基于SHELL DEP標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)助航系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

蔡連博，張偉娜，黃 波，董明遠(yuǎn)，蔣志鵬

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300459）

0 引言

隨著國內(nèi)在海洋石油工程領(lǐng)域技術(shù)水平的提高以及走向國際化步伐的加快，對于國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的掌握和應(yīng)用能力有了更高的要求。其中殼牌石油公司（SHELL）的DEP標(biāo)準(zhǔn)是國際海洋石油工程領(lǐng)域的重要標(biāo)準(zhǔn)，尤其在占據(jù)石油和天然氣儲量巨大占比的中東地區(qū)廣泛應(yīng)用，中東海洋石油平臺多采用殼牌石油公司（SHELL）的DEP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。全面系統(tǒng)地掌握該標(biāo)準(zhǔn)是開拓海外市場的重要前提，其中導(dǎo)助航系統(tǒng)的技術(shù)要求和特點(diǎn)與國內(nèi)慣用的海洋石油平臺設(shè)計(jì)方案差異尤為明顯。

本文系統(tǒng)地介紹了DEP標(biāo)準(zhǔn)對于導(dǎo)助航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，并以國內(nèi)首次采用DEP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的某中東海上無人天然氣平臺項(xiàng)目為實(shí)例，闡述該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，為后續(xù)以SHELL DEP標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的導(dǎo)助航系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 導(dǎo)助航系統(tǒng)

海洋石油平臺的導(dǎo)助航系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成：①航海導(dǎo)助航系統(tǒng)，主要包括霧笛、主副航海標(biāo)識燈、輔助航海標(biāo)識燈、雷達(dá)信標(biāo)；②直升機(jī)燈光導(dǎo)助航系統(tǒng)，主要包括平臺狀態(tài)燈、障礙燈、直升機(jī)甲板邊界燈、泛光燈、圓形標(biāo)識燈、H形標(biāo)識燈以及風(fēng)袋燈等；③電源和導(dǎo)助航控制系統(tǒng)，主要包括充電機(jī)、電池組以及導(dǎo)助航集中控制盤[2]。本文將系統(tǒng)地闡述3部分系統(tǒng)的DEP標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，并結(jié)合某中東海上無人天然氣平臺項(xiàng)目介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

2 航海導(dǎo)助航系統(tǒng)

航海導(dǎo)助航系統(tǒng)由視覺導(dǎo)助航設(shè)備和聽覺導(dǎo)助航設(shè)備兩部分構(gòu)成，為在平臺附近航行的船舶、移動(dòng)平臺等提供聲光警示信號。

2.1 視覺導(dǎo)助航設(shè)備

根據(jù)《海上固定平臺安全規(guī)則》對航海標(biāo)識燈的要求，助航標(biāo)識燈的結(jié)構(gòu)和安裝位置應(yīng)保證從任何方向駛近平臺的船舶至少能看見一盞燈。國內(nèi)平臺的設(shè)計(jì)通常依此設(shè)置4～5盞航海標(biāo)識燈，布置于平臺四角及棧橋中央，標(biāo)識平臺的外形輪廓[3]。

而SHELL DEP標(biāo)準(zhǔn)對航海標(biāo)識燈做了更為細(xì)致的功能劃分和更高的可靠性要求。視覺導(dǎo)助航設(shè)備包括：主航海標(biāo)識燈、副航海標(biāo)識燈和輔助航海標(biāo)識燈。主、副航海標(biāo)識燈的結(jié)構(gòu)和安裝位置應(yīng)保證從任何方向駛近平臺的船舶至少能看見一盞燈，燈的數(shù)量取決于平臺的形狀和尺寸，燈的顏色應(yīng)為白色。主燈與副燈應(yīng)位于同一位置，可安裝在一個(gè)燈體結(jié)構(gòu)內(nèi)，當(dāng)主燈失效時(shí)，副燈應(yīng)能自動(dòng)點(diǎn)亮繼續(xù)工作。輔助航海標(biāo)識燈用于標(biāo)示出主、副航海標(biāo)識燈沒有標(biāo)記的平臺結(jié)構(gòu)末端，與主、副航海標(biāo)識燈共同指示平臺結(jié)構(gòu)的外輪廓，燈的顏色應(yīng)為紅色。各航海標(biāo)識燈均受控于導(dǎo)助航控制盤。

