FPSO固定式消防系统的电气控制流程

丁 海

（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

0 引言

FPSO是一种复杂的船型，由于需要在主甲板以上安装大量的生产处理模块进行原油的处理及输送，整个船舶的工况十分复杂。船舶消防系统是为了提高船舶安全、预防船舶上可控的局部火灾蔓延而设计安装的保护设施，是船舶的重要组成部分。根据相关规范[1-3]要求，FPSO各区域的不同要求，结合设备特点，对于高风险失火区域，采用选用不同介质、集中与分布相结合的固定式消防系统，对于低风险失火区域，采用消防龙头，便携式灭火器等相结合的消防方式。

一般来说，由于FPSO的上部模块和主船体选择不同的建造集成厂家，集成控制系统由两个独立完整的系统构成，即：主船体集成控制系统（HULL control-safety system，HULL CSS）和上部处理模块集成控制系统（TOPSIDE control-safety system，TOPSIDE CSS），给全船性系统控制带来一些不确定因素。如何通过这两个控制系统的控制、监控、报警，使全船消防系统能够快速、安全、有效发挥其效用，是本文论述的重点。

本文通过上海船务承接设计建造的巴西石油的FPSO，探讨固定式消防系统控制系统电气控制流程，以供后续类似项目参考。

1 FPSO全船消防系统的配置

消防水作为船舶上最常用的消防介质，在FPSO中也被广泛使用，主要用于露天区域及部分生产处理模块的水喷淋；全船各区域的低风险失火区域，包含居住区域（过道，健身房等）使用的消防龙头；泡沫消防系统的水基溶剂。

泡沫灭火系统广泛应用于石油化工行业，针对大面积液体火灾最有效的灭火系统。在FPSO上用于：直升机甲板；艏部和艉部的卸油区域；全船货油舱。

由于直升机甲板距离泡沫灭火系统环管距离较远，在垂直方向的距离也较大，将泡沫液环管引入到直升机甲板，保持环管压力的代价较大。故该项目中，在直升机甲板使用了一套独立的泡沫消防系统。

CO2灭火系统根据其不损坏设备，灭火能力强的特点，较为广泛地应用到含有电气设备的区域，在FPSO项目中，应用于：厨房；机舱区域；散布于主船体及上部模块的配电板间、电气设备间。

由于全船配电板间和电气设备间分布较为分散，故FPSO的CO2灭火系统根据区域分布，分别在厨房、机舱、主船体艏部、上部模块的通用模块和电气模块中，使用5套独立的CO2灭火系统。每套系统根据所保护的区域，进行单区域和多区域的消防保护。

2 消防系统电气控制流程

2.1 消防水系统

消防水喷淋系统的控制流程如图1所示。

图1 消防水喷淋系统控制流程

该系统的消防保压泵、消防泵单元（包含附属的提升泵、增压泵）均为双套100%冗余配置，当任意一组有故障时，可以自动切换至另外一组。为了简化控制流程的描述，在图1中以一套显示。

消防水系统一直处于热备状态，随时能够投入使用，HULL CSS持续检测消防水柜的液位和压力，根据表 1的逻辑关系起停消防保压泵并遥控开闭消防水柜上面的空气进口阀。

表1 起停消防保压泵并遥控空气进口阀的逻辑关系

当上述压力信号或液位信号传输发生故障时，HULL CSS系统经判断并及时在HULL CSS中激活报警系统，提示需要通过人工干预进行相关仪表或设备的检修和维护，此时，消防保压泵及消防水柜上相关阀门的相关操作即转为人工操作。

该系统在热备状态下，由消防保压泵往消防水管内注入海水，并在水柜中通过注入一定量的空气对水施予压力，以便使消防水柜对消防水总管维持一定的持续的压力。

根据项目特点，该项目消防泵单元要求能够连续维持18 h工作，由独立的柴油机驱动，故消防泵能够运行的前提条件是柴油机满足其运行条件（如油、气的供给，相关区域的通风要求等等），且消防泵单元处于安全运行的环境条件下。

