海洋工程危險區域空氣隔離間設計

楊 典，薛慶偉，陸春霞

（惠生（南通）重工有限公司，江蘇 南通 226009）

0 引 言

空氣隔離間（AIRLOCK）常見于化工項目和海上石油平臺項目中，用于分隔危險區域與安全區域，最大限度地確保人員工作和居住的安全。浮式天然氣液化裝置（Floating Liquid Natural Gas Unit, FLNG）主甲板露天區域為液化天然氣工藝處理裝置集中安裝區域，在處理天然氣過程中可能會產生爆炸性氣體，應劃分危險區域來進行相關設計。危險區域劃分是電氣設計的一項重要基礎性工作，涉及后續的防爆設備選型和保護裝置設置等工作。在根據相關規則、規范劃分好危險區域之后，可通過設置AIRLOCK和一些輔助措施來降低危險區域的等級。

1 概 述

本文根據 Caribbean FLNG項目中有關 AIRLOCK設計的經驗，結合國際電工委員會（International Electron Technical Commission, IEC）和《國際散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規則》（IGC Code）的要求，對AIRLOCK的應用及其內部電氣設備的配置進行描述。

IGC Code適用于各種尺度從事散裝運輸溫度為37.8℃時蒸汽壓力超過0.28MPa（絕對壓力）的液化氣體和其他貨物的船舶[1]。

IEC60092-502的第4.1.4節“氣密界面造成的分隔（Separation by gastight boundaries）”給出了氣密界面分隔的2種情況，即：氣密界面分隔上無通道；氣密界面分隔上有通道[2]。

本文主要描述氣密界面分隔上有通道的情況，氣密界面分隔在FLNG上是指危險區域與安全區域之間有門的一道鋼圍蔽。常見的AIRLOCK僅是標準IEC60092-502中有通道氣密分隔中的一種方式。

1.1 IEC標準中的描述

IEC60092-502的第4.1.5.2節和第4.1.5.3節明確給出了AIRLOCK的描述和定義，即AIRLOCK是由危險區域的Zone1或Zone2通往某個封閉空間的通道[2]。

參照IEC60092-502第4.1.5節的要求，氣密界面分隔及其他輔助措施可將室內區域的危險等級降一級，是否配置AIRLOCK有以下5種情況[2-3]。

1) 當室外為危險區域Zone1時，通過一個氣密分割并保持室內正壓通風，可認為室內區域為Zone 2（見圖1）；

2) 當室外為危險區域Zone2時，通過一個氣密分割并保持室內正壓通風，可認為室內區域為安全區域（見圖2）；

圖1 室外為Zone1且無AIRLOCK的情況

圖2 室外為Zone2且無AIRLOCK的情況

3) 當室外為危險區域Zone1時，在設置AIRLOCK時，設置一個氣密界面分隔并保持AIRLOCK和室內正壓通風，可認為室內區域為安全區域，AIRLOCK為危險區域Zone2（見圖3）；

4) 當室外為危險區域Zone1時，在設置AIRLOCK時，設置一個氣密界面分隔并保持AIRLOCK和室內機械通風，可認為室內區域為Zone2，AIRLOCK為危險區域Zone1（見圖4）；

圖3 室外為Zone1且有正壓AIRLOCK的情況

圖4 室外為Zone1且有AIRLOCK的情況

5) 當室外為危險區域Zone2時，在設置AIRLOCK時，設置一個氣密界面分隔并保持AIRLOCK和室內機械通風，可認為室內區域為安全區域，AIRLOCK危險區域為Zone 2（見圖5）。

從上述5種情況中可看出，AIRLOCK、正壓通風和機械通風是降低爆炸風險的重要措施。

圖5 室外為Zone2且有AIRLOCK的情況

1.2 IGC Code中的描述

參考IGC Code (2014)的第3.6.1節“Access between hazardous area on the open weather deck and non-hazardous spaces shall be by means of an airlock”，AIRLOCK是位于危險區域（露天）與安全區域之間的通道[1]。

AIRLOCK是應用于危險區域與安全區域之間的通道，從而避免危險氣體進入安全區域，最大限度地確保人身安全。從IGC Code的定義中可認定此處的危險區域并不包括Zone0，因為露天的危險區域不可能有Zone0存在。

2 AIRLOCK的配置要求

設置AIRLOCK和通風都是降低爆炸風險的方法，若AIRLOCK和通風均失效，則意味著爆炸風險大大增加，因此對兩者進行失效監控尤為重要。IEC標準和IGC Code對兩者的失效監控有不同的要求。

