降低平臺火災手動報警站誤報率的措施

王士猛(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000)

1 火災手動報警站的背景

1.1 火災手動報警站設施系統簡介

火氣探測系統應用的目的是發現設施早期危險狀況及潛在危險因素，通過F&G系統邏輯判斷處理來實現一系列的防護措施，如：聲光報警，緊急關斷，消防火災等，使之迅速切斷危險源，使整個設施在實時監控下處于正常安全生產狀態[1]。

火氣探測系統為全自動、實時監控系統，從探測到消防等安全措施的實現完全自動化，另具有與ESD和DCS的通訊功能，以便完成全平臺狀態監視和關斷任務，在F&G操作站上，顯示全平臺火災、可燃氣及系統詳細情況。同時在現場及中控室有手動按鈕，可以使操作人員在自動系統未動作或緊急情況下，實現系統功能。

為了準確探測確實存在的危險因素，避免由于探測器誤動作而造成不必要的停產及人員恐慌，系統部分區域采用表決邏輯判斷是否要自動關斷生產設施或啟動消防系統，提高了系統可靠性，此外，FGS還能完成對系統本身、現場火氣探測/報警設備、報警和消防系統的定期測試[2]。

文章介紹的火災手動報警站就是火氣探測系統的輸入設備之一，如果設施現場作業人員發現出現火情時，確認火災后即可立即按下手動報警站上的有機玻璃片，手動報警站就可以向中央控制室發出火災報警信號，中控的火氣系統接收到報警信號后，即可做出相應的邏輯反應和報警提示。

1.2 火災手動報警站設備簡介及存在的問題

手動報警站按其結構的不同有兩種使用方法[3]：

(1)一種是由小錘擊碎手動按鈕上的玻璃，按鈕自動彈出接通其常閉觸點，發出報警信號，復位需要安裝新的玻璃壓住按鈕，切斷電路。

(2)另一種只需直接按下按鈕即可報警，復位時啟動內部開關按鈕自動彈出或手動用吸盤吸出，即可完成復位。

手動火災報警站的復位一般有三種形式：吸盤復位型、鑰匙復位和更換玻璃進行復位。

(3)吸盤復位型，此類型手報是采用塑料制成的按片，可以用專用的吸盤進行復位。

(4)鑰匙復位，此類型手動火災報警按紐是采用專用鑰匙進行復位的，在手報報警按鈕上有一個鑰匙孔，這就是用來進行復位的。

(5)更換玻璃進行復位，這種手動火災報警按紐國外進口的產品用的較多，直接更換玻璃就可以了。

本文所舉案例設施使用的手動報警站即為第二種形式的報警方式，鑰匙復位。

根據《火災自動報警系統施工及驗收規范》[4]要求，每個防火分區最少安裝一個手動報警按鈕，從一個防火分區內的任何位置到最鄰近的一個手動報警按鈕的距離，不應大于30 m。手動火災報警按鈕宜設置在公共活動場所的出入口處或在明顯位置和便于操作部位。當安裝在墻上時，其底邊距地高度宜為1.3～1.5 m，且應有明顯的標志。

因為規范要求，所以一般手動報警站都處于鉆井平臺的舷邊和樓梯拐角等易于發現和方便操作的位置，而這些位置基本都是處于無風雨遮擋，受潮氣及雨水影響較大，一旦潮氣雨水進入手動報警站內部，就會造成內部元件短路誤報警而產生誤關斷現象，前期就曾出現過類似的手動報警站誤報警事件，后期檢查維保時發現，迎風側手動報警站多處出現不同程度的進水情況。據調查統計，南海東部某油田每年都有因手動報警站誤報導致的生產關停事件，平臺發生一次生產關停間接經濟損失約為20～40萬元左右，南海東部油田7個作業區，每年減少一次意外關停，整個南海東部油田可以減少200萬元左右的經濟損失。因此，深入研究如何降低手動報警站的誤報率具有非常高的經濟價值和推廣意義，同時也為保障國家能源安全，響應習近平總書記能源的飯碗必須端在自己的手上要求作出積極貢獻。