消防泵可以选择遥控及就地模式起动，当HULL CSS发出起动信号时，起动模式处于“遥控”时才可以接受此遥控起动命令信号。

消防泵排出口安装有压力传感器，用于进行压力检测，目的是保证消防水能够到达在最远端的用户。

开启全船水喷淋控制阀有如下几种方式：

1）当某区域发生火灾时，水喷淋控制阀头上的熔断丝受环境温度影响，经高温后熔断，喷头自动开始喷水；

2）当TOPSIDE CSS检测到火灾信号时，火灾信号自动激活相应区域的水喷淋控制阀。

3）由TOPSIDE CSS操作人员发现某个区域有不明显火灾或是有火灾危险时，通过TOPSIDE CSS的人机界面，遥控开启水喷淋控制阀。

4）由现场人员在水喷淋控制阀处手动开启。

水喷淋系统控制流程如下：当水喷淋系统被激活（水喷淋阀门打开喷水，消防龙头打开，泡沫消防系统连接的消防水阀门打开）后，在初始阶段，消防泵并未起动，由消防水柜为消防水总管供水，当水柜内液位低于设定值时，由HULL CSS检测压力信号，经逻辑判断，发出起动消防保压泵的指令，消防保压泵起动，将海水打入消防水柜，持续为消防水总管供水；当消防水用户用水量持续增大，消防水柜内的水无法及时满足用户需求，消防水总管的压力持续降低至设定值时，HULL CSS即向消防泵发出起动命令，在检测消防泵起动条件后，消防泵及其附属设备（消防提升泵，增压泵等）起动并开始工作，持续为消防水总管供水，以保证系统的持续运行。消防泵运行停止命令，需要在本地就行操作。

2.2 泡沫灭火系统

泡沫灭火系统电气控制流程图如图2所示。

本文着重描述由集成控制系统监控的灭火系统的运行流程，独立的泡沫消防系统（如直升机甲板泡沫灭火系统）不在此文中描述。

图2 泡沫消防系统控制流程

为了保证消防系统灭火效用，泡沫消防泵为双台100%冗余配置，当任意一台故障时可以自动切换至另外一台。为了简化描述，图2中表示1台。

起动泡沫消防系统有如下几种方式：

1）当HULL CSS检测到艏部和艉部卸油区域的火警信号时，由中控室人员通过HULL CSS人机界面发出泡沫消防泵起动指令。

2）当TOPSIDE CSS检测到主甲板区域的火警信号时，通过中控室内安装的TOPSIDE火警复示板，发出报警信号，由中控室的操作人员确认火警，并通过HULL CSS人机界面发出泡沫消防泵起动指令。

3）当现场人员发现不明显火灾或是有火灾危险时，在艏部和艉部卸油区域及主甲板就近位置按下泡沫消防泵起动按钮，该按钮起动信号通过 HULL CSS发出泡沫消防泵起动指令。

4）泡沫消防泵就地起动。

泡沫消防泵一旦起动，相关的运行监控信号即传输到HULL CSS和TOPSIDE CSS中，通过相应系统将“泡沫灭火系统已经运行”的信号传输到主船体和上部模块的火气系统及相关信息记录系统。

泡沫消防泵可通过HULL CSS 发出运行停止信号，或在就地停止。

泡沫消防泵将泡沫柜中的泡沫液打入到泡沫消防总管内。泡沫柜的液位和压力信号传输到 HULL CSS系统中，当信号异常，提醒操作人员及时补充泡沫液，检修设备。

一旦泡沫消防泵起动，即可通过HULL CSS及TOPSIDE CSS开启相应区域消防水管路和消防泡沫液管路上的阀门，这两个阀门也可手动开启。消防水与泡沫液在消防炮内按照97%和3%的比例混合生成所需的泡沫向外喷射。

消防炮通过手动开启，所以消防炮应安装在接近保护区域且人员易于到达的位置。

泡沫消防系统的控制流程如下：通过手动或HULL CSS遥控起动泡沫消防泵，泡沫消防泵将泡沫液打入到消防泡沫液总管，同时将泡沫泵起动的信号传输到HULL CSS和TOPSIDE CSS系统，由相应的CSS系统遥控或操作人员手动开启相应系统的消防水和泡沫液的阀门，由操作人员手动开启消防炮进行灭火。

