海洋采油平臺火氣系統(tǒng)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(xiàn)場各工藝系統(tǒng)、設(shè)備撬塊、儲罐區(qū)域、電氣設(shè)備房間等都是易燃、易爆的高危區(qū)域，一旦發(fā)生火災(zāi)卻沒有及時有效的得到控制，產(chǎn)生的后果將是災(zāi)難性的。因此，火氣系統(tǒng)是海洋油氣田生產(chǎn)裝置上最為關(guān)鍵的系統(tǒng)[1]，因為火氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到公司財產(chǎn)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(tǒng)(FGS)[2]。火氣系統(tǒng)主要是通過對區(qū)域溫度、煙霧、火焰以及可燃?xì)鉂舛鹊鹊臋z測，產(chǎn)生相應(yīng)的報警提醒，同時可以通過控制器邏輯自動觸發(fā)相關(guān)的生產(chǎn)關(guān)停，并啟動消防設(shè)備實(shí)施滅火[3]。

1 存在的問題

某海洋采油平臺中控火氣系統(tǒng)及生活樓火災(zāi)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(tǒng)及生活樓火災(zāi)盤24VDC供電回路

如圖，是采用UPS雙路供電加一路應(yīng)急電池組供電的方式，從而保證火氣系統(tǒng)電源供應(yīng)，確保正常運(yùn)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(diǎn)就是不間斷。正常情況下由平臺UPS雙路電源分別經(jīng)過電源模塊處理后供電。而在非正常情況下，例如當(dāng)平臺應(yīng)急開關(guān)間、電池間發(fā)生火災(zāi)或者平臺UPS設(shè)備故障時，平臺UPS雙路電源都無法繼續(xù)供電，在這種的情況下，火氣系統(tǒng)及火災(zāi)盤可立即轉(zhuǎn)換備用電池組供電保障火氣系統(tǒng)正常運(yùn)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?xì)怏w)保護(hù)區(qū)域在發(fā)生火災(zāi)時，可以確保火氣系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行完成消防邏輯。以上圖某平臺中控火氣系統(tǒng)供電回路為例：平臺中控火氣系統(tǒng)24 VDC母排供電回路分為A、B路供電，A路24 VDC為正常狀態(tài)下平臺兩套UPS電源供電；B路由中控火氣系統(tǒng)應(yīng)急電源柜電池組供電，負(fù)責(zé)A路斷開后對火氣系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急供電。

某平臺在投產(chǎn)后一直存在的一個問題是，中控火氣系統(tǒng)應(yīng)急電源柜及生活樓火災(zāi)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(fā)現(xiàn)損壞，電池經(jīng)檢查確認(rèn)不存在質(zhì)量問題，判斷問題應(yīng)為供電回路設(shè)計不合理，電池組使用狀態(tài)不良導(dǎo)致。經(jīng)檢查分析，應(yīng)急電池組電源供電B回路輸出電壓過高，可達(dá)27 VDC，而正常A回路大約在25 VDC，導(dǎo)致電池組一直處于放電狀態(tài)，嚴(yán)重影響電池壽命,無法起到應(yīng)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(diào)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(jìn)行供電回路改造。另外，實(shí)際施工安裝時，供電回路上缺少電池組隔離開關(guān)，無法安全地進(jìn)行電池組的定期檢查維護(hù)工作，需要增加安裝隔離開關(guān)。

2 改造思路

第一種改造的方法是參考其他生產(chǎn)裝置火氣系統(tǒng)應(yīng)急供電回路進(jìn)行改造。通過收集資料并與相關(guān)使用正常裝置技術(shù)人員進(jìn)行溝通，發(fā)現(xiàn)能夠正常使用的應(yīng)急供電電源都是一套小型的UPS系統(tǒng)，由UPS主機(jī)和電池組共同組成。正常情況下電池組處于浮充狀態(tài)，正常電掉電后電池組通過UPS主機(jī)的逆變功能，逆變?yōu)樾枰慕涣麟娫蠢^續(xù)供電，起到不間斷供電的作用。對于精密儀器設(shè)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(xù)供電，保證設(shè)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(fā)現(xiàn)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(wěn)壓、突波保護(hù)、諧波失真保護(hù)、穩(wěn)定頻率等作用，因此平臺上儀控等精密系統(tǒng)及設(shè)備的工作電源全部取至平臺大UPS負(fù)載端。鑒于UPS電源的優(yōu)點(diǎn)，火氣系統(tǒng)應(yīng)急電源應(yīng)該選用一套小型的UPS系統(tǒng)，但是這與之前備用電池組的設(shè)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(jī)，火氣系統(tǒng)供電方式也要做相應(yīng)的變更，這樣改造的缺點(diǎn)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(xiàn)有的24 VDC備用應(yīng)急電池組供電的基礎(chǔ)上做改造，通過增加部分硬件的方式實(shí)現(xiàn)供電電源一用一熱備的工作模式，即平臺UPS系統(tǒng)正常供電時，使用A路正常電源供電，應(yīng)急電池組處于熱備，電池組保持浮充狀態(tài)，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(tǒng)電源可以立即根據(jù)火氣系統(tǒng)母排電壓值判斷無擾并投入供電運(yùn)行。蓄電池充電機(jī)通常的充電電壓需要調(diào)節(jié)到27 VDC才可保障電池組正常充電，因此不能簡單的調(diào)低充電機(jī)的充電電壓，而是需要在直流電池組輸出時做調(diào)壓，保障A路的輸出電壓略高。鑒于火氣系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的需要，調(diào)壓模塊選型時要求質(zhì)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(diào)壓模塊應(yīng)具備輸出端不可逆模式，同時在直流調(diào)壓模塊與火氣系統(tǒng)直流母排間加裝單向?qū)ǘ壒堋榱朔奖愫笃趯χ绷麟姵亟M供電系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)，還需要增加安裝一套刀閘開關(guān)，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(tǒng)穩(wěn)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(diào)壓模塊，將輸出電壓調(diào)至24 VDC，低于正常母排25 VDC電壓，并將輸出端調(diào)節(jié)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(hù)刀閘開關(guān)，在電池組充放電維護(hù)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(tǒng)的正常運(yùn)行。原理簡圖如圖3所示。

圖3 原理簡圖

4 實(shí)施效果

此次改造后，該平臺火氣系統(tǒng)及生活樓火災(zāi)盤電池組供電回路可以實(shí)現(xiàn)安全正常充放電操作、檢查及維護(hù)，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(jīng)過一年的使用，一年后電池充放電檢查狀態(tài)良好，改造達(dá)到了預(yù)想的效果[5]。

5 結(jié)語

通過此次改造，保障了平臺火氣系統(tǒng)的穩(wěn)定，排除了平臺的一項較大的隱患同時，認(rèn)識到很多項目投產(chǎn)時設(shè)計的資料不一定都是合理的，只有認(rèn)真的審核設(shè)計文件，提早發(fā)現(xiàn)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(shí)施于平臺生活樓火災(zāi)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(chǎn)的項目提供參考經(jīng)驗[6]。