FPSO火氣探測器選型和表決邏輯分析①

杜 剛

(海洋石油工程股份有限公司)

FPSO火氣探測器選型和表決邏輯分析①

杜 剛

(海洋石油工程股份有限公司)

結合FPSO典型區域的特點、火氣探測器的原理和火災特征，歸納總結了FPSO不同區域火氣探測器的選型方案和表決邏輯。對可燃氣探測器的多種表決邏輯方案進行對比分析，選擇出一種較好的表決邏輯方案，有效提高了可燃氣探測器的覆蓋率和火氣探測的準確性，減少誤報警的發生次數。

火氣探測器 FPSO 火災分類 選型 表決

FPSO(Floating Production Storage and Offloading)統稱為浮式生產儲卸油裝置，一般在國內簡稱為浮式生產儲油船。FPSO集生產、儲油、卸油為一體的優勢，已成為快速、經濟、有效地開發海上油田不可替代的裝置。由于FPSO是油氣處理裝置，在生產過程中涉及大量的原油輸入和輸出，并伴生大量的碳氫氣體[1]，一旦發生安全事故，后果將不堪設想，因此FPSO需要火氣探測系統進行監視。火氣探測器的選型和表決邏輯是火氣探測系統的兩個重要組成部分，對保障FPSO的人員安全和最大限度地減少事故所引起的經濟損失，起到決定性作用。筆者以火災和可燃氣探測器選型、表決邏輯分析為主要研究內容，提出FPSO火氣探測選型方案優化的表決邏輯，以更好地保障火氣系統的可靠性和安全性。

1 FPSO區域劃分

FPSO分為上部模塊區域、生活樓區域和船體區域[2]。

上部模塊區域包括房間區(開關間、發電機間、儀器間、實驗室及工作間等)、生產區(油氣處理區域)和公用區(儀表氣、氮氣等公用設施區域)。

生活樓區域包括電池間、通信設備間、報房、UPS間、中控室、I/O柜間、洗衣間、休息室、更衣間、餐廳、娛樂室、辦公室、電纜井及梯道等。

船體區域包括開關間、應急開關間、變壓器間、空調機間、壓縮機室、液壓單元間、液壓泵間、機械處所、柴油消防泵間、火災控制室、系泊設備間、機艙分油機室、艏部艙室、貨油泵液壓間、工作間、儲藏間、油漆間、辦公室、活動室、梯道及電纜井等。

2 火氣探測器類型

常用的火焰探測器有點紅外火焰探測器(單頻紅外、三頻紅外、多頻紅外)、紫外火焰探測器、紫外/紅外火焰探測器。

常用的煙探測器主要有光電式煙探測器、離子式煙探測器和早期煙探測器。

常用的熱探測器有定溫式熱探測器、溫升速率式熱探測器、定溫式和溫升速率式進行組合的熱探測器。

易熔塞一般布置在設備周圍，可以與消防管線聯動，直接觸發消防動作。易熔塞由一種低熔點的合金組成，當它暴露在熱源中被加熱時，將在預定的溫度下迅速熔化，以使觸點動作。

常用的可燃氣探測器有電化學式可燃氣探測器、半導體式可燃氣探測器、紅外式可燃氣探測器(點紅外式和開路式)。

3 火氣探測器選型設計

火氣探測器的選型設計是火氣控制系統設計的一個重要組成部分，在不同處所選擇最合適的探測器進行火氣探測，能夠在最短時間內探測到火災或可燃氣泄漏等危險，并及時向生產操作人員報警。另外，FPSO火氣探測器的選型設計需本著上部模塊與船體、生活樓火氣系統一體化設計的理念，上部模塊與船體的火氣探測報警設備及其附件應盡量選用標準系列化產品和型號，以減少火氣探測報警設備的品種和備品備件[3]。

3.1 火災類型

根據歐盟《火災探測和火災報警標準》(UNI/EN54/9)，火災類型及其特點見表1。

表1 火災類型及其特點

3.2 火災探測器選型

目前，常用的火災探測器主要有三頻紅外火焰探測器、光電式煙探測器、組合式熱探測器、定溫式熱探測器(廚房使用)及易熔塞等。根據火災的不同類型，結合FPSO區域劃分和項目應用經驗，火災探測器選型見表2。

表2 FPSO火災探測器選型

通過對火災特征和FPSO房間特點的分析，對于火災探測器的選型，筆者建議如下：

a. FPSO油氣處理區域主要是烴類火災，燃燒快且熱量高，建議火焰探測器和易熔塞組合使用，以降低火氣系統的成本；

b. FPSO主機間、柴油消防泵間、應急機間及分油機間等房間火災分為兩類，一類是低熱量、大量煙霧的TF3火災，另一類是燃燒快、高熱量的烷烴火災，建議火焰探測器和煙探測器組合使用，提高火災探測覆蓋率；

c. 其他電氣房間，如開關間、應急開關間、變壓器間、空調機間及壓縮機間等火災類型為低熱高煙的電氣火災，建議選用煙探測器，對于重要的電氣房間可以選用早期煙探測器，提高火災探測靈敏度；

d. 油漆間火災主要為烷烴類火災，燃燒快且高熱，建議火焰探測器和熱探測器組合使用；

e. 控制室由于存放資料較多，火災類型有可能為低熱、大量煙霧的TF3型，也可能是高熱、大量煙霧的TF4型，建議煙探測器和熱探測器組合使用。

3.3 可燃氣探測器選型

FPSO為浮式生產儲油船，集生產、儲油、卸油為一體，區域狹小，工藝生產設備眾多，可燃氣探測器的選型和布置需要考慮多方面的因素(可燃氣體泄漏特點、設備的尺寸、風向、風速、可燃氣探測器的類型及表決等)：