1.3 火災手動報警站故障影響

(1)一旦發生火災手動報警站進水，內部元件短路情況，則有極大可能觸發手動報警站誤報警，產生邏輯連鎖，致使平臺生產關停。

(2)在鉆井期間，如果發生火災誤報警關停，有可能會使鉆井模塊水電供應不及時，造成卡鉆等更為嚴重的后果。

(3)每次發生生產關停，會造成原油產量損失約700桶/次，對于平臺的產量任務完成會造成很大的影響。

(4)如果平臺發生火災誤報警關停，平臺運行的大功率設備瞬間停機，極有可能造成電網波動，進而影響油輪發電機產生一系列的連鎖反應，甚至可能造成整個油田停產。

2 火災手動報警站運行現狀

目前，該平臺共有同型號火災手動報警站59個，處于舷邊、樓梯拐角等位置受風雨影響較大的手動報警站個數為48個，占比81.4%，長此以往，設備外殼密封性降低以后，進水的可能性將大大提高，極易出現誤報警的情況。

為此，該平臺為防患于未然，對全平臺手動報警站進行詳細全面的檢查，將所有手動報警站進行拆解檢查密封性能，具體情況如下：

手動報警站位于25 M甲板左舷船艉樓梯拐角處，附近沒有擋雨罩類似的防水措施或裝置，現場檢查手動報警站四周防水硅膠狀態良好，未發現明顯破損或者可以進水點。

打開蓋子檢查內部情況，發現手動報警站內部有大量積水流出，上方元件處有大量水珠凝聚。進而對全平臺手動報警站進行檢查，詳細情況如下：

(1)夾層檢查3處，2處迎風面均發現有進水現象，1處背風面沒有進水跡象；例：MFS_120701密封防水情況良好，內部四周無進水痕跡，但是玻璃片連桿內部凹槽部分有積水存在。

(2)中層甲板檢查11處，2處迎風面均發現進水，5處背風面無進水跡象；MFS_120101密封防水情況良好，內部四周無進水痕跡，開蓋后內部有明顯積水，上方元件有冷凝水和干涸的水漬。

(3)對剩余其它各手動報警站進行全面排查，均無進水痕跡。

3 手動報警站誤報原因

3.1 密封失效原因

對進水點進行分析，該手動報警站進水點只有三處，第一處為四周密封條進水，第二處為下方格蘭頭進水，第三處為玻璃片上方聯動機構處進水。逐一分析如下：現場檢查沒有發現四周密封條有進水痕跡，其O圈密封槽無任何水跡，且周邊四個安裝螺栓無銹蝕痕跡，下方潮濕為開蓋時內部積水流出所致，所以基本可以排除由四周進水這一原因。

現場拆解手動報警站檢查，拆除格蘭頭及熱縮套時發現格蘭內部密封件齊備，無明顯進水痕跡。且根據現場排查其他手動報警站情況來看，有進水情況的手動報警站都在迎風無遮擋處，如格蘭密封問題，同樣工況條件下，背風面處也應情況類似。

將設備折解以及現場檢查推斷，玻璃片聯動機構處密封問題的可能性較大，拆解發現連桿密封元件內部有進水痕跡，此處密封O圈槽水跡明顯，故斷定為此處進水，設備存在設計缺陷。

3.2 手動報警站報警邏輯原因

現場實際接線圖與內部電路圖如圖1所示。

圖1 手動報警站內部接線圖及等效電路圖

手動報警站報警邏輯如下：

(1)中控去現場的24 V電源線接1和5端子；

(2)現場有2組觸點開關；

(3) R1電阻為2 kΩ，R2電阻為6.7 kΩ；

(4) 2/3和4/5端子均短接相連；

(5)正常工作時電阻為6.7 kΩ，工作電流3.58 mA，報警時電阻為1.54 kΩ，報警電流為15.58 mA。

手動報警站內部等效電路圖見上圖，正常時電路(綠色)，報警時紅色回路接入：

正常時接入的回路為1-6，回路電阻為R2，回路電流I=24 V/6.7 kΩ=3.58 mA；

報警時接入的回路為1-4/5，回路電阻為R1和R2并聯電阻，即R=R1XR2/(R1+R2)=1.54 kΩ，回路電流I=24 V/1.54 kΩ=15.58 mA。

中控系統I/O卡件通過現場手動報警站反饋的電流值傳到中控后，串接卡件內部的監測電阻得到對應的檢測電壓，中控卡件報警電壓區間如圖2所示。

圖2 中控卡件報警電壓區間

檢測電壓分為5個報警區間，其中綠色為正常電壓區間，紅色為報警電壓區間，其余為故障電壓區間，電壓如下：

正常電壓區間：5.589～13.494 V；

報警電壓區間：13.993～23.993 V；

以上分析可知回路在報警狀態時回路電阻會變小，電流會增大，進而卡件檢測電壓增大產生報警。如果發生手動報警站進水的情況，極有可能會造成回路中元件短路，產生與報警時同樣的回路電流增大現象，一旦電流達到報警值，就會觸發誤報警，造成生產關斷。

