標(biāo)準(zhǔn)化海上化驗室的設(shè)計與調(diào)試

唐 亮，孫 冰

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津300452)

0 引 言

部分海上項目在化驗室設(shè)計建造時，由于各種原因造成了海上的化驗室在投入使用時出現(xiàn)多種問題，如安全性上不能夠滿足海上化驗分析人員的正常工作，原因是化驗室不是一個密閉并保持正壓通風(fēng)的狀態(tài)，如果關(guān)上門又無法長時間進(jìn)行化驗分析，處在Topside上二類危險區(qū)的化驗室在這種狀態(tài)下，是非常危險的。如何保證化驗室內(nèi)部設(shè)備的安全性，提高化驗室內(nèi)的化驗分析操作的安全性，以及徹底改變化驗室的整體現(xiàn)狀是需要關(guān)注的重點。目前面臨 2個選擇，一是重新設(shè)計建造一個新的高標(biāo)準(zhǔn)的化驗室，二是在現(xiàn)有的化驗室的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。對比2個方案認(rèn)為：在現(xiàn)有的化驗室基礎(chǔ)上進(jìn)行改造不能徹底解決重大安全隱患，施工安全管控難度大，施工工期比較長，對油氣生產(chǎn)作業(yè)有很大的影響，經(jīng)濟(jì)性也比較差；反觀重新設(shè)計建造高標(biāo)準(zhǔn)的化驗室，安全管理難度不大，對海上油氣生產(chǎn)作業(yè)影響較小，施工工期最短，經(jīng)濟(jì)性較好。所以，重新設(shè)計建造一個符合國際規(guī)范的海上化驗室是最佳選擇。

1 化驗室的設(shè)計思路

建議的新化驗室尺寸為：5m(長)×4m×3.3m，將整個化驗室用螺栓固定安裝在 FPSO(海上浮式生產(chǎn)儲油船)的工藝甲板上。設(shè)計時首先要考慮以下技術(shù)問題：化驗室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；化驗室外形和結(jié)構(gòu)設(shè)計；化驗室安全控制設(shè)計；化驗室建造；化驗室陸地調(diào)試；化驗室吊裝；化驗室海上調(diào)試。

1.1 化驗室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

化驗室的設(shè)計、設(shè)備安裝將遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，國家和當(dāng)?shù)氐姆睿约白钚碌姆ㄒ?guī)，如下：

固定海上平臺安全規(guī)則(2000)；

American Petroleum Institute(API)；

API RP 2A-WSD，Recommended Practice for Planning，Deigning and Constructing Fixed Offshore Platforms—Working Stress Design；

American Institute of Steel Construction(AISC)：Manual of Steel Construction；

Design Criteria for Laboratory Furniture and Fume Hood；

Laboratory Ventilation and Fume Hood Design(Considerations for Academia)(2002)。

1.2 化驗室外形和結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)有經(jīng)驗的化驗分析專家提供的化驗室內(nèi)部設(shè)備布置數(shù)量，以及推薦的化驗室外部尺寸[2]，外部形狀為矩形比較合理，化驗室整體布局需優(yōu)化內(nèi)部設(shè)備和家具的布置，特別是優(yōu)化內(nèi)部人員活動空間，同時考慮安全防火的要求。結(jié)合其他油田上的經(jīng)驗[3]，所有家具采用不銹鋼材料。具體布置和設(shè)備清單見圖 1。

圖1 實驗室布置和設(shè)備清單Fig.1 Furniture and equipment layout of laboratory

1.3 化驗室安全控制設(shè)計

新化驗室的安全控制目的是保證化驗分析人員能夠在二類危險區(qū)內(nèi)的化驗室內(nèi)安全操作設(shè)備和進(jìn)行化驗分析，為滿足上述操作條件需求，下列控制項目必須達(dá)到。

1.3 .1 微正壓控制

為實現(xiàn)微正壓控制首先要分析出影響化驗室內(nèi)壓力的因素，主要有化驗室門的開啟，通風(fēng)櫥的使用，風(fēng)機的供風(fēng)和重力風(fēng)閘。

化驗室門的解決方案是加雙門，始終保持有1個門處于關(guān)閉狀態(tài)。

通風(fēng)櫥的解決方案是動態(tài)檢測通風(fēng)櫥和化驗室內(nèi)的壓差 PDT；動態(tài)檢測化驗室內(nèi)部和外部的壓差PDT，始終保持化驗室內(nèi)部微正壓狀態(tài)，通風(fēng)櫥采辦國內(nèi)知名品牌，技術(shù)要求產(chǎn)品水平達(dá)到Design Criteria for Laboratory Furniture and Fume Hood，保證通風(fēng)櫥的質(zhì)量。

采用 2臺風(fēng)機供風(fēng)方式，并用變頻器和 DPT控制供風(fēng)量的動態(tài)實時控制，同時出風(fēng)口選擇在2個門之間、通風(fēng)櫥旁邊，從而保持化驗室內(nèi)的壓力穩(wěn)定。

重力風(fēng)閘和差壓變送器一起監(jiān)測化驗室內(nèi)的壓力，并保持在50Pa。

1.3.2 安全檢測

有了完善的安全檢測設(shè)備并保持其正常工作狀態(tài)，才可以保證化驗室內(nèi)工作環(huán)境的安全，為此設(shè)計了風(fēng)機總?cè)肟诩涌扇細(xì)怏w探頭，內(nèi)部設(shè)計熱探頭和煙探頭。

