缓降装置在海上平台撤离中的应用

2020-05-31张加平张洪娟

船舶与海洋工程 2020年2期

田锋，巩雪，张加平，张洪娟，李渊

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

在高空作业过程中，一旦发生火灾、爆炸等灾难性事故，将人员从高空快速疏散至地面尤为重要。目前工业和民用建筑领域采用的主要撤离方式是设置消防通道，人员通过消防通道撤离。然而，消防通道可能会因火焰或障碍物堵塞而失效；同时，许多高层建筑的高度超出了当地消防云梯所能到达的最大高度，这对紧急情况下的人员快速撤离提出了严峻挑战。

海上平台生产作业也存在从高空向海面疏散的情况，配置绳梯是现行规范对紧急情况下将人员从高空撤离至海面的最低要求。由于该撤离方式存在很多不足，因此国外的很多海上平台都配置攀爬网、打结逃生索、缓降装置和撤离滑道等设施作为绳梯的补充或替代设施，这些设施与绳梯相比有优点，能为海上平台人员快速撤离提供重要的保障。我国的海上平台一直仅采用绳梯作为撤离工具，在撤离过程中遇到复杂工况时存在很大风险，因此为平台补充撤离设施，提高其海上应急能力，具有十分重要的意义。

1 海上平台撤离系统

1.1 概述

人员从海上平台撤离通常需提供主撤离方法、第二撤离方法和第三撤离方法等3种方法[1]。在这3种方法中，后一种方法是对前一种方法的必要补充。

1) 主撤离方法是利用海上平台的登乘通道撤离，一般需外界的帮助。离岸较远或所处环境比较恶劣的海上平台采用直升机撤离方式，一般区域的平台采用作业船舶撤离方式。当海上平台和移动装置通过舷梯连接时，海上平台上的人员可通过舷梯撤离到移动装置上；当海上平台与其他固定平台通过栈桥连接时，海上平台上的人员可通过栈桥撤离到固定平台上。

2) 第二撤离方法是在不能采用主撤离方法时，海上平台提供的能完全可控地将人员撤离至海面的方法。这种方法不需要外界的帮助，如利用平台上配置的全封闭耐火救生艇。

3) 第三撤离方法是在主撤离方法和第二撤离方法均不可行时，海上平台能提供的将人员撤离至海面的其他方法，如救生筏、人员滑梯和缓降装置等。

1.2 第三撤离方法的规范要求

海上平台撤离方法选择的顺序是主撤离方法、第二撤离方法、第三撤离方法。第三撤离方法易造成人员落水，且供登乘的救生筏不具备机动性能等，因此只在紧急情况下才会采用。第三撤离方法有多种工具可供选择，法定规范要求如下：

1) 浮式生产储油装置安全规则，其要求与《国际海上人命安全公约》（International Convention for the Safety of Life at Sea，SOLAS）相同。在船舷降落的救生艇筏的每处登乘站或每2处相邻的登乘站均应设置一个符合规则要求的登乘梯，单根登乘梯的长度应能保证在船舶纵倾至10°和任意一舷横倾至20°的情况下从甲板延伸至最轻载航行水线。然而，主管机关准许采用进入水面的救生艇筏的认可装置代替这些登乘梯，但船舶两舷均应至少设置1个登乘梯[2]。

2) 固定平台安全规则。住人平台应至少设置2套相距较远的应急逃生用固定式金属梯。同时，应配备便携式绳梯、打结逃生索或类似用具, 其放置地点应邻近救生筏[3]。

3) 移动平台安全规则。若不能安装固定梯，应配置能使平台上的全体人员安全撤离至水面的其他脱险设施[4]。

1.3 第三撤离方法概况

海上平台第三撤离方法常用的装置有绳梯、攀爬网、打结逃生索、缓降装置和撤离滑道等。

1.3.1 绳梯

我国的海上平台多采用绳梯作为第三撤离方法的装置，这主要是遵循传统的船舶设计思路和习惯。船用绳梯与平台用绳梯的不同点在于：船用绳梯所在的位置一般为竖直的舱壁结构，能为绳梯提供连续的支持面，避免绳梯在使用过程中出现悬空摆荡问题；海上平台一般是框架结构，不具有连续的支持面，其绳梯上端与平台结构固定，下端完全自由悬空，人员在使用绳梯过程中很难控制自身方位，容易出现晃荡摆动问题。海上平台采用绳梯的优点是占用面积小、成本低和布设简单，不足之处主要体现在以下几个方面：