a. 參照工藝組分表確定可燃氣體的組分和類型，確定與空氣的比重關系，并明確是否含有硫化氫等有毒氣體；

b. 參照危險區劃分圖確定海洋平臺易發生可燃氣體擴散的危險區域；

c. 參照工藝PID圖紙確定危險區內不同設備是否存在潛在的可燃氣體泄漏源；

d. 參照泄漏源的參數，選擇不同類型可燃氣體探測器組合使用；

e. 探測器數量應覆蓋所有潛在危險源的設備、管線、閥門及法蘭等[4]。

FPSO常用的可燃氣探測器類型主要為點紅外探測器、開路式紅外探測器、硫化氫探測器和氫氣探測器。結合FPSO典型設備特點和常規項目經驗，可燃氣探測器選型見表3。

表3 FPSO可燃氣探測器選型

筆者建議在油氣處理區域，開路式可燃氣探測器和點紅外可燃氣探測器組合使用，可以有效提高可燃氣探測覆蓋率，減少點紅外探測器的布置數量，降低項目成本。

4 表決邏輯分析

FPSO集生活樓、上部模塊和船體于一身，房間和工藝生產設備眾多，火氣探測系統的可靠性對于人員、設備的安全至關重要。為了提高火氣系統的可靠性，減少火氣系統的誤報警頻率，一般火氣探測器采用表決機制(易熔塞除外)：

a. 單個煙探測器觸發中控報警，單個熱探測器觸發中控報警，煙熱探測器2ooN組合表決。

b. 單個火焰探測器觸發中控報警，2ooN表決后確認火災。

c. 氫氣探測器報警級別分為10%和20%爆炸下限濃度，單個氫氣探測器10%和20%爆炸下限濃度只觸發中控報警，氫氣探測器20%報警，2ooN表決后，確認氫氣泄漏。

d. 硫化氫探測器報警級別分為0.01‰、0.02‰、0.05‰，單個硫化氫探測器0.01‰、0.02‰、0.05‰，只觸發中控報警；硫化氫探測器0.05‰，2ooN表決后，確認硫化氫泄漏。

目前常規項目中，可燃氣探測器報警濃度級別分為20%和50%爆炸下限濃度，可燃氣探測采用50%表決，確認可燃氣體泄漏，筆者對可燃氣探測器各種不同表決方案進行對比分析。

通常由于探測器位置不合理、沒有足夠的探測點或環境條件惡劣，會導致即使FGS安全功能完全符合要求，風險減輕效果也會顯著降低。可燃氣探測器探測效果等級如圖1所示。

筆者選擇FPSO上部模塊典型設備——油氣水三相分離器對可燃氣探測器不同表決邏輯進行了分析對比。設定分離器區域總面積為224m2(14m×16m)，假定探測器數量不變(4個)，探測器間距為6m，可燃氣探測器3種表決機制(50%與50%、50%與20%、20%與20%)的探測效果如圖2所示。

圖1 可燃氣探測器探測效果等級

圖2 3種表決機制的探測效果等級

對比可燃氣探測器3種表決機制的探測效果，見表4。

表4 可燃氣探測器的探測效果

從表4中可以看出：可燃氣探測器20%與20%表決機制比50%與50%表決機制控制動作區域面積提高了接近5倍；50%與20%表決機制比50%與50%表決機制控制動作區域面積提高了4.5倍；50%與50% 表決機制控制動作覆蓋范圍有限。

根據項目成本和火氣系統可靠性的考慮，筆者建議FPSO可燃氣探測器表決機制選用50%與20%表決方案，該方案可在不縮小探測器覆蓋范圍的情況下，節省探測器的布置數量，降低項目成本。

5 結束語

筆者概括了FPSO的典型區域，并結合火災類型和特征，編制FPSO火災探測器選型推薦表。根據FPSO不同區域的特點，編制了FPSO可燃氣和有毒氣體探測器選型推薦表。闡述了不同類型火氣探測器的表決邏輯，并結合可燃氣探測效果分析，提出了可燃氣探測詳細設計方案，并對比分析可燃氣探測器不同表決邏輯的探測效果，選擇了最優的表決方案，以提高火氣系統的探測效果和可靠性。

[1] 黃菲菲.浮式生產儲油船(FPSO)火災和可燃氣體探測系統的設計及優化改進[J].船舶,2005，(4)：30～35.

[2] 尚勝美,王海清,劉俊芳.FPSO火災氣體探測器的優化布置研究[J].石油與天然氣化工，2012，42(3)：311～315.

[3] 何驍勇，洪毅，徐正海，等.海上浮式生產儲油裝置儀表控制系統的設計[J].化工自動化及儀表,2016，43 (2)：140～143.

[4] GB 500493-2009，石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

AnalysisofFire&GasDetectorSelectionandVotingLogicsforFPSO

DU Gang

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.)

Through having characteristics of FPSO’s(floating production storage and offloading) typical region, the fire & gas detector’s working principle and fire’s feature considered, both selection scheme of fire & gas detector and voting logic for different zones in FPSO were summarized; through comparatively analyzing various voting logics of combustible gas detectors, an optimized voting logic was introduced to improve detector’s coverage rate and the accuracy in reducing false alarms.

fire & gas detector, FPSO, fire classification, selection, voting

杜剛(1983-)，工程師，從事海洋工程儀表和控制系統的設計工作，dugang@mail.cooec.com.cn。

TH71

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1000-3932(2017)06-0545-05

2017-02-27，

2017-04-07)