圖2 邊界燈和狀態(tài)燈布置圖Fig.2 Layout of boundary lights and status lights

背景項(xiàng)目平臺外輪廓為長方形，在平臺東北角和西南角分別設(shè)置兩盞主、副航海標(biāo)識燈，主燈與副燈垂直羅列布置于同一燈體結(jié)構(gòu)。平臺東南角和西北角分別設(shè)置輔助航海標(biāo)識燈，如圖1所示。

圖1 視覺導(dǎo)助航設(shè)備布置圖Fig.1 Layout of visual navigation aids

2.2 聽覺導(dǎo)助航設(shè)備

聽覺導(dǎo)助航設(shè)備包括主霧笛和副霧笛。主霧笛與副霧笛應(yīng)位于同一位置，可安裝在同一個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)。霧笛音響節(jié)奏應(yīng)為莫爾斯信號“U”（· · ―），最大周期為30s。主燈聽程為任何方向2n mile，并在能見度不足2n mile時(shí)啟用。副霧笛聽程為0.5n mile，并在主霧笛失效時(shí)自動(dòng)啟用。背景項(xiàng)目平臺主、副霧笛采用一體式結(jié)構(gòu)，布置于平臺底甲板南側(cè)。主、副霧笛的電源來自導(dǎo)航控制盤，并受控于導(dǎo)航控制盤。平臺配置霧探傳感器，將信號傳輸至導(dǎo)航控制盤，實(shí)現(xiàn)對霧笛的自動(dòng)控制。

3 直升機(jī)甲板燈光導(dǎo)助航系統(tǒng)

直升機(jī)甲板燈光導(dǎo)助航系統(tǒng)主要由直升機(jī)甲板邊界燈、平臺狀態(tài)燈、著陸標(biāo)識燈、風(fēng)袋燈和航空障礙燈組成，為直升機(jī)夜間的抵近航行和起降操作提供燈光輔助信號。

3.1 邊界燈和狀態(tài)燈

直升機(jī)甲板邊界燈安裝于直升機(jī)甲板邊緣，用于顯示直升機(jī)甲板外沿輪廓。燈與燈之間距離不超過3m，每盞燈的高度不超過250mm，燈光顏色應(yīng)為綠色。

圖3 泛光燈布置圖Fig.3 Layout of floodlights

直升機(jī)甲板狀態(tài)燈用于指示直升機(jī)甲板狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生對直升機(jī)或其駕乘人員安全威脅時(shí)發(fā)出紅色告警燈光信號。直升機(jī)甲板狀態(tài)燈系統(tǒng)應(yīng)配備至少2盞狀態(tài)燈，其布置應(yīng)保證至少一盞能夠被抵近的直升機(jī)駕駛員從任何方位角度所看到。狀態(tài)燈的高度不應(yīng)高于甲板表面250mm。

狀態(tài)燈的告警燈光信號可手動(dòng)或自動(dòng)控制。導(dǎo)助航控制盤接收來自平臺火氣系統(tǒng)的信號，當(dāng)平臺發(fā)生可燃?xì)怏w及H2S氣體報(bào)警時(shí)，自動(dòng)向?qū)е较到y(tǒng)發(fā)送信號，觸發(fā)狀態(tài)燈的閃爍，告知直升機(jī)駕駛員“不可著陸”或“離開著陸區(qū)”。

3.2 著陸點(diǎn)標(biāo)識燈

為了輔助直升機(jī)完成最后靠近、懸停和著陸的視覺任務(wù)，直升機(jī)甲板須提供足夠的視覺引導(dǎo)，國內(nèi)通常通過泛光燈實(shí)現(xiàn)這種視覺引導(dǎo)。然而，這類系統(tǒng)會在直升機(jī)靠近過程中降低直升機(jī)甲板邊界燈的醒目性，并在懸停和著陸過程中造成眩光和飛行員夜視喪失等不利影響。此外，泛光照明系統(tǒng)通常無法為著陸區(qū)中心提供足夠的照明，將導(dǎo)致所謂的“黑洞錯(cuò)覺”。

SHELL DEP標(biāo)準(zhǔn)采用圓形和H形著陸點(diǎn)標(biāo)識燈，用于夜間對直升機(jī)降落區(qū)域內(nèi)著陸點(diǎn)的標(biāo)識，為飛行員指引著陸位置。它包括帶有燈光的圓圈和直升機(jī)場標(biāo)識“H”標(biāo)記。這類系統(tǒng)可為飛行員在靠近前提供有效的視覺提示，且避免了泛光燈系統(tǒng)中如眩光、中心照度不足等缺點(diǎn)。

