海洋采油平臺火氣系統供電回路改造

周魯堯，陳土超，張洪濤，呂騰飛(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

海洋采油平臺主要從事石油、天然氣開采加工，裝置現場各工藝系統、設備撬塊、儲罐區域、電氣設備房間等都是易燃、易爆的高危區域，一旦發生火災卻沒有及時有效的得到控制，產生的后果將是災難性的。因此，火氣系統是海洋油氣田生產裝置上最為關鍵的系統[1]，因為火氣系統的穩定性和可靠性直接關系到公司財產和員工生命的安全，所以所有裝置的中央控制室都必須配置有火氣系統(FGS)[2]。火氣系統主要是通過對區域溫度、煙霧、火焰以及可燃氣濃度等的檢測，產生相應的報警提醒，同時可以通過控制器邏輯自動觸發相關的生產關停，并啟動消防設備實施滅火[3]。

1 存在的問題

某海洋采油平臺中控火氣系統及生活樓火災盤24VDC供電回路如圖1所示。

圖1 某海洋采油平臺中控火氣系統及生活樓火災盤24VDC供電回路

如圖，是采用UPS雙路供電加一路應急電池組供電的方式，從而保證火氣系統電源供應，確保正常運行。UPS是uninterruptible power system的縮寫，翻譯過來就是不間斷電源，簡稱UPS電源。顧名思義就是不間斷的供電，它的特點就是不間斷。正常情況下由平臺UPS雙路電源分別經過電源模塊處理后供電。而在非正常情況下，例如當平臺應急開關間、電池間發生火災或者平臺UPS設備故障時，平臺UPS雙路電源都無法繼續供電，在這種的情況下，火氣系統及火災盤可立即轉換備用電池組供電保障火氣系統正常運行至少30 min以上。這主要是為了保障各氣體消防(七氟丙烷或二氧化碳氣體)保護區域在發生火災時，可以確?；饸庀到y繼續執行完成消防邏輯。以上圖某平臺中控火氣系統供電回路為例：平臺中控火氣系統24 VDC母排供電回路分為A、B路供電，A路24 VDC為正常狀態下平臺兩套UPS電源供電；B路由中控火氣系統應急電源柜電池組供電，負責A路斷開后對火氣系統進行應急供電。

某平臺在投產后一直存在的一個問題是，中控火氣系統應急電源柜及生活樓火災盤的兩套電池組故障率很高，換上去的新電池組不到半年，在電池充放電檢查時就發現損壞，電池經檢查確認不存在質量問題，判斷問題應為供電回路設計不合理，電池組使用狀態不良導致。經檢查分析，應急電池組電源供電B回路輸出電壓過高，可達27 VDC，而正常A回路大約在25 VDC，導致電池組一直處于放電狀態，嚴重影響電池壽命,無法起到應急電源的作用。最初的解決思路是將電池組的充電電壓降低，調高A回路電壓使其高于B回路，但這樣做電池組充電電壓較低，不利于電池組的長期使用。因此為了從根本上解決這個問題，必須進行供電回路改造。另外，實際施工安裝時，供電回路上缺少電池組隔離開關，無法安全地進行電池組的定期檢查維護工作，需要增加安裝隔離開關。

2 改造思路

第一種改造的方法是參考其他生產裝置火氣系統應急供電回路進行改造。通過收集資料并與相關使用正常裝置技術人員進行溝通，發現能夠正常使用的應急供電電源都是一套小型的UPS系統，由UPS主機和電池組共同組成。正常情況下電池組處于浮充狀態，正常電掉電后電池組通過UPS主機的逆變功能，逆變為需要的交流電源繼續供電，起到不間斷供電的作用。對于精密儀器設備來說，斷電對其傷害很大，UPS電源就能在平臺正常電源中斷時為其持續供電，保證設備能夠正常工作。平臺正常交流電源除了中斷故障外，還有很多不能直觀發現問題，例如諧波、失真、浪涌、突波、頻率漂移等電力問題，這些對于儀器的精度和使用壽命都有影響。通過UPS處理后的電源除了不間斷供電外，還具備穩壓、突波保護、諧波失真保護、穩定頻率等作用，因此平臺上儀控等精密系統及設備的工作電源全部取至平臺大UPS負載端。鑒于UPS電源的優點，火氣系統應急電源應該選用一套小型的UPS系統，但是這與之前備用電池組的設計理念完全不同，要將原有24 VDC直流電池組換型增加改為220 VDC電池組，并且增加一臺UPS主機，火氣系統供電方式也要做相應的變更，這樣改造的缺點有兩個，一是改造變更工作量大，二是改造成本高[4]。

第二種改造的方法是在現有的24 VDC備用應急電池組供電的基礎上做改造，通過增加部分硬件的方式實現供電電源一用一熱備的工作模式，即平臺UPS系統正常供電時，使用A路正常電源供電，應急電池組處于熱備，電池組保持浮充狀態，不放電。在UPS交流電源斷開的情況下，熱備B路直流電池組系統電源可以立即根據火氣系統母排電壓值判斷無擾并投入供電運行。蓄電池充電機通常的充電電壓需要調節到27 VDC才可保障電池組正常充電，因此不能簡單的調低充電機的充電電壓，而是需要在直流電池組輸出時做調壓，保障A路的輸出電壓略高。鑒于火氣系統穩定性、可靠性的需要，調壓模塊選型時要求質量可靠并且安裝兩個具備冗余功能。為了防止母排電壓過高反充電至電池組，直流調壓模塊應具備輸出端不可逆模式，同時在直流調壓模塊與火氣系統直流母排間加裝單向導通二級管。為了方便后期對直流電池組供電系統進行定期維護，還需要增加安裝一套刀閘開關，改造安裝方式如圖2所示。

圖2 改造安裝方式

3 改造方案

本著降本增效的目的，在能保障火氣系統穩定可靠的前提下，最終決定選著第二種改造方法，改造的方案步驟如下：

(1)增加冗余的兩個直流調壓模塊，將輸出電壓調至24 VDC，低于正常母排25 VDC電壓，并將輸出端調節為不可逆模式。

(2)增加單向二極管模塊，防止母排電壓過高反充電至電池組。

(3)增加電池輸出端的維護刀閘開關，在電池組充放電維護或維修更換時可以切斷與控制柜母排的連接，不影響火氣系統的正常運行。原理簡圖如圖3所示。

圖3 原理簡圖

4 實施效果

此次改造后，該平臺火氣系統及生活樓火災盤電池組供電回路可以實現安全正常充放電操作、檢查及維護，輸出電壓值可以和母排電壓值基本保持一致，正常情況下不放電。改造同時更換了新的電池組，經過一年的使用，一年后電池充放電檢查狀態良好，改造達到了預想的效果[5]。

5 結語

通過此次改造，保障了平臺火氣系統的穩定，排除了平臺的一項較大的隱患同時，認識到很多項目投產時設計的資料不一定都是合理的，只有認真的審核設計文件，提早發現問題，才能減少平臺的隱患，減少后期改造帶來的成本。此項改造同樣實施于平臺生活樓火災盤的備用電池組供電回路，而且舉一反三推廣到了具有類似問題的其他平臺裝置，也可為后期新投產的項目提供參考經驗[6]。