浅析DP3钻井船通风控制

汪 达，张 威，范 剑

（1.上海振华重工集团有限公司，上海 200123；2.康士伯控制系统上海有限公司，上海 201206）

浅析DP3钻井船通风控制

汪 达1，张 威1，范 剑2

（1.上海振华重工集团有限公司，上海 200123；2.康士伯控制系统上海有限公司，上海 201206）

通风专业在海工项目中显得尤为重要，不仅取决于各个海工项目的复杂程度，更是因为它直接关系到安全，因此通风成为一个独立的专业也就不足为奇了。对于一个完整的防火划分的区域，它的通风系统是独立的[1]，所以在火区划分复杂的DP3钻井船上，通风子系统就非常多，对于整个系统的控制更是重中之重，不仅与中央控制系统有关，更与安全系统息息相关。文章主要阐述了钻井船的通风系统具体是如何控制的。

通风；控制；钻井船

0 引言

随着海洋工程的发展，越来越多的高性能、高科技的机械设备被工程船舶所应用，这样对于通风专业的研究与发展提出了更高的要求。在工程船舶作业过程中，产生的有毒有害、可燃气体、粉尘等都将对作业人员造成危害，进而研究如何更有效地控制和调节室内的通风系统，保证机械设备正常运转，以及人员的健康和安全意义重大。紧凑型DP3钻井船（见图1）设计技术要求较高，在国内发展有限。因其空间分割的要求，通风子系统根据火区划分变得多而复杂[1]。

图1 钻井船模型

1 风机控制

风机的启动器在马达控制中心里，风机可以在

就地以及远程启动、停止。正常情况下，风机室设置在遥控模式并由中央控制系统控制。中央控制系统发送启动、停止命令给马达控制中心。中央控制系统从马达控制中心那里接收每一个风机的运行、故障、遥控允许等信号。控制逻辑见表1。

表1 风机控制逻辑

需要维持正压的处所同时又有机械进出风机的，进风机先启动而后再启动排风机；需要维持负压的处所同时又有机械进出风机的，排风机先启动而后再启动进风机。

2 风闸控制

船体所有风闸都是气动并且是fail-safe形式的。fail-safe是指在气源失效的情况下，风闸会自动关闭。风闸也在熔丝保护的温度到达时自动关断。中央控制系统接收风闸的开关状态信号。船员可以通过中央控制系统MIMIC手动开关风闸。火气系统通过控制电磁阀实现风闸的关断。对于动力定位系统相关的房间，如机舱、推进器间、推进器通道。火气系统到电磁阀的控制信号通常是 NDE (Normally De-energized)[2]形式。NDE形式，通常情况下电磁阀是不带电的，气动阀打开，让空气进入风闸维持风闸开的状态。对于非动力定位系统相关的房间，其控制信号是NE (Normally Energized)[2]形式，如果风闸关闭了并且没有被火气系统复位，船员是无法通过中央控制系统开关风闸的。手动阀的作用也是从舱壁的两边去关断风闸，在正常情况下它们应该是打开的，如图2所示。

生活楼的防火风闸同样也是由气动控制器控制。风闸通常是分组控制的，每组都是一个完整的区域，并且由一个电磁阀控制。火气系统控制电磁阀的开闭信号。风闸的位置信号送到中央控制系统，然后由中央控制系统送到火气系统，在正常情况下，没有火气被探测到时，船员可以通过中央控制系统开关风闸，两边的就地控制打到“开”状态。电磁阀的控制信号是有源形式的。在就地包含开关选择以及风闸开关指示，如图3所示。

图2 风闸控制原理图（机械区域）

图3 风闸控制原理图（生活区域）

3 风机风闸连锁

风机只能在风闸完全打开的情况下启动。风机在相关风闸关闭的情况下自动关闭。如果是在就地模式中央控制系统不能启动风机，之前的连锁也不存在。以上的连锁只适用于一对一的情况，多对多的情况在下文中详细说明。

发电机舱室（见表2）是情况比较复杂的，具体分析如下：

1）工况1：2台发电机都运行；所有的供风机都开，排风则是50%机械通风，50%自然通风。

2）工况2：1台或者没有发电机运行；1台50%或者是2台25%的供风机运行，排风则是自然通风。

中央控制系统控制设计如下：

1）同一房间50%供风风机关了则50%排风风机也关了，适用于1、2、3号机舱；

2）同一房间50%排风风机关了则50%供风风机也关了，适用于1、2、3号机舱；

3）当25%供风风机关，另一台25%供风风机和50%排风风机也关了；

4）如果50%排风风机关了，则2台25%的供风风机也关。

从而保持进出风量的一致[3]。操作人员则需要统计每个风机的运行时间，来保证风机更长的使用寿命。

而表3所示的情况则是一个风机对多个风闸。很显然，当总风闸关了，相对应的风机也关了。

表2 发电机舱室通风系统设备关系表

表3 单个风机对应多个风闸的通风系统设备关系表

然而，最终中央控制系统的控制逻辑设计是这样的：2个风机与8个风闸互相连锁（DFG-5254048, DFG-5254047、DFG-5254050、DFG-5254046、DFG-5255079、DFG-5255078、DFG-5255050和DFG-5255046），如果有任何一个风闸关了，那么中央控制系统会自动关闭2个风机并报警。供风机与排风机必须处于同一状态。如果一个风机关了，中央控制系统会自动关闭另一个风机并报警。这是因为其余的几个风闸的通风量也非常大。