3.3 障礙燈和風(fēng)袋燈

平臺應(yīng)在最高點(diǎn)設(shè)置全方向低光強(qiáng)紅色定光障礙燈，以避免障礙物對直升機(jī)飛行安全構(gòu)成威脅。障礙燈的光強(qiáng)應(yīng)滿足在0°～15°角內(nèi)至少為50cd，在5°～8°角內(nèi)至少為200cd。在其它高于直升機(jī)甲板15m的結(jié)構(gòu)或設(shè)備上也應(yīng)設(shè)置障礙燈，光強(qiáng)不低于10cd。

圖4 圓形和H形著陸點(diǎn)標(biāo)識燈布置圖Fig.4 Layout of circular and H-shaped landing point marking lights

平臺應(yīng)設(shè)置風(fēng)袋燈，用于指示風(fēng)向，光源應(yīng)為白色且內(nèi)置于風(fēng)袋，而不應(yīng)使用外部泛光燈照射的形式。

4 導(dǎo)助航系統(tǒng)電源和控制

系統(tǒng)電源由整流單元、直流母線、逆變單元和電池組構(gòu)成不間斷電源系統(tǒng)（UPS），所有的燈光和聲響信號裝置由導(dǎo)助航集中控制盤直接供電。逆變單元、電流監(jiān)測裝置、航海導(dǎo)助航系統(tǒng)編碼器、絕緣監(jiān)測裝置、通訊裝置等，均安裝于導(dǎo)助航集中控制盤內(nèi)。

圖6 直升機(jī)甲板燈光系統(tǒng)控制原理圖Fig.6 Control principle diagram of the helideck lighting system

4.1 航海導(dǎo)助航系統(tǒng)的電源和控制設(shè)計(jì)

主航海標(biāo)識燈光由平臺交流系統(tǒng)經(jīng)導(dǎo)助航集中控制盤控制器供電，無需電池組提供后備電源。副航海標(biāo)識燈、輔助航海標(biāo)識燈和主副霧笛由系統(tǒng)UPS供電，在失去主電源后，電池組提供自持時(shí)間為96h的后備電源。逆變單元和“U”碼編碼器均采用主備冗余設(shè)計(jì)。系統(tǒng)配備電流監(jiān)測裝置，對主副航海標(biāo)識燈和主霧笛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并實(shí)現(xiàn)主副航海標(biāo)識燈和主副霧笛的自動(dòng)切換。背景項(xiàng)目中共設(shè)置6個(gè)控制器，實(shí)現(xiàn)航海標(biāo)識燈的冗余供電和“U”碼控制，如圖5所示。其中，控制器k100為兩盞主航海標(biāo)識燈提供經(jīng)編碼控制通斷的交流電源。控制器k70、k80/85和k90/95均集成逆變單元和編碼器，分別為副航海標(biāo)識燈、輔助航海標(biāo)識燈、主副霧笛提供經(jīng)編碼控制通斷的UPS電源。平臺設(shè)置光探頭和霧探頭，以實(shí)現(xiàn)航海標(biāo)識燈和霧笛的自動(dòng)啟停控制。

圖5 航海導(dǎo)助航系統(tǒng)控制原理圖Fig.5 Control principle diagram of navigation aid system

4.2 直升機(jī)甲板燈光導(dǎo)助航系統(tǒng)的電源和控制

直升機(jī)甲板燈光導(dǎo)助航系統(tǒng)的甲板邊界燈、狀態(tài)燈、著陸標(biāo)識燈和風(fēng)袋燈、航空障礙燈均需由系統(tǒng)直流供電，背景項(xiàng)目平臺為無人平臺，在失去主電源后，電池組將提供自持時(shí)間為24h的后備電源。各甲板燈回路均由電流監(jiān)測裝置進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，在出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)被探測并發(fā)出報(bào)警。甲板燈可通過平臺DCS系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)遠(yuǎn)程啟用，狀態(tài)燈可由平臺火氣系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)告警。

5 結(jié)束語

海洋石油平臺導(dǎo)助航系統(tǒng)是保證平臺安全、直升機(jī)航行和起降安全，及周邊船舶和移動(dòng)裝置安全的重要系統(tǒng)。SHELL DEP標(biāo)準(zhǔn)對導(dǎo)助航系統(tǒng)提出了較高的安全性和可靠性要求，是海洋工程項(xiàng)目的重要參考規(guī)范。本文以某中東項(xiàng)目為實(shí)例，系統(tǒng)介紹了導(dǎo)助航系統(tǒng)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，為基于SHELL DEP標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)助航系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。