FPSO管道式气体探头布置与安装设计

黄伟,陈业,陈纯,俞珠珠

(上海外高桥造船有限公司,上海 200137)

由于FPSO是原油生产、处理及储存设施,在生产过程中会有大量的原油输入和加工,在其过程中会伴生出大量的烷类、烃类气体,一旦发生事故,后果不堪设想[1]。管道式气体探头作为火气探测系统的重要组成部分,其可靠安全合理的布置在浮式生产储油船上对保障人员安全和最大限度的减少事故所引起的经济损失起到重要作用[2]。LIZA项目是荷兰SBM公司推出的最新世界独创Fast 4 Word通用型海上浮式生产储油轮系列中的一艘FPSO,装备了一套功能完善、性能可靠的火气探测系统,其中管道式气体探头作为其安全保护系统的重要组成部分,其主要由管道式烟探头和管道式可燃气探头组成,用于FPSO的人员安全和设备保护。其分布在整个FPSO机械通风及空调进风口处,原理是通过检测、分析外界环境中发生火灾或可燃气体泄漏情况,系统执行“表决确认逻辑”,进而激活发出报警,与此同时,根据ESD系统预设逻辑执行风、油等设备隔离、切断等动作,从而有效保护人员及FPSO的安全。结合LIZA的管道式气体探头的布置与安装,探讨相关的法规的应用和相关布置与安装方案的效果。

1 设计准则

1.1 法规规范要求

LIZA项目需要满足西非、南美等地区海洋环境条件及要求,入法国BV级,管道式烟探头和管道式可燃气探头安装布置要满足NR445 ROU_PartC_2016-12-Rules for the Classification of Offshore Units Part C-Facilities的要求,其布置要求[2]如下。

1)划分为1类、2类危险区的围蔽处所及其排风口处。

2)与危险区相邻接的围蔽的非危险处所的通风进口处。

3)使用天然气或原油为燃料的燃烧设备的罩壳内。

4)天然气或原油燃料管所在的通风导管内。

每一处所应设置的气体探头的数量应根据处所大小以及可能的漏泄源确定,但不能少于2个。

除此之外,还要满足SOLA海上生命安全公约、FSS Code国际消防安全系统规则、国际电工组织:IEC60079、IEC6009全系列以及IEC60892-1～7、国际海事组织(IMO)相关标准、公约等有关要求。

