海洋采油平台火气系统供电回路改造

周鲁尧，陈土超，张洪涛，吕腾飞(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057)

0 引言

海洋采油平台主要从事石油、天然气开采加工，装置现场各工艺系统、设备撬块、储罐区域、电气设备房间等都是易燃、易爆的高危区域，一旦发生火灾却没有及时有效的得到控制，产生的后果将是灾难性的。因此，火气系统是海洋油气田生产装置上最为关键的系统[1]，因为火气系统的稳定性和可靠性直接关系到公司财产和员工生命的安全，所以所有装置的中央控制室都必须配置有火气系统(FGS)[2]。火气系统主要是通过对区域温度、烟雾、火焰以及可燃气浓度等的检测，产生相应的报警提醒，同时可以通过控制器逻辑自动触发相关的生产关停，并启动消防设备实施灭火[3]。

1 存在的问题

某海洋采油平台中控火气系统及生活楼火灾盘24VDC供电回路如图1所示。

图1 某海洋采油平台中控火气系统及生活楼火灾盘24VDC供电回路

如图，是采用UPS双路供电加一路应急电池组供电的方式，从而保证火气系统电源供应，确保正常运行。UPS是uninterruptible power system的缩写，翻译过来就是不间断电源，简称UPS电源。顾名思义就是不间断的供电，它的特点就是不间断。正常情况下由平台UPS双路电源分别经过电源模块处理后供电。而在非正常情况下，例如当平台应急开关间、电池间发生火灾或者平台UPS设备故障时，平台UPS双路电源都无法继续供电，在这种的情况下，火气系统及火灾盘可立即转换备用电池组供电保障火气系统正常运行至少30 min以上。这主要是为了保障各气体消防(七氟丙烷或二氧化碳气体)保护区域在发生火灾时，可以确保火气系统继续执行完成消防逻辑。以上图某平台中控火气系统供电回路为例：平台中控火气系统24 VDC母排供电回路分为A、B路供电，A路24 VDC为正常状态下平台两套UPS电源供电；B路由中控火气系统应急电源柜电池组供电，负责A路断开后对火气系统进行应急供电。

某平台在投产后一直存在的一个问题是，中控火气系统应急电源柜及生活楼火灾盘的两套电池组故障率很高，换上去的新电池组不到半年，在电池充放电检查时就发现损坏，电池经检查确认不存在质量问题，判断问题应为供电回路设计不合理，电池组使用状态不良导致。经检查分析，应急电池组电源供电B回路输出电压过高，可达27 VDC，而正常A回路大约在25 VDC，导致电池组一直处于放电状态，严重影响电池寿命,无法起到应急电源的作用。最初的解决思路是将电池组的充电电压降低，调高A回路电压使其高于B回路，但这样做电池组充电电压较低，不利于电池组的长期使用。因此为了从根本上解决这个问题，必须进行供电回路改造。另外，实际施工安装时，供电回路上缺少电池组隔离开关，无法安全地进行电池组的定期检查维护工作，需要增加安装隔离开关。

2 改造思路

第一种改造的方法是参考其他生产装置火气系统应急供电回路进行改造。通过收集资料并与相关使用正常装置技术人员进行沟通，发现能够正常使用的应急供电电源都是一套小型的UPS系统，由UPS主机和电池组共同组成。正常情况下电池组处于浮充状态，正常电掉电后电池组通过UPS主机的逆变功能，逆变为需要的交流电源继续供电，起到不间断供电的作用。对于精密仪器设备来说，断电对其伤害很大，UPS电源就能在平台正常电源中断时为其持续供电，保证设备能够正常工作。平台正常交流电源除了中断故障外，还有很多不能直观发现问题，例如谐波、失真、浪涌、突波、频率漂移等电力问题，这些对于仪器的精度和使用寿命都有影响。通过UPS处理后的电源除了不间断供电外，还具备稳压、突波保护、谐波失真保护、稳定频率等作用，因此平台上仪控等精密系统及设备的工作电源全部取至平台大UPS负载端。鉴于UPS电源的优点，火气系统应急电源应该选用一套小型的UPS系统，但是这与之前备用电池组的设计理念完全不同，要将原有24 VDC直流电池组换型增加改为220 VDC电池组，并且增加一台UPS主机，火气系统供电方式也要做相应的变更，这样改造的缺点有两个，一是改造变更工作量大，二是改造成本高[4]。

第二种改造的方法是在现有的24 VDC备用应急电池组供电的基础上做改造，通过增加部分硬件的方式实现供电电源一用一热备的工作模式，即平台UPS系统正常供电时，使用A路正常电源供电，应急电池组处于热备，电池组保持浮充状态，不放电。在UPS交流电源断开的情况下，热备B路直流电池组系统电源可以立即根据火气系统母排电压值判断无扰并投入供电运行。蓄电池充电机通常的充电电压需要调节到27 VDC才可保障电池组正常充电，因此不能简单的调低充电机的充电电压，而是需要在直流电池组输出时做调压，保障A路的输出电压略高。鉴于火气系统稳定性、可靠性的需要，调压模块选型时要求质量可靠并且安装两个具备冗余功能。为了防止母排电压过高反充电至电池组，直流调压模块应具备输出端不可逆模式，同时在直流调压模块与火气系统直流母排间加装单向导通二级管。为了方便后期对直流电池组供电系统进行定期维护，还需要增加安装一套刀闸开关，改造安装方式如图2所示。

图2 改造安装方式

3 改造方案

本着降本增效的目的，在能保障火气系统稳定可靠的前提下，最终决定选着第二种改造方法，改造的方案步骤如下：

(1)增加冗余的两个直流调压模块，将输出电压调至24 VDC，低于正常母排25 VDC电压，并将输出端调节为不可逆模式。

(2)增加单向二极管模块，防止母排电压过高反充电至电池组。

(3)增加电池输出端的维护刀闸开关，在电池组充放电维护或维修更换时可以切断与控制柜母排的连接，不影响火气系统的正常运行。原理简图如图3所示。

图3 原理简图

4 实施效果

此次改造后，该平台火气系统及生活楼火灾盘电池组供电回路可以实现安全正常充放电操作、检查及维护，输出电压值可以和母排电压值基本保持一致，正常情况下不放电。改造同时更换了新的电池组，经过一年的使用，一年后电池充放电检查状态良好，改造达到了预想的效果[5]。

5 结语

通过此次改造，保障了平台火气系统的稳定，排除了平台的一项较大的隐患同时，认识到很多项目投产时设计的资料不一定都是合理的，只有认真的审核设计文件，提早发现问题，才能减少平台的隐患，减少后期改造带来的成本。此项改造同样实施于平台生活楼火灾盘的备用电池组供电回路，而且举一反三推广到了具有类似问题的其他平台装置，也可为后期新投产的项目提供参考经验[6]。