1) 攀爬绳梯对平台上人员的体力和心理都有很大的挑战，尤其是在北方区域的冬季，绳梯踏板与扶持绳索易结冰，平台上人员穿着厚重的保温救生服在绳梯上攀爬易打滑，存在跌落的风险。

2) 南方区域的夏季多台风和降雨，在使用绳梯过程中不仅存在踏板湿滑的问题，而且绳梯下端的摆动会在风力的作用力下进一步加大，这既影响使用绳梯撤离平台的效果，又对使用绳梯人员的安全造成威胁。

3) 绳梯上部固定端所在的甲板与海面的距离较长，在需要撤离的人员较多、气象条件恶劣的情况下，要保证所有人员在规定的时间内撤离至海面具有很大的难度。

1.3.2 攀爬网

攀爬网作为撤离工具在我国海上平台上的应用并不多。攀爬网的撤离效率要优于绳梯。绳梯可供1人在某一水平面内使用，而攀爬网可供多人在某一水平面内同时使用。在安全性和舒适性方面，攀爬网也优于绳梯。攀爬网的基础材料为棕绳或麻绳，网眼间距一般在 150～200mm；绳梯踏步的基础材料为铝、硬木或橡胶等硬质结构，相邻踏步的间距在300mm左右。采用绳梯和攀爬网的优点是占用甲板面积小、布放简单。

1.3.3 打结逃生索

打结逃生索是一种简易的撤离工具，利用绳结起到手掌抓握和腿脚攀附的作用，从而控制人员下降的速度，对使用人员的体力要求较高。平台上人员使用绳梯和攀爬网可实现向上或向下运动，使用打结逃生索一般只能实现向下运动。为满足多人同时快速撤离，平台一般需设置多套打结逃生索。目前在东南亚、西亚海域，打结绳索作为人员从船舶上登乘至平台的荡绳使用。

1.3.4 缓降装置

缓降装置是依靠人体的自重，以一定的速度使自己或他人从高处降落至低处的装置，有自动型和手动型2种，其中：自动型缓降装置不需要人工控制，装置内的离心刹车装置可保证使用者以安全的速度降落，适于非专业人员使用；手动型缓降装置需使用者手动干预，以控制下降的速度，适于消防、营救等专业人员使用。带有回弹机构的缓降装置在一个人完成降落之后，降落绳能自动回弹到装置本体的初始位置，实现多人连续使用。

1988年英国北海“派珀·阿尔法”钻井平台发生爆炸事故，导致整个平台被摧毁，167人死亡[5]。在该事故发生以后，速降装置开始在海上油气生产平台上应用，以备人员在紧急情况下从平台上快速疏散撤离。目前我国的海上平台尚未采用缓降装置作为应急撤离工具。

1.3.5 撤离滑道

撤离滑道是指海上平台撤离集合区与海面救生筏登乘站之间的连续滑道，是平台上人员通过滑道撤离至海面所采用的工具。撤离滑道有多个优点，包括：利用人员的自重下滑，不需要付出额外的体力；人员先沿着滑道下滑至救生筏登乘站，再由登乘站进入救生筏，能避免落水；下滑速度连续均匀，方向可逆。撤离滑道需配置相应的机械设备，工程费用较高，目前我国的海上平台还没有采用。随着人们的安全意识逐步提高和救生费用投入逐渐加大，采用撤离滑道作为海上平台撤离工具有较大的可能性。

2 缓降装置的配置

2.1 产品要求

缓降装置适用的标准为BS EN 341—2011[6]，该标准涵盖了缓降装置的下降能量、技术要求、试验方法及标识和使用指导等，选用的缓降装置产品需满足该标准的要求。