2.3 CO2灭火系统

CO2灭火系统因其释放气体时会造成人员的窒息，所以不允许在中控人为对其进行遥控起动操作，中控系统必须在接到现场的起动命令后，才能发出命令信号，激活系统，中控系统对该系统进行远程监控，并及时发送报警信号，提示人员不要进入这些区域。

由于全船按照区域分布使用五套独立的 CO2灭火系统，在此以机舱的CO2灭火系统为例，机舱CO2灭火系统共保护5个区域，故CO2气瓶（其实存放的液态CO2）分为5组，分别针对每个保护区域。图3以一个保护区为例。描述整个系统的分布及运行流程。

CO2灭火控制系统的设备及监控系统分布在 3个区域：

1）CO2气瓶存储区域安装的设备包括，CO2气瓶组（包含每个气瓶上的控制阀，定向阀及压力传感器等），CO2释放及复位操作板（包含控制阀操作手柄，定向阀操作手柄及复位按钮）。

2）CO2保护区域的每一个门口，安装有保护区域的控制面板（包含控制阀操作手柄、定向阀操作手柄）、报警灯，在保护区域内部安装有声、光报警。

3）CO2灭火系统的相关信号传输到HULL CSS系统，HULL CSS进行逻辑判断并激活报警。

CO2灭火系统的释放流程如下：

由 CO2气瓶存储区域的操作板上的控制阀操作手柄或在保护区域外的控制阀操作手柄或气瓶上的控制阀操作手柄，就地开启控制阀，并将控制阀开启的信号反馈给HULL CSS。

由 CO2气瓶存储区域的操作板上的定向阀操作手柄或在保护区域外的定向阀操作手柄，将定向阀起动信号传输到HULL CSS，由HULL CSS确认控制阀已经开启，发出定向阀开启命令，定向阀开启后，反馈信号给HULL CSS。

控制阀与定向阀开启后，HULL CSS即起动“CO2灭火系统已经被激活”的报警信号，并激活保护区域内外的报警信号，同时将系统运行信号发送给火气系统。

在定向阀开启后，通过就地机械连锁，在系统激活后30 s后，向特定区域释放CO2。

图3 CO2灭火系统控制流程

当 CO2系统一旦开始释放气瓶里的气体，则必须等该气瓶里气体全部释放完全后才能关闭系统，在释放期间无法停止。

系统复位需要在气瓶存储区域内的CO2释放及复位操作板上的复位按钮来完成。

HULL CSS相关的报警如下：

控制阀由现场位置手动开启，发的位置信号传输到HULL CSS，当HULL CSS收到控制阀打开的反馈信号后5 s，若定向阀还没有打开，此刻HULL CSS将发出“定向阀打开故障”的报警。

当控制阀与定向阀均已打开，HULL CSS即会发出“CO2灭火系统工作”的报警。

当HULL CSS在CO2灭火系统起动7 s后仍然没有收到压力传感器传出的压力信号，即会发出“气瓶无压力”的报警。

在HULL CSS确认CO2灭火系统已经被激活，HULL CSS即会检测相关区域内部的非重要电气负载是否已经切断，风闸是否关闭，门是否闭合。

若CO2灭火系统启动20 s后，保护区域的门还未关闭，HULL CSS将会发出“门未关闭”的报警。

若是在CO2释放后10 s后，保护区域的门尚未关闭，则HULL CSS系统会发出“CO2系统启动，门未关闭”的报警。

若是在CO2释放后10 s后，保护区域的风闸尚未关闭，则HULL CSS系统会发出“CO2系统启动，风闸未关闭”的报警。

3 结论

本文通过项目实例，论述了在FPSO上，如何结合主船体集成控制系统（HULL CSS）和上部处理模块集成控制系统（TOPSIDE CSS），达到快速、安全、有效使用固定灭火系统，最大限度保证整个FPSO的安全性，给类似项目的实施提供参考及借鉴。