SIT型內轉塔式單點系泊系統月池環空區域通風系統設計

馬德強，張勇青，吳斌斌，李雪松，李曉光

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)

單點系泊系統(Single Point Mooring System,SPM)被用于海洋石油的開發，是一個多領域高技術集成的裝置。其中的內轉塔式SPM具有適用水深范圍廣，技術成熟可靠，抗風浪能力強，維護保養簡便等優點，是近年來新建FPSO和改造FPSO的首選方案。同時SPM作為深水FPSO的核心組成部分，它的優劣直接關系到整個FPSO系統的可靠程度。

流花16-2/20-2項目油田開發方案中深水FPSO配置船體集成(SIT)型內轉塔式單點系泊系統，是中海油首個該類型的SPM，同時也是目前世界上技術較復雜、集成難度較高的一種內轉塔式SPM。

為避免主甲板雨水及船體底部海水進入月池環空區域，影響主軸承的正常使用以及日常作業維護，月池環空區域要求為干式操作環境。本項目船體主甲板與單點管匯平臺應急關閉閥甲板下方風雨圍堰之間采用軟密封，避免雨水進入月池區域；船體月池壁下端與單點軸承結構支撐(BSS)之間采用焊接密封，避免海水進入月池區域。

但由此將導致SPM與船體月池之間的環空區域出現封閉空間。根據API RP 505-2018《1類、0區、1區和2區石油設施電氣設備位置分類的推薦實施規程》(以下簡稱《規程》)等國際標準，SPM設計方將該區域危險等級確定為1類危險區。雖然該空間內出現有毒有害氣體的可能性很小，但為了保證日常作業人員的安全，為作業人員提供足夠的新鮮空氣，該區域仍然需要配置通風系統。月池環空區域(1類危險區)位置示意圖見圖1。

圖1 月池環空區域(1類危險區)位置示意圖

1 月池環空區域通風設計關鍵要點

1.1 月池環空區域通風系統配置原則

首先根據項目環境條件、《規程》、ISO7547-2005《船舶與海洋技術、住艙的空調和通風設計條件和計算依據》、國際海上人命公約(SOLAS)、廠家手冊等資料確定了月池環空區域通風系統計算所需基礎數據，如表1所示。

表1 月池環空區域通風系統計算所需基礎數據表

為了獲得更好的通風效果，月池環空區域進風和排風均采用強制通風方案。同時根據上述基礎數據完成核算后，本項目中月池環空區域通風系統具體配置如表2所示。

表2 月池環空區域通風系統具體配置表

1.2 月池環空區域通風系統控制要點

1.2.1 總體控制要求

按照BV規范以及DNVGL-OS-D201《Elec-trical Installations》等標準，本項目在3臺風機(2臺送風機和1臺排風機)附近分別設置了相對應的現場按鈕盒，現場按鈕盒可獨立控制每臺風機的啟停以及狀態顯示。

為了作業人員的集中控制，同時還設置了風機集中控制盤，該控制盤具有以下功能：①供風機(SPM-BL-5703)手動啟停開關；②供風機(SPM-BL-5704)手動啟停開關；③供排風機(SPM-BL-5705)手動啟停開關；④應急切斷按鈕；⑤延遲、保護、公共報警等功能。

1.2.2 探頭布置要求

按照BV規范，月池環空區域送、排風口附近的風管上各布置2個管道式感煙探頭和2個管道式可燃氣體探頭。一旦月池環空區域內部出現可燃氣體濃度過高的情況(2只可燃氣體探頭探測到濃度達到爆炸濃度下限的50%)或火災時，風機和風閘自動關閉。

1.2.3 壓力控制要求

月池環空封閉區域雖然為1類危險區，但由于該空間內沒有泄漏源，故月池環空區域壓力相對大氣壓為正壓，預設壓力為+150 Pa，其壓力控制由排風風管上的氣動平衡風閘完成；同時在月池壁安裝壓差變送器測量月池環空與大氣之間壓差，測量值通過硬線送至中控系統。當壓差變送器探測到過高壓差時，中控系統顯示報警信號，并自動切斷供風機和排風機。