1) 當危險區域為Zone1且設置AIRLOCK時，IEC標準和IGC Code的主要要求有所不同，具體見表1。

表1 危險區域為Zone1且設置AIRLOCK時IEC標準與IGC Code對比

2) 當危險區域為Zone 2且設置AIRLOCK時，IEC標準和IGC Code的主要要求有所不同，具體見表2。

表2 危險區域為Zone2且設置AIRLOCK時IEC標準和IGC Code對比

IEC標準和IGC Code在防止AIRLOCK正壓失效方面的要求基本上是一致的，如對門的要求及報警等。IEC標準分別對危險區域為Zone1和Zone2的情況給出了詳細的要求，且當AIRLOCK正壓失效之后，要求采取恢復壓力或斷電等措施確保安全；IGC Code對這些要求的描述不夠詳細。

3 IEC和IGC Code的推薦設計

當工程項目遇到危險區域與安全區域分隔時，通過設置AIRLOCK和一些輔助措施來降低危險區域的等級。IEC標準和IGC Code對AIRLOCK的要求有所不同，應根據工程項目需滿足的規范、法規的要求進行AIRLOCK設計。

3.1 IEC標準推薦設計

當工程項目僅需滿足IEC的要求[2-3]時：

1) 一般情況下，室內區域門的開口設計在Zone 2區域，因此可參照圖2或圖5所示的情況設計。

2) 大多數情況下，與危險區域相鄰的室內區域面積較大，安裝的電氣設備數量較多，保持正壓通風有難度，且需滿足配置正壓通風時的要求，若室內安裝的電氣設備為非防爆設備，則需在正壓失效情況下斷電，或將室內電氣設備改為防爆型設備。這些要求在室內面積大、電氣設備數量多的情況下是很難滿足的，因此按照圖2所示的情況設計難以實現；若按圖5所示的情況增加一個AIRLOCK，可降低室內區域的通風要求，室內通風只需機械通風，室內電氣設備可為非防爆型設備（無斷電要求），且只需滿足配置機械通風時的報警要求，而AIRLOCK面積很小且電氣設備數量較少，配置防爆型電氣設備的要求容易滿足，因此推薦按圖5所示的情況設計，具體見圖6。

圖6 IEC標準推薦設計方法Zone2

應盡量避免AIRLOCK布置在Zone 1所在區域，若無法避免，AIRLOCK內部電氣設備配置推薦見圖7。

圖7 IEC標準推薦設計方法Zone1

3.2 IGC Code推薦設計

當工程項目僅需滿足IGC Code的要求時，AIRLOCK的內部電氣設備配置推薦[1]見圖8。

圖8 IGC Code推薦設計方法

3.3 IEC標準和IGC Code推薦設計

當工程項目需同時滿足IEC標準和IGC Code的要求時，由于IEC標準的部分要求更高，建議按第3.1節的要求來設計，同時應滿足IGC Code對報警的相關要求。

惠生（南通）重工有限公司建造的FLNG的技術規格書中明確指出要滿足IEC標準和IGC Code的要求，故應根據IEC標準和IGC Code的要求進行AIRLOCK及其臨近區域的設計。FLNG主甲板大部分區域為Zone2，并在Zone2設置有至下層甲板的梯道。由于下層甲板室內的空間面積非常大，且安裝有很多電氣、儀表設備（如分電箱、控制箱、傳感器等），為降低項目成本，根據IEC標準和IGC Code的要求，在梯道入口處設置一個 AIRLOCK，將下層甲板室內的空間降低為安全區域，其通風和設備防爆要求大大降低，設計的具體情況如下（部分地方高于標準要求）。

1) AIRLOCK的兩扇門均為自動關閉、氣密、不帶止門器、門間距大于1.5m并小于2.5m，同時有警告關閉的銘牌（不得同時打開兩扇門）。

2) 通風的配置：AIRLOCK使用獨立風機確保正壓，室內空間為機械通風。

3) 監測和報警的配置：AIRLOCK和室內區域均安裝壓差傳感器和就地報警器，并延伸至中控系統報警；AIRLOCK配置可燃氣體探頭，并延伸至中控系統報警；AIRLOCK兩扇門均配置限位開關，并在AIRLOCK兩側均安裝報警器。

4) 設備防爆等級：AIRLOCK電氣設備均為滿足Zone2的防爆設備要求，包括風機、風機按鈕、燈具、壓差傳感器和報警器等；室內區域的設備無防爆要求。

4 結 語

若海洋工程項目涉及危險區域，當與危險區域相鄰的室內區域面積較大或室內區域的電氣設備較多時，可考慮通過設置AIRLOCK、通風等輔助措施來降低室內區域的危險等級，從而降低項目成本。

關于AIRLOCK及其鄰近區域的設計，特別是在通風、監測報警和設備防爆等級方面，除了滿足船級社規范的要求以外，還應滿足IEC 60092-502和IGC Code的要求。本文結合FLNG設計建造經驗，提出AIRLOCK及其鄰近區域推薦設計方法，實際項目可參考需滿足的標準進行設計。