1.2 规格书要求

除了上述法规规范的要求,通过梳理,规格书对气体探头布置也有着具体要求。

1)探头的布置应覆盖烟或气可能上升或潜在聚集的位置,如电气控制柜的上方区域,空调新风、机械通风进口处。

2)对于机舱区域、空调机间、应急发电机间和消防泵间,应使用开路式智能型可燃气探头,直流24 V输入,直流4～20 mA输出。

3)对于安装在空调新风、机械通风进风口的感烟及可燃气探头,布置数量各为3个。

4)探头的安装位置应便于人员靠近,以方便日后的维护和检验,对于一些实在难以到达的位置,应通过不锈钢管在一个可接近的位置进行远程测试。

2 布置与安装

2.1 布置原则

气体探头的布置应综合考虑到被探测气体的比重特性、可能的漏泄源的位置、空间的几何形状以及气流方向,以便尽早探知气体的漏泄[3],通用布置原则如下。

1)安装地点要尽可能选择离可能性泄漏地点近的场所。

2)必须考虑区域性的气流情况。气体变送器放置到具有最大气体浓度的地方。

3)为了检测比空气轻的气体和蒸汽,要把气体变送器放置到可能泄漏地点上方,通常在0.5～3.0 m内。

4)为了检测比空气重的气体和蒸汽,要把气体变送器放置到尽可能离地面近的地方,通常在0.3～0.6 m内。

5)对于有人工作及生活的处所或区域,要考虑将气体探头布置到该处所的进风口处。

6)探头高度除了满足功能使用外还应考虑设备后期的维护和测试方便性。

7)光学表面上的水和/ 或污染可能引发警告或故障,减少可燃气探头内部气室积水对于探头的影响,可燃气探头尽量考虑水平安装。

2.2 安装设计

2.2.1 管道式烟探头

管道式烟探头通过探测系统对风道内气流中可能含有的烟雾进行探测,其安装要求如下。

1)在安装前需确认感烟探头的进气方向,确保感烟探头的进气方向要与风道内气流方向相一致,探头正确安装后,由于风管内气流的方向,探头内的指示带会朝外弯曲摆动。

2)为保证感烟探头发挥最大的效用,探头需要保证一定的功能距离(dh);对于圆形风管,dh=风管直径(D),而矩形风管,dh=2·H·W/(H+W),见图1。

图1 探头与矩形、圆形风管的间距关系示意

3)测量管的穿透长度要达到风管宽度或直径的90%,如有必要,调整缩短探测管长度并安装末端堵头。

4)对于在室外风管上安装的烟探头,如不能满足IP56要求则需要安装保护罩,使用特殊抱箍安装支架进行固定。

2.2.2 管道式可燃气探头

1)对于螺旋风管,管道式可燃气探头所需安装的风管直径要求最小200 mm,或者在风管上加装一个170 mm×170 mm的正方形基座,以满足水平安装。对于矩形风管,管道式可燃气探头所要安装的风管其安装面积需满足最小170 mm×170 mm。

2)喷头保护罩上的显示窗必须保证水平方向上安装且可读。水平方向上的最大允许偏移量为±30°,防溅罩靠上开口为进气口,要与气流方向保持一致安装位置。

3)气体变送器四周应有大约20 cm的自由空间,保证周围的自由空气流通,出于维护的目的,气体变送器的位置必须易于接近。

4)安装时可选择侧装和底装方式,避免由于顶装造成风管积水现象出现。

3 实例分析

3.1 生活楼蓄电池间

生活区域的空调机间、UPS间、蓄电池间、厨房间、洗衣间、楼道间、电梯围井等处所设有独立的进风口,根据规格书及规范要求必须要布置管道式火气探头。以蓄电池间为例,蓄电池间的温度控制及通风是通过专门空调机组来维持的,其外机进风口布置在顶甲板上,出风管为矩形风管,尺寸为(高×宽)500 mm×800 mm,根据规格书要求配以2个管道式烟探头和2个管道式可燃气探头组合使用,根据矩形风管的计算公式计算得出dh≈615 mm,同时根据探头与空调机组之间距离,见图2,必须保证3倍dh的距离,即探头与空调外机之间的距离至少应保证1 800 mm,才能满足要求。

图2 探头与空调机组的最小距离示意

由于风管的高度只有500 mm,方案一:如在室外风管上安装的管道式烟探头,需要额外安装保护罩以满足IP56的要求,其尺寸为275 mm×275 mm×250 mm。方案二:如安装可燃气探头,其外形尺寸为98 mm×115 mm×250 mm,在同一个侧面无法上下同时布置两个烟探头。考虑布置的合理性,排除方案一及方案二,采用方案三:在同一个侧面即左视图上为1个管道式烟探头和下为1个管道式可燃气探头上下布置,见图3。

图3 蓄电池间外机进风口管道式气体探头布置左视图

在另一侧面即右视图上为1个管道式可燃气探头和下为1个管道式烟探头上下布置,见图4。

图4 蓄电池间外机进风口管道式气体探头布置右视图

最终形成两两相背错位布局,考虑到空调外机布置是在顶甲板的左边,进风方向是从右向左,探头的进气方向要与风道内气流方向一致,这样布置后探头上下之间能保证一定的安装间距,既方便现场安装,又有助于发挥管道式气体探头的整体效果。

