半潜式生产平台火气探测系统设计

金娟 冯相阁

摘    要：火气探测系统是保护人员、设备及平台安全的关键系统。安全可靠的火气探测系统，可以尽早的探测到火灾及可燃气体泄漏事故，迅速发出隔离及消防指令，减少平台损失，并且保证平台上工作人员的安全。本文介绍了半潜式生产平台火气探测系统的构成以及探测设备布置等设计注意事项。

关键词：半潜式生产平台;火气探测系统;布置;控制逻辑

中图分类号：U698.4 ; P752                   文献标识码：A

Abstract： The fire & gas detection system is the key system to protect personal， equipment and platform. The Safe and reliable fire & gas detection system can activate the order for isolation and firefighting after the early detection of fire and combustible gas leakage accident， reduce the loss of the platform， and ensure the safety of the platform staff. This paper describes the composition and the layout of detection equipment of the fire & gas detection system on the semi-submersible production platform.

Key words： Semi-submersible production platform; FGS; Layout; Control logic

1     前言

半潜式生产平台是开采海洋石油的重要海工装备。在油气开采过程中可能会伴随着易燃、易爆的气体或者液体溢出，进而引发火灾或爆炸事故。为了保障平台及作业人员的安全，半潜式生产平台上所有可能发生火灾的区域都设置了火灾及气体泄漏探测系统。一旦有火灾或者可燃气体泄漏的危险情况发生，探测设备就能迅速发出报警信号，并通过电缆将报警信号传送到火气探测系统控制柜;火气探测系统控制柜对接收到的报警信号进行逻辑分析及处理，然后将火灾或气体泄漏报警信号通过公共广播及通用报警系统向全平台进行报警通告，以便平台上作业人员能够及时作出应急响应;同时，火气探测系统还能够根据分析结果，自动关断隔离相关系统以及启动消防系统进行消防灭火等作业，尽可能将事故影响控制在最小范围内，减少事故对海洋平台及作业人员的伤害。

2     火气探测系统的构成

2.1     操作员站/工程师站

2.1.1 操作员站

操作员站/工程师站布置在平台的中控室内，中控室值班人员可实时对火灾探测系统的状态进行监测。操作员站作为火气探测系统的人机接口，在操作员站可以实时显示火气探测系统的运行状态，当现场探测设备报警或者故障时立即发出报警信号。

2.1.2 工程师站

工程师站除兼具操作员站的功能外，还用于工程师进行系统组态、调试及参数调整等工作。

2.2   火气探测系统控制柜

火气探测系统控制柜作为火气探测系统的中枢机构，所有现场探测/报警设备的信号均反馈到火气探测系统控制柜，经过控制柜分析处理后发出报警及相关动作指令，由人机界面或手动操作按钮上发出的指令最终也是通过控制柜来完成的。

火气探测系统控制柜，主要包含：中央处理器（CPU）、电源模块、通讯模块、输入/输出（I/O）卡件、可寻址回路控制模块、机柜、线缆、电池柜等。

火气探测系统属于安全系统，所有硬件（包括中央处理器CPU、电源模块、通讯模块、输入/输出I/O卡件）均采用1：1冗余配置，保证系统运行的可靠性。

2.3   现场火气探测/报警设备

现场火气探测/报警设备作为整个火气探测系统的神经单元，需遍布整个平台的每个区域。根据设备的探测原理及报警功能，主要分为：烟感探测器（SD）;火焰探测器（FD）;温感探测器（HD）;可燃气体探测器（GD）;硫化氢探测器（H2S）;手动报警按钮;平台状态灯（PSL）等。