4 手動報警站誤報的解決對策

4.1 優化報警邏輯

與工程師溝通，將卡件內邏輯報警狀態與正常狀態對調，回路電流增大時為正常狀態，回路電流減小時為報警狀態，這樣即使手動報警站進水造成短路，電流增大也只會造成故障報警而不會導致觸發關停邏輯，就可以從根本有效減小手動報警站設備因進水而導致關停的風險，減少設施的非計劃關停率，具體整改方案如下：

中控邏輯塊更改為DIOFF觸發塊，即當檢測到現場電流減小，卡件內電阻檢測電壓變小時觸發關停邏輯。

現場電源線需更改連接到1和6號端子，然后R2電阻也需接入1和6端子。回路等效圖如圖3所示。

圖3 等效電路圖

這樣回路正常狀態時，R1,R2并聯接入回路，回路電流I=24 V/1.54 kΩ=15.58 mA；

報警狀態時，R2單獨接入回路，回路電流I=24 V/6.7 kΩ=3.58 mA。

這樣即使進水是電阻短路也只會使回路電流增加，進入故障狀態，也不會觸發低電流報警狀態。

4.2 增加保護罩

現場檢查手動報警站四周防水硅膠狀態良好，沒有擋雨罩類似的防水裝置，雨水通過手動報警站玻璃片進入內部引發故障，儀表部門現場測量，制作出手動報警站保護罩，為方便雨水順利排出，在保護罩底部預留40 mm(下圖中底面黑色虛線部分)的排水槽。

保護罩外形尺寸為：200 mm×200 mm×200 mm，體積：0.008 m3。

手動報警站尺寸為：120 mm×130 mm×70 mm，體積：0.001092 m3。

保護罩體積約為手動報警站體積的7.3倍。

手動報警站的等效安裝圖如圖4所示。

圖4 保護罩和手動報警站尺寸圖雨水進入手動報警站角度圖

手動報警站正面距離保護罩正面(即為下圖中的三角形b邊)為(20-7)=13 cm；

手動報警站底部距離保護罩底部為(20-13)/2=3.5 cm，能起到保護作用的高度(即為下圖中三角形的a邊)=(20-3.5)cm=16.5 cm；

根據勾股定理計算出斜邊：c=21.006 cm。

計算出三角形的三個角度如下：∠a=51.77°，∠b=38.23°，∠c=90°。

因此，保護罩在雨水角度小于38.23 ℃的角度下能保證手動報警站不直接接觸雨水。

4.3 與廠家溝通手動報警站設計問題

將現場對進水點的分析與廠家溝通，廠家與美國工程師反饋現場問題后，經工程師核實，確認設計上存在缺陷，并承諾將現場手動報警站統一升級更換最新型號，消除隱患。

4.4 內部存放干燥劑

由于手動報警站內部空間有限，故需要自制小包干燥劑，已達到使手動報警站內部冷凝水被充分吸收，不會再凝聚成水滴，造成元件短路。

5 手動報警站改造效果及總結

改造之后維修人員對手動報警站使用狀態進行了長達2年的檢查維保，沒有發現內部進水情況，也沒有誤報的情況發生。

改造成本：(1)制作防雨罩費用：59×200.00 元=1.18 萬元；(2)安裝改造人工費用：2人×6天×1200元=14400元。

改造之后，手動報警站運行穩定，無進水，無誤報的情況發生。對生產平穩運行起到重要作用。

取得效益：

(1)確認手動報警站設計缺陷，促使美國廠家優化改進手動報警站設計。

(2)由于該設計缺陷的發現，廠家答復更換兩個新平臺的同型號手動報警站，粗略估計節省備件更換費約：4238元/個×83個(兩個設施)=35.1754萬元。

(3)現場成功通過自己設計安裝保護罩、內部放改造的小包干燥劑、優化PM等措施成功解決此隱患，節省每次若因此隱患導致關停造成的原油產量損失，為本平臺乃至分公司設施的安全生產作出很大的貢獻。

(4)問題的發現和處理對于廠家的技術提升以及公司同型號手動報警站產品替換提供了現場實際經驗依據。