1.3.3 安全控制

在緊急情況(如火災(zāi))下，關(guān)斷信號將通過 R/O控制柜關(guān)斷化驗室內(nèi)的設(shè)備和動力電源，關(guān)閉防火風(fēng)閘，同時聲光報警提示化驗室內(nèi)的工作人員。另外在化驗室內(nèi)配備應(yīng)急電話、聲力電話，在化驗室外配備洗眼站等。

1.3.4 HVAC核算

化驗室設(shè)計尺寸：5m×4m×3m。

微正壓：50Pa。

化驗室空間：50m3。

通風(fēng)櫥排風(fēng)量 Q1：800m3/h。

氣鎖 Q2：100m3/h。

總通風(fēng)量 Q＝Q1＋Q2：900m3/h。

設(shè)計取值 QF：1.2Q＝1080m3/h，取 1100m3/h。

風(fēng)道中的壓力損失：100Pa。

微正壓：50Pa。

總壓力需要：150Pa。

最終選擇：1.5倍總壓力，即225Pa，取250Pa。

2 化驗室調(diào)試

新化驗室在陸地建造過程中，提前確定化驗室的調(diào)試深度，明確調(diào)試的重要性，盡量減少海上調(diào)試項目以降低風(fēng)險。成立專門的調(diào)試小組，小組成員主要由承包商組成，涉及機電儀、HVAC、安全、質(zhì)檢和設(shè)計人員，另外第三方人員和業(yè)主見證化驗室調(diào)試全部過程。

2.1 化驗室陸地調(diào)試

化驗室調(diào)試工作將按照調(diào)試大綱的具體要求，一步一步地進(jìn)行。陸地調(diào)試的系統(tǒng)項目主要有照明系統(tǒng)、電纜、儀表系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)。照明系統(tǒng)主要調(diào)試外觀檢查、回路檢查、測量絕緣電阻、運行試驗；電纜主要調(diào)試外觀檢查、回路檢查、測量絕緣電阻；儀表系統(tǒng)主要調(diào)試外觀檢查、回路檢查、測量絕緣電阻、實效功能試驗；通風(fēng)系統(tǒng)主要調(diào)試內(nèi)容為外觀檢查，通風(fēng)櫥、供風(fēng)機、排風(fēng)機實效運轉(zhuǎn)和風(fēng)閘功能試驗；空調(diào)系統(tǒng)主要調(diào)試外觀，測量絕緣電阻，實效運轉(zhuǎn)。

2.2 化驗室吊裝

吊裝設(shè)計：綜合化驗室的設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析應(yīng)該考慮其吊裝和操作環(huán)境。撬裝結(jié)構(gòu)用 SACS5.1 計算機結(jié)構(gòu)分析軟件模擬吊裝情況和操作環(huán)境，每一部分結(jié)構(gòu)的撓度和軸向負(fù)荷按照API RP 2A-WSD/AISC 進(jìn)行校驗。

吊裝標(biāo)準(zhǔn)：因為吊裝分析的原因，化驗室重量組成主要有，結(jié)構(gòu)重量、舾裝重量、內(nèi)部設(shè)備重量、HVAC(空調(diào)和風(fēng)管)重量、電器和儀表重量。由于右舷吊機的起吊半徑和起吊負(fù)荷能力的限制，重量控制在9.3t之內(nèi)。

2.3 化驗室海上調(diào)試

化驗室海上調(diào)試重點是和 R/I Cabinet通信，以及與 CCR的通信，實效功能試驗，安全控制功能的進(jìn)一步驗證。

調(diào)試內(nèi)容有：淡水系統(tǒng)接入后的壓力試驗和供水；閉式排放系統(tǒng)接入后的實效試驗；儀表氣系統(tǒng)接入后的實效試驗；通風(fēng)系統(tǒng)控制功能進(jìn)一步檢驗；空調(diào)系統(tǒng)功能進(jìn)一步檢驗；加熱器實效運轉(zhuǎn)試驗。

3 結(jié) 語

基于國際標(biāo)準(zhǔn)的化驗室的設(shè)計建造，極大地提升了化驗員在化驗室內(nèi)的安全狀況，可以有效保證化驗分析人員能夠在二類危險區(qū)內(nèi)的化驗室內(nèi)安全操作設(shè)備和進(jìn)行化驗分析。通過雙門設(shè)計、化驗室內(nèi)外部壓差實時檢測控制設(shè)計、通風(fēng)櫥內(nèi)外部壓差實時檢測控制設(shè)計、雙變頻風(fēng)機設(shè)計和雙進(jìn)風(fēng)口控制相結(jié)合，始終保持化驗室內(nèi)部穩(wěn)定的微正壓狀態(tài)。

標(biāo)準(zhǔn)海上化驗室可以在今后的工程設(shè)計和建造過程中予以推廣應(yīng)用，它有以下優(yōu)勢：符合國際先進(jìn)的規(guī)范要求，實現(xiàn)真正意義上的微正壓變頻控制；在保持微正壓的情況下，既保持溫度穩(wěn)定，也能保持室內(nèi)空氣質(zhì)量；實現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全控制；就地安全保護(hù)；高防火等級；布局合理，功能實用；邏輯控制更加合理。■