2.3.1 烟感探测器

根据探测的原理不同，烟感探测器主要有电离式和光电式两种：

（1）电离式探测器

电离式探测器的原理，是火灾产生的烟雾颗粒会引起离子室内的离子电流发生变化，當电流变化超过设定值后触发报警信号。

（2）光电式探测器

光电式探测器的原理，是火灾产生的烟雾颗粒会阻碍光源光线照射到光电管或者与光束相干扰并将光线反射到光电管，触发报警信号。

2.3.2温感探测器

温感探测器主要分定温型和温升速率型两种：

（1）定温型探测器

定温型探测器的原理是由于火灾造成环境温度升高，引起探测器内温度元件温度超过设定值时发出报警信号。

（2）温升速率型

温升速率型探测的原理，则是由于火灾造成环境温度升高的速率超过设定值时发出报警信号。

2.3.3火焰探测器

火焰探测器是在探测器可视范围内受到火灾发出的辐射能后，即发出报警信号。主要有：紫外线型、红外线型及三频红外线型三种类型。

2.3.4可燃气探测器

可燃气探测器采用点红外式，测量两个波长（一个吸收波长、一个非吸收波长）的红外线的数值，通过比较参数值连续监测可燃气的浓度。

2.3.5硫化氢探测器

硫化氢探测器采用电化学型探测元件，通过检测气体浓度变化带来的电流变化值可测得硫化氢气体的浓度。

2.3.6手动报警按钮

手动报警按钮为手动操作装置，当平台作业人员发现火灾的情况下手动触发火灾报警的装置，一般有打碎玻璃式和掀盖式两种。

2.3.7平台状态灯

平台状态灯主要是作为声响报警信号的补充。当扬声器及警铃等声响设备故障或者由于环境噪音过大造成报警声音无法清晰识别的情况下，平台作业人员可以通过识别平台状态灯的颜色来判断平台的实时状态。

平台状态灯通常为四个颜色，不同颜色所代表含义如下：

蓝色 - 弃平台信号，所有作业人员按程序准备撤离;

红色 - 平台发生火灾事故，作业人员按职责划分进行应急响应;

黄色 - 平台发生气体泄漏事故，作业人员按职责划分进行应急响应;

绿色 - 无火灾及气体泄漏事故发生，平台处于安全状态。

3    火气探测设备的布置

3.1   烟感探测器的布置

（1）烟感探测器作为最常用的火灾探测装置，安装在火灾发生时易产生烟的场所。例如：起居住所、走廊、梯道、报务室、办公室、电气设备间等生活区处所;泥浆泵舱、泥浆池舱、消防泵舱、发电机舱、污水处理舱室、冷却水舱室、舱底泵舱等机械处所;

（2）安装在有大量灰尘的处所，需要对探测器加上滤网以防止误报警;

（3）安装在通讯设备间、配电间、控制房等布置有重要设备的房间，需选择烟感与温感两种探测器组合使用;

（4）室内走廊的天花板上方通常布置有大量电缆，在电缆聚集的天花板上方应布置探测器并附带报警灯，以便作业人员可在走廊内观察到天花内探测器的状态;

（5）烟感探测器的布置应该远离风口，距离进风口至少1 m的距离;

（6）电缆井/风管通道内的烟感探测器，安装于每一层通道的侧面墙上;

（7）任一个烟感探测器的覆盖面积，不应超过74 m2。

3.2   温感探测器的布置

（1）温感探测器应安装于正常情况下容易产生大量烟气、雾气的处所。例如：厨房、卫生间、洗衣间（带烘干功能）、茶水间、吸烟室、焊接间等;

（2）厨房在烹饪过程中可能会出现温度突然升高的情况，应安装定温型探测器，其余没有特殊要求的房间，应选用温升速率型温感探测器;

（3）在通讯设备间、配电间、控制房等布置重要設备的房间，需选择烟感与温感两种探测器组合使用;

（4）任一个温感探测器的覆盖面积，不应超过37m2。

3.3  火焰探测器的布置

（1）火焰探测器应安装于有重大危险性、容易有明显火焰的处所。如：油类储存舱、输送燃油的管道、发电机和柴油机上方等处所;

（2）为保证动作灵敏性，火焰探测器不宜安装在火焰出现前可能有大量烟雾存在的处所;

（3）火焰探测器的安装，应注意避免太阳光或其他强光直射于火焰探测器，造成探测器误动作;

（4）针对某个设备、撬块安装的火焰探测器，应尽量对角布置，并且安装的高度应大于探测设备的高度，在其视野范围内不能有遮挡物。

3.4   可燃气体及硫化氢探测器的布置

（1）探测器应安装在气体泄漏源的附近以及气体容易聚集的处所.例如：油气处理设备、气体分离设备、井口区域、钻井区域、钻井泥浆处理区域、测井区域、蓄电池间等;

（2）探测器应安装在气体释放源最小风向的上风侧;

（3）所有通风系统的进风口及空气压缩机的进风口，应安装可燃气探测器、硫化氢探测器或者两者组合使用;

（4）为了便于系统进行气体泄漏表决，每一处所安装的探测器应不少于两个;

（5）如果可能出现气体的摩尔质量大于空气的摩尔质量，探测器需要布置在较低的区域（高于地面0.45～0.6 m处），如果可能出现气体的摩尔质量大于空气的摩尔质量，则探测器需要布置在在较高的区域（高于气体泄漏点的1.4～1.7 m处）;

（6）所有可燃气体及硫化氢探测器，应选用防爆类型设备。

3.5  手动报警按钮的布置

（1）平台工作人员日常活动的居住舱室、餐厅、多功能厅等公共活动场所的出入口、控制站的出入口、重要的机械处所的出入口应安装手动报警按钮。例如：生活楼出入口、直升机甲板楼梯口、船体舱室出入口、机械处所出入口等;