这种情况同时也得考虑水密风闸。水密风闸是用在水淹、破舱情况下用于隔断通风风管的。中央控制系统可以控制水密风闸的开闭。在正常情况下

所有的水密风闸都是开着的。当发生进水情况时，中央控制系统会自动关闭相对应的水密风闸并发出报警。中央控制系统通过检测水密风闸外面舱室的进水报警，通常是通过探测FLOODING的液位传感器，同时满足条件舱室中有污水井液位传感器也报警，以免发生误报警的情况。

危险区域一般是设计为负压，当排风风闸关闭了，排风的风机也自动关闭。这时，考虑到蓄电池氢气的浓度不断上升，可以设计不关闭进风风闸，这样氢气的浓度就降低了（见表4）。为了维持这个负压，用一个压差传感器去监测，一旦平衡打破就通过中央控制系统报警。

表4 2号蓄电池间通风系统设备关系表

那么当什么情况下防火风闸会关闭呢？正常情况下防火风闸是打开状态的，只有当确认着火状态的情况下，风闸会自动关闭，这个动作是通过火气系统实现的。

当应急切断系统要隔离一个区域，它会给火气系统一个信号通过火气系统关闭风闸。同时，应急切断系统自动切断供排风机。

以下几种表决逻辑是通过火气系统来判断一个火区内是否着火：

1）触动任何1个手报按钮（重要的处所如机舱没有切断动作，保持通风系统）；

2）触动任何2个感烟、火焰、感温探头；

3）释放任何1个就地灭火系统；

4）触动1个防火探头，前提是在一个火区内只有1个；

5）触动1个防火探头，前提是在一个火区内只有2个，并且另一个故障了；

6）触动任何1个感烟、火焰、感温探头，在火区内有大于2个探头，只报警不会有关闭的连锁动作。

同样，确定一个火区气体浓度的逻辑也是复杂多样的，当火区或者通风口有多个气体探头时：

1）大于等于2个HC探头大于20%LEL（Lower Explosive Limit）；

2）2个HC探头中一个故障了，另一个HC探头大于20%LEL（Lower Explosive Limit）；

3）大于等于2个H2S探头大于11.151 mg/m³；

4）2个H2S探头中一个故障了，另一个H2S探头大于11.151 mg/m³。

当火区或者通风口只有1个气体探头时：

1）1个HC探头达到60%LEL（Lower Explosive Limit）；

2）1个H2S探头达到69.693 mg/m³；

3）1个H2探头达到15%LEL（Lower Explosive Limit）。

当上述任何一种情况被确认时，系统将自动关断风机和风闸，但是不包括与动力定位系统相关或者与钻井系统相关的处所。

4 结论

通风的控制设计与安全专业紧密结合，直接影响到人命安全以及设备的正常运行维护，它的重要性已经被越来越多的人认知。通过对风闸控制的分析，为相关人员提供参考。

[1]黄建章.船舶设计实用手册 电气分册 第 3版[M].北京: 国防工业出版社, 2013.

[2]何琪.船舶电气控制及自动化[M].哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2014.

[3]JI Levenhagen, DH Spethmann.HVAC Controls and Systems[M].New York: McGraw-Hill, 1993.

Brief Analysis of HVAC Control for DP3 Drilling Ship

Wang Da1, Zhang Wei1, Fan Jian2

(1.Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co., Ltd., Shanghai 200125, China; 2.Konsberg Maritime China (Shanghai) Ltd., Shanghai 201206, China)

The HVAC department is very important not only because of the complexity of every ocean project, but also of its direct relation to safety.It is no wonder that the HVAC becomes an independent department.Since the HVAC system of any complete fire division zone is independent, there are many sub-systems of HVAC on drilling ships with complicated fire zone divisions.Therefore, its control over the whole system is the key factor related to both VMS system and safety system.The paper mainly elaborates that how the HVAC system on drilling ships works.

HVAC; control; drilling ship

U662.2

A

10.14141/j.31-1981.2016.06.007

汪达（1986—），男，本科，研究方向：船舶与海洋工程电气自动化。