海工平台应急关断系统设计与分析

郑志峰

（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

0 引言

海洋油气平台在作业过程中容易发生火灾、可燃气体泄漏等事故，对正常生产作业和人身安全造成严重威胁。当事故发生时，为在第一时间阻止危害继续扩大，最大限度地保证生产人员和设备的安全，海工平台需要设置相应等级的应急关断（Emergency Shutdown，ESD）系统。本文对某型3级动力定位（Class 3 Dynamic Positioning，DP3）钻井船应急关断系统的特点及设计步骤进行详细阐述，并对应急关断系统的设计理念和方法进行总结和归纳。

1 关断级别

根据事故对正常生产和人身安全威胁程度的不同，ESD系统通常可分为以下4个级别：

1）第一级——单元关断。单个机器设备发生故障，应急关闭该设备以防损坏，但不影响其他设备和生产工序的持续运行。

2）第二级——生产工艺流程关断。如钻井系统应急关断、油处理系统应急关断。

3）第三级——火气关断。在火灾或气体泄漏状态下，分区域应急关断，可在操作人员观察到火情后手动启动，也可由火气控制逻辑自动启动。除执行本级关断外，火气关断还将引起生产工艺流程关断和单元关断。

4）第四级——弃船关断。全平台除不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）延时关断外，其余设备全部关断。由指定人员手动启动。

每一级关断均与低一级的关断有联锁效应，即某一级别关断能触发本级或更低级别的关断，但不能触发更高级别关断。

2 火区划分

根据总布置图、生活楼布置图、危险区域划分图、结构防火分隔图和通风原理图等对火区进行划分，一般将功能相同或相近的相连区域划分为同一个火区，不同火区间通过A60分隔舱室进行分隔。

在某一火区发生火灾时，对该火区进行应急关断，关闭该火区所有相关设备，但不应影响其他火区的设备继续工作。在防止灾情蔓延的同时，保证其他火区设备的正常工作，将损失降到最低。

某型DP3钻井船可分为以下6个主要区域：

1）左部电源主区，包含左舷中低压配电板间、左舷发电机舱、左舷泵舱、2号和5号推进器舱。

2）中间电源主区，包含中部中低压配电板间、中部发电机舱、中部泵舱、1号和4号推进器舱。

3）右部电源主区，包含右舷中低压配电板间、右舷发电机舱、右舷泵舱、3号和6号推进器舱。

4）钻井主区域，包含钻井配电板间、所有与钻台和钻井架相关的服务处所。

5）生活区，即艏部生活区。

6）应急电源分区，包含应急发电机间及UPS间。

任何一个主区失火，不会影响其他主区正常工作。对于左部电源主区，左舷发电机舱、左舷泵舱、2号和5号推进器舱均是机械处所，属于高危失火区域。当失火时，可单独关断而不影响左舷配电板间工作。对于生活区，厨房和洗衣房属于高危失火区，若发生局部小范围失火，可单独关断相关设备和风机风闸而不影响整个生活楼的使用。应急电源区域的工作不受其他大分区影响，只有在弃船或本地失火时进行单独应急关断。

3 工作模式

某型DP3钻井船的ESD系统具有如下3种工作模式：

1）自动模式。若选择自动模式，当可燃气体浓体积分数达到25%时，自动触发报警；当可燃气体体积分数达到60%时，自动触发报警并自动启动ESD系统，ESD系统收到火气报警信号后，会自动关断非重要的设备或非重要场所的风机、风闸等，第一时间防止火势快速蔓延。

2）手动模式。若选择手动模式，ESD系统收到火气报警信号后，提醒工作人员进行相应操作。

3）维护抑制模式。若选择该模式，会让ESD系统处于维修测试状态，不会进行关断操作。

4 因果逻辑表及I/O清单

因果逻辑表是用来整理ESD系统的启动原因和处理结果的图表。该表对安装的每一个传感器和应急停按钮进行记录，并定义ESD系统在收到传感器和按钮触发信号后需要执行的功能。因果逻辑表是ESD系统生产商对软件进行编程调试的输入条件。

I/O清单一般是可编程逻辑控制器进行编程的依据，本项目以ESD系统设计原理为基础，结合管道及仪表流程图、风道及仪表流程图、因果逻辑表等，列出I/O清单。

5 设计原则

ESD系统是海工平台最重要的系统之一，在设计时主要遵循独立性原则和故障安全原则。

1）独立性原则

根据相关规范的要求，ESD系统应完全独立于控制系统和报警系统，即使控制系统或报警系统出现故障，也不会妨碍ESD系统的运行。因此，在设计和配置ESD系统时，要保证ESD系统的检测元件（本地传感器）、执行元件、逻辑运算器和相关通信接口均独立于控制和报警系统。

2）故障安全原则

根据相关规范的要求，ESD系统的设计应遵循故障安全原则，当一个故障产生时，不会连带导致其他故障出现。在ESD系统出现失电故障或断线故障时，有2种关断执行方式：

（1）正常有电型。该执行方式一般用于非重要系统的关断。在出现上述故障时，直接关断相应设备。正常有电型ESD线路不需要进行短线监测。

（2）正常断电型。该执行方式一般用于非常重要的系统关断，如DP推进系统和钻井系统。这些系统在发生火灾时，ESD系统被触发，输出有源信号并关断相应设备。在未发生事故时，ESD系统线路不通电。

6 结论

ESD系统是海工平台最重要的系统之一，设计及布置合适的ESD系统，对减少火灾、可燃气体泄漏等事故造成的损害，保证生产人员和设备的安全至关重要。本文基于某型DP3钻井船，详细阐述了ESD系统的特点及设计步骤，总结归纳了ESD系统的设计理念和方法。