应牢靠固定，相应的电缆托架及支架也要牢靠地固定，防止松动滑移；

（8）危险区域内的电气设备外壳应可靠接地，其接地线规格选择应符合规范要求；

（9）应按规范、标准的要求对浮式装置需要避雷的设施和处所采取有效的避雷措施。

根据本船的结构与设备布置，考虑保护范围覆盖，除部分模块化设备自带的防雷设施外，在火炬塔、雷达桅、透气桅上设有避雷装置，用以保护全船设备安全。

6 结语

随着陆上资源的日益减少，海洋资源的探测与开发逐渐成为国内外焦点，随之配套的海工装备的发展和制造已经成为各大船舶制造企业的重要组成部分。由于海上环境复杂多变，油气采集和储运装备上存在较多危险源，保证海上安全是海工装备发展的重中之重。因此，我们在海工设计中应严格遵循相关规范对危险区域的划分，根据区域内的危险源性质对危险区域定级，必须布置在危险区域内的电气设备需选择符合要求的危险防护等级，同时在施工过程中应保证防爆电气设备可靠合理的安装，并对危险区域进行严密监控。通过对“玛丽卡”的分析整理，我们可以吸取国外在FPSO危险区域划分控制和安装布置方面的相关经验，了解FPSO危险区域控制中的相关做法，为后续的海工项目提供借鉴和参考。

参考文献

[1] Guide for Building and Classing Floating Production Installations， ABS 2007.

[2] Guide for Building and Classing Facilities on Offshore Installations， ABS 2000.

[3] 海洋石油工程指南编委会.海洋石油工程FPSO与单点系泊系统设计 [M].北京：石油工业出版社2007.

[4] 国家安全监督总局.浮式生产储油装置（FPSO）安全规则[S].2010.6.endprint