标准化海上化验室的设计与调试

唐 亮，孙 冰

(中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 天津300452)

0 引 言

部分海上项目在化验室设计建造时，由于各种原因造成了海上的化验室在投入使用时出现多种问题，如安全性上不能够满足海上化验分析人员的正常工作，原因是化验室不是一个密闭并保持正压通风的状态，如果关上门又无法长时间进行化验分析，处在Topside上二类危险区的化验室在这种状态下，是非常危险的。如何保证化验室内部设备的安全性，提高化验室内的化验分析操作的安全性，以及彻底改变化验室的整体现状是需要关注的重点。目前面临 2个选择，一是重新设计建造一个新的高标准的化验室，二是在现有的化验室的基础上进行改造。对比2个方案认为：在现有的化验室基础上进行改造不能彻底解决重大安全隐患，施工安全管控难度大，施工工期比较长，对油气生产作业有很大的影响，经济性也比较差；反观重新设计建造高标准的化验室，安全管理难度不大，对海上油气生产作业影响较小，施工工期最短，经济性较好。所以，重新设计建造一个符合国际规范的海上化验室是最佳选择。

1 化验室的设计思路

建议的新化验室尺寸为：5m(长)×4m×3.3m，将整个化验室用螺栓固定安装在 FPSO(海上浮式生产储油船)的工艺甲板上。设计时首先要考虑以下技术问题：化验室设计标准；化验室外形和结构设计；化验室安全控制设计；化验室建造；化验室陆地调试；化验室吊装；化验室海上调试。

1.1 化验室设计标准

化验室的设计、设备安装将遵循国际标准，国家和当地的法令，以及最新的法规，如下：

固定海上平台安全规则(2000)；

American Petroleum Institute(API)；

API RP 2A-WSD，Recommended Practice for Planning，Deigning and Constructing Fixed Offshore Platforms—Working Stress Design；

American Institute of Steel Construction(AISC)：Manual of Steel Construction；

Design Criteria for Laboratory Furniture and Fume Hood；

Laboratory Ventilation and Fume Hood Design(Considerations for Academia)(2002)。

1.2 化验室外形和结构设计

根据有经验的化验分析专家提供的化验室内部设备布置数量，以及推荐的化验室外部尺寸[2]，外部形状为矩形比较合理，化验室整体布局需优化内部设备和家具的布置，特别是优化内部人员活动空间，同时考虑安全防火的要求。结合其他油田上的经验[3]，所有家具采用不锈钢材料。具体布置和设备清单见图 1。

图1 实验室布置和设备清单Fig.1 Furniture and equipment layout of laboratory

1.3 化验室安全控制设计

新化验室的安全控制目的是保证化验分析人员能够在二类危险区内的化验室内安全操作设备和进行化验分析，为满足上述操作条件需求，下列控制项目必须达到。

1.3 .1 微正压控制

为实现微正压控制首先要分析出影响化验室内压力的因素，主要有化验室门的开启，通风橱的使用，风机的供风和重力风闸。

化验室门的解决方案是加双门，始终保持有1个门处于关闭状态。

通风橱的解决方案是动态检测通风橱和化验室内的压差 PDT；动态检测化验室内部和外部的压差PDT，始终保持化验室内部微正压状态，通风橱采办国内知名品牌，技术要求产品水平达到Design Criteria for Laboratory Furniture and Fume Hood，保证通风橱的质量。

采用 2台风机供风方式，并用变频器和 DPT控制供风量的动态实时控制，同时出风口选择在2个门之间、通风橱旁边，从而保持化验室内的压力稳定。

重力风闸和差压变送器一起监测化验室内的压力，并保持在50Pa。

1.3.2 安全检测

有了完善的安全检测设备并保持其正常工作状态，才可以保证化验室内工作环境的安全，为此设计了风机总入口加可燃气体探头，内部设计热探头和烟探头。

1.3.3 安全控制

在紧急情况(如火灾)下，关断信号将通过 R/O控制柜关断化验室内的设备和动力电源，关闭防火风闸，同时声光报警提示化验室内的工作人员。另外在化验室内配备应急电话、声力电话，在化验室外配备洗眼站等。

1.3.4 HVAC核算

化验室设计尺寸：5m×4m×3m。

微正压：50Pa。

化验室空间：50m3。

通风橱排风量 Q1：800m3/h。

气锁 Q2：100m3/h。

总通风量 Q＝Q1＋Q2：900m3/h。

设计取值 QF：1.2Q＝1080m3/h，取 1100m3/h。

风道中的压力损失：100Pa。

微正压：50Pa。

总压力需要：150Pa。

最终选择：1.5倍总压力，即225Pa，取250Pa。

2 化验室调试

新化验室在陆地建造过程中，提前确定化验室的调试深度，明确调试的重要性，尽量减少海上调试项目以降低风险。成立专门的调试小组，小组成员主要由承包商组成，涉及机电仪、HVAC、安全、质检和设计人员，另外第三方人员和业主见证化验室调试全部过程。

2.1 化验室陆地调试

化验室调试工作将按照调试大纲的具体要求，一步一步地进行。陆地调试的系统项目主要有照明系统、电缆、仪表系统、通风系统、空调系统。照明系统主要调试外观检查、回路检查、测量绝缘电阻、运行试验；电缆主要调试外观检查、回路检查、测量绝缘电阻；仪表系统主要调试外观检查、回路检查、测量绝缘电阻、实效功能试验；通风系统主要调试内容为外观检查，通风橱、供风机、排风机实效运转和风闸功能试验；空调系统主要调试外观，测量绝缘电阻，实效运转。

2.2 化验室吊装

吊装设计：综合化验室的设计和结构分析应该考虑其吊装和操作环境。撬装结构用 SACS5.1 计算机结构分析软件模拟吊装情况和操作环境，每一部分结构的挠度和轴向负荷按照API RP 2A-WSD/AISC 进行校验。

吊装标准：因为吊装分析的原因，化验室重量组成主要有，结构重量、舾装重量、内部设备重量、HVAC(空调和风管)重量、电器和仪表重量。由于右舷吊机的起吊半径和起吊负荷能力的限制，重量控制在9.3t之内。

2.3 化验室海上调试

化验室海上调试重点是和 R/I Cabinet通信，以及与 CCR的通信，实效功能试验，安全控制功能的进一步验证。

调试内容有：淡水系统接入后的压力试验和供水；闭式排放系统接入后的实效试验；仪表气系统接入后的实效试验；通风系统控制功能进一步检验；空调系统功能进一步检验；加热器实效运转试验。

3 结 语

基于国际标准的化验室的设计建造，极大地提升了化验员在化验室内的安全状况，可以有效保证化验分析人员能够在二类危险区内的化验室内安全操作设备和进行化验分析。通过双门设计、化验室内外部压差实时检测控制设计、通风橱内外部压差实时检测控制设计、双变频风机设计和双进风口控制相结合，始终保持化验室内部稳定的微正压状态。

标准海上化验室可以在今后的工程设计和建造过程中予以推广应用，它有以下优势：符合国际先进的规范要求，实现真正意义上的微正压变频控制；在保持微正压的情况下，既保持温度稳定，也能保持室内空气质量；实现远距离安全控制；就地安全保护；高防火等级；布局合理，功能实用；逻辑控制更加合理。■