2.1.1 下降能量

缓降装置的下降能量可表示为

式(1)中：W为下降能量，J；m为下降载荷，kg；g为重力加速度，9.81m/s2；h为下降高度，m；n为下降次数。

缓降装置的下降能量分为4个等级，其中：

1) A级的下降能量应达到7.5×106J；

2) B级的下降能量应达到1.5×106J；

3) C级的下降能量应达到0.5×106J；

4) D级仅供1次使用，其下降能量取决于最大下降高度和最大额定荷载。

能量等级是对产品能力高低的分类，如缆车上的100名乘客从100m高度处下降，与吊机驾驶员独自从20m高度处下降相比，对所使用缓降装置承载能力的要求更高。

2.1.2 额定荷载

缓降装置的额定最大荷载不小于100kg，该荷载与《国际救生设备安全规则》对救生艇筏产品要求的乘员质量相同，额定最小荷载由产品的生产厂家确定。

2.1.3 额定速度

对于A级、B级和C级缓降装置而言，其额定速度为0.5～2.0m/s；对于D级缓降装置而言，其额定速度不超过2.0m/s。中国船级社（China Classification Society, CCS）在《产品检验指南》中对按CCS 规范规定需认可的船用产品确定的降落设备最大降落速度为1.3m/s。

通过分析确定撤离平台所需的时间、缓降装置的额定速度和需利用缓降装置撤离的人数，能确定平台需配置的缓降装置的数量。

2.1.4 材料要求

缓降装置的材质和构造应满足应用环境的要求，对于海上平台而言，尤其应注意防腐蚀问题，升降绳索应选用不锈钢丝绳，相关金属工具应选择满足船舶与海洋工况需求的产品。

2.1.5 安全带及配套装置

缓降装置一般都是专利产品，安全带及其附属构件应采用缓降装置的配套产品。

2.1.6 证书要求

缓降装置需提供由权威第三方颁发的满足BS EN 341—2011要求及其他相关要求的产品证书。

2.2 缓降装置的布置

缓降装置的布置需考虑安全可靠的悬挂点和无障碍的降放空间，在布置初期，应对抵达缓降装置的通道、安装位置和降放空间进行识别、评估和控制，找出各种可能存在的危险因素，避免对人体造成伤害，包括热源、火花、电气危险、移动的设备、火焰、污染物、化学品、尖锐物体和未加以保护的开口等。

2.3 锚固及连接方式

缓降装置悬挂点的锚固方式[7]有多种，对于海上平台而言，常见的有以下4种方式：

1) 用捆绑带与型钢固定连接，见图1a；

2) 用安装绳索与型钢固定连接，见图1b；

3) 用眼板/眼环与型钢固定连接，见图1c；

4) 设置专用的结构立柱，用吊环与结构立柱固定连接，见图1d。

图1 锚固连接方式

2.4 设计中需注意的问题

2.4.1 消除自由坠落

缓降装置锚固点应位于使用者初始下降位置的上方，避免使用者因无缓降装置约束而自由坠落。

图2 降落的摆锤效应

2.4.2 防止缠绕

需防止缓降装置在使用过程中出现缓降绳索缠绕的现象，如绳索与周边设施、绳索与其他缓降装置使用人员及绳索之间的缠绕。

2.4.3 避免摆锤现象

缓降装置的锚固位置在水平方向上应靠近使用者的起降点，避免产生摆锤效应导致人员受到伤害。根据人体工程学原理，缓降装置锚固点与使用者起降点的水平距离在460mm为宜。图2为降落的摆锤效应。

2.4.4 降落净空间无障碍

需确保降落净空间和着陆区域无障碍，考虑降落过程中可能出现的摆锤效应，初始下降阶段的净空间应大于着陆阶段的净空间。

2.5 缓降装置的实船应用

ZAWTIKA 油田位于缅甸的马达班湾，1B期工程包括4座无人井口平台，救生筏定员按16人考虑，每座平台配置2套缓降装置，替代传统绳梯作为紧急情况下人员撤离的工具。缓降装置布置在标高距离水面14.7m的甲板上，靠近救生筏和平台集合区，装置的锚固与连接采用图1d所示的方式，结构立柱位于平台甲板边沿可转动。在使用时，缓降装置可随其悬挂横梁转出平台甲板以外；在非使用状态下，缓降装置沿甲板边沿布置，可减少对平台生产活动的影响。

该缓降装置的主要技术参数为：安全工作荷载150kg；装置类型为自动型；自控速度为1.2m/s；刹车形式为离心刹车；绳索材质为不锈钢；绳索最少预留长度为30m。

ZAWTIKA 油田1B期总包工程于2016年顺利完工。