為了避免電機出現故障而影響送風，本項目在送風機和排風機本體上均安裝了壓差開關，壓差開關信號傳送至風機集中控制盤上。當某一風機的進、出口壓差低而報警時(預設壓力200 Pa)，集中控制盤自動關閉相應的風機(延時1 min)。

為了保證工作人員作業時的安全，船體主甲板通向月池環空區域的入口梯道處設有1個應急切斷按鈕，當該按鈕啟動時，可同時關閉月池環空區域的全部送、排風機和配套風閘。

1.3 月池環空區域通風管道布置安裝要點

1.3.1 風管內風速及材質壁厚要求

根據ISO 15138-2018《石油和天然氣工業、海上生產裝置、加熱、通風和空氣調節》(以下簡稱“ISO 15138-2018《標準》”)中第 5.3.2.3.5章節，無居住人員的危險區和非危險區風管內風速為10～15 m/s。月池環空區域為無人區域，按照標準要求執行。

根據SMACNA《Sheet Metal Air Conditioning Contractors National Association》以及ISO 15138-2018《標準》，月池環空區域的風管材質及壁厚要求如表3所示。

表3 月池環空區域風管材質及壁厚

1.3.2 風管系統整體氣密要求

為了保證月池環空區域內末端風量滿足設計要求，同時避免空氣泄漏導致的交叉污染，本項目要求月池環空區域的送風管道和排風管道完成安裝后，執行系統整體氣密測試。月池環空區域系統氣密試驗原理示意圖如圖2所示。

圖2 月池環空區域系統氣密試驗原理示意圖

風管系統整體氣密試驗是通過漏風測試儀將空氣持續不斷地引入測試空間進行加壓，并用微壓計測量靜壓，過程中調節設備內的調速器，保持整個通風系統壓力不變。漏風測試儀引入的空氣流量等于管道系統的泄漏流量，因此得到泄漏流量數值。

方形風管泄漏量應按照EN 1507-2006《建筑物通風-矩形截面薄板金屬空氣管道-強度和泄漏要求》的B級氣密要求執行；圓形風管應按照EN 12237-2003《建筑物通風管道作業、圓形薄金屬板管道的強度和泄漏》的B級氣密要求執行。

1.3.3 風管系統布置安裝要求

按照SOLAS規范，月池環空區域送風機布置在船體主甲板上，并從安全區引入新風(與危險區之間距離至少3 m)，新風通過送風管道穿過船體主甲板和船體空艙后進入月池環空區域。排風機同樣布置在船體主甲板上，月池環空區域排風穿過月池壁和船體空艙、船體主甲板后排放至大氣(進風口與排風口之間距離至少5 m)。

為月池環空區域內的主軸承等設備的正常使用，月池環空區域的通風系統設計需要滿足水密要求。為此，本項目除了將進風口設置為鵝型進風口和在排風口設置菌形通風帽外，還在送/排風管道穿越月池壁的附近均設置由液壓控制的水密防火風閘，該閥門狀態在風機現場控制盤和中控系統屏幕上均可顯示；同時當任一水密防火風閘關閉時，單點送、排風機均自動停止運行，保證月池環空區域為“干式環境”。

2 結束語

SIT型內轉塔式SPM已成為深水海洋油氣田開發的關鍵設備，但SIT型內轉塔式SPM涉及的通風系統設計與常規海洋平臺暖通設計存在一定的差別。本文將流花16-2/20-2項目SIT型內轉塔式SPM月池環空區域的通風設計作為典型案例，詳細分析了該類型SPM的月池環空區域的通風系統配置、選型設計和控制設計關鍵要點。通過該系統的首次成功設計和應用，不僅填補了SIT型內轉塔式SPM月池環空區域的設計空白，更為今后深水FPSO的SIT型內轉塔式SPM月池環空區域的通風設計提供了參考和指導，具有極大的推廣效益。