3.2 机舱船用变压器间

机舱区域需要独立通风的房间主要是变压器间、消防泵间、机修间、IGG间等机械处所,由于危险区域划分的要求,其进风口位置都应距主甲板3 m以上,同时配备管道式气体探头来防止危险气体进入这些房间造成人员伤害。以船用变压器间为例,该处设有专门的结构风道,高度距主甲板10 m,配有一块1 800 mm×1 800 mm的大面积百叶窗,根据规格书的要求配以3个管道式烟探头和3个管道式可燃气探头组合使用,但由于百叶窗的通风形式不适用于厂家推荐的安装方式和安装距离,因此需要改变其安装方式,将整个管道式可燃气和感烟探头完全安装在结构风道内部。为满足新的安装位置的要求,需要两边同时布置管道式可燃气和感烟探头,在同一个侧面是上为1个管道式可燃气探头、中间为1个管道式烟探头和下为1个管道式可燃气探头,上中下布置。而另一侧面是上为1个管道式感烟探头、中间为1个管道式可燃气探头和下为1个管道式烟探头,同样采用上中下布置,最终形成对称错位布置。同时考虑到危险气体的比重较空气轻,需要将管道式可燃气和感烟探头降低高度布置,通常位于百叶窗的中间偏下位置,感烟探头的探测方向是自下而上,因此在布置时需要将感烟探头探测口朝下,而可燃气探头则要水平布置,探测口朝向风口,以确保其功能有效。见图5。

图5 百叶窗进风口管道式气体探头布置

3.3 生活区楼梯道间

生活区域梯道间位于生活楼后壁,纵跨7层甲板,除了满足船员的日常通行,还作为应急逃生通道使用,内部除配有独立的照明系统外,还设有1台独立的风机和进出风口,1根独立的螺旋风管贯穿到各层。根据规范要求在进风管上必须布置管道式气体探头,以保证人员安全,其风机进风口布置在生活楼顶甲板上,根据规格书要求配以2个管道式烟探头和2个管道式可燃气探头组合使用,为便于安装与风机相接的出风管由螺旋风管改为矩形风管并带有一段圆形风帽,矩形风管长宽高分别为700 mm×700 mm×1 000 mm,所以根据圆形风管的计算公式,计算得出dh=300 mm。根据探头与风机之间距离,如图6所示,必须保证3倍dh的距离,即探头与风机之间的距离至少应保证900 mm,才能满足要求。

图6 探头与风机马达的最小距离示意

矩形风管的安装面长与宽均只有700 mm,考虑到在室外风管上安装的管道式烟探头,都需要额外安装保护罩以满足IP56的要求,其尺寸无法满足在同一面上布置一个烟探头和一个可燃气探头,而在4个安装面分别安装2个烟探头和2个可燃气探头同样不可行。考虑到布置的合理性,在一个侧面安装1个管道式烟探头和其对面安装另1个管道式可燃气探头背对背布置较为合理,而2个管道式可燃气探头则安装在风帽下方同时采用背对背安装,见图7。

图7 百叶窗进风口管道式气体探头布置

最终形成立体错开布局,在保证探头的进气方向与风道内气流方向相一致的情况下,这种布局方式便于现场安装,同时有效的发挥管道式气体探头的整体效果。

3.4 艏部甲板机械间

艏部甲板机械间位于主甲板旋转塔附近,旋转塔属于危险区域,因此机械间的新风口必须要避开危险区域,新风口目前布置在船艏部中间的位置,根据规格书要求甲板机械间需要在新风口管路上配备3个管道式烟探头和3个管道式可燃气探头组合使用。由于采用室外安装形式,产品自身不能满足IP56的情况下需要增加水密保护罩以满足防护要求,采用特殊抱箍支架来固定在螺旋风管上,见图8。

图8 抱箍支架示意

对于垂直布置的螺旋风管,原水平安装的探头其进气方向就无法满足安装要求,要改为上下安装,管道式可燃气和感烟探头左右错位上下安装,见图9。这样,在满足功能要求情况下便于后期维护。

图9 管道式气体探头在圆形风管上的布置示意

4 结论

1)任何一组管道式可燃气或烟探头都不能安装在风管一侧,可燃气和烟探头要交叉组合安装,对于不满足可燃气及烟探头安装空间的情况,需要加长风管导管。

2)管道式可燃气及烟探头安装高度不宜超过3 m,如不可避免,应考虑增加维护平台及爬梯,以方便后期的维护和测试。

3)管道式可燃气及烟探头位置如被遮挡,需要降低安装高度或选择新位置安装,以方便后期观察及检修。

4)对于安装探头的风管管段,可预先让风管厂家根据探头设计开孔尺寸在风管上开孔,从而避免因现场不规范开孔,造成风管密封效果减弱。