（2）所有安装在室外及危险区域的手动报警按钮，应选用防爆型设备;

（3）安装于机械处所出入口的手动报警按钮，应选用水密性设备;

（4）在平台上的任何位置到最近的手动报警按钮的距离，不应超过20 m;

（5）手动报警按钮的安装高度不高于1.5 m。

3.6   平台状态灯的布置

在重要场所及人员较集中的处所（如生活楼内/外走道、餐厅及救生艇集合区、飞机甲板安全通道处）设置平台状态灯，布置在室外及危险区内的平台状态灯应为防爆类型。

4    火气探测系统的控制逻辑

火气探测系统接收现场探测设备发出的报警信号，并根据预先设定的逻辑记性分析判断，一旦生成确认火灾发生或者气体泄漏信号，火气探测系统将自动执行报警、关断、消防灭火等相应动作。

4.1  火气探测系统预报警

（1）未经确认的单个报警设备动作，会在人机操作界面以及火气探测系统控制柜显示报警：

任一个火焰探测器、温感探测器、烟感探测器报警;

任一个可燃气探测器浓度达到20%LEL、硫化氢探测器浓度达到10 ppm;

任一个探测器故障报警。

（2）由于硫化氢属于剧毒气体，应加以特别注意。当任一个硫化氢泄漏探测器浓度达到10 ppm后，如果火灾探测系统在2分钟內没有收到确认信号，系统将自动通过公共广播及通用报警系统进行全平台广播报警并触发直升机甲板上的状态指示灯。

4.2   确认火灾逻辑动作

4.2.1火灾探测器表决逻辑

经过火气探测系统逻辑判断或者收到人为手动触发的报警信号，系统将发出确认火灾发生信号：

任一火区内的两个或两个以上的烟感探测器报警;

任一火区内的两个或两个以上的温感探测器报警;

任一火区内的两个或两个以上的烟感/温感两种探测器组合报警;

任一火区内的两个或两个以上的火焰探测器动作;

任何一个手动火灾报警按钮被触发。

4.2.2确认火灾发生信号触发动作

通过公共广播及通用报警系统，进行确认火灾发生报警信息播报;

将平台状态灯切换为红色，绿色指示灯熄灭;

火气探测系统发送确认火灾发生信号到平台应急关断系统;

火气探测系统发出信号切断相应火区内设备电源及相关通风设备（风机、空调、风闸等）;

启动相应火区相关的消防系统（CO2灭火、消防水泵等）;

系统人机操作界面以及火气探测系统控制柜显示报警信息，并打印事件记录。

4.3  确认气体泄漏逻辑动作

4.3.1气体（可燃气体及硫化氢）泄漏表决逻辑

（1）任意两个或两个以上的可燃气探测器浓度达到50% LEL，系统触发确认可燃气体泄漏信号;

（2）任意两个或两个以上的硫化氢探测器浓度达到20 ppm，系统触发确认硫化氢气体泄漏信号。

4.3.2确认气体（可燃气体及硫化氢）泄露信号触发动作

（1）通过公共广播及通用报警系统进行确认气体泄漏报警信息播报;

（2）将平台状态灯切换为黄色色，绿色指示灯熄灭;

（3）火气探测系统发送确认气体泄漏信号到平台应急关断系统;

（4）火气探测系统发出信号切断气体泄漏相关区域内设备电源及相关通风设备（风机、空调、风闸等）;

（5）系统人机操作界面以及火气探测系统控制柜显示报警信息，并打印事件记录。

5     小结

本文介绍了半潜式生产平台的火气探测系统的构成、火气探测器的布置、报警表决及逻辑控制。安全可靠的火气探测系统，对平台的安全起到至关重要的作用，火气探测系统能够实时监控整个平台的生产状态，最大限度避免重大恶性伤亡事故，对现场工作人员提供安全保障。

参考文献

[1] 刘永波，刘泽忠，孙雅婷. 海上平台自控仪表系统的安全设计分析[J].      石化技术， 2017.

[2] 张亦林. 火气系统在石化装置中的应用[J].石油化工自动化， 2012.

[3] 杨芳. 可燃气探头在海洋平台上的应用和布置原则[J]. 石油和化工设     备，2015.

[4] 杨雄. 自升式钻井平台火气系统设计[J].船舶工程 2013.

[5] 邹成业，马学娜，候玉乙，张云平. 半潜式修井平台火气探测系统控     制逻辑设计要点[J].船海工程， 2018.

[6] 杜刚. 海上平台火气系统设计要点研究[J]. 仪器仪表用户， 2018.

[7] 石长印. 海上平台火气探测设备布置原则[J].中国修船， 2013.