海工平臺應急關(guān)斷系統(tǒng)設(shè)計與分析

鄭志峰

（上海中遠船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

0 引言

海洋油氣平臺在作業(yè)過程中容易發(fā)生火災、可燃氣體泄漏等事故，對正常生產(chǎn)作業(yè)和人身安全造成嚴重威脅。當事故發(fā)生時，為在第一時間阻止危害繼續(xù)擴大，最大限度地保證生產(chǎn)人員和設(shè)備的安全，海工平臺需要設(shè)置相應等級的應急關(guān)斷（Emergency Shutdown，ESD）系統(tǒng)。本文對某型3級動力定位（Class 3 Dynamic Positioning，DP3）鉆井船應急關(guān)斷系統(tǒng)的特點及設(shè)計步驟進行詳細闡述，并對應急關(guān)斷系統(tǒng)的設(shè)計理念和方法進行總結(jié)和歸納。

1 關(guān)斷級別

根據(jù)事故對正常生產(chǎn)和人身安全威脅程度的不同，ESD系統(tǒng)通?？煞譃橐韵?個級別：

1）第一級——單元關(guān)斷。單個機器設(shè)備發(fā)生故障，應急關(guān)閉該設(shè)備以防損壞，但不影響其他設(shè)備和生產(chǎn)工序的持續(xù)運行。

2）第二級——生產(chǎn)工藝流程關(guān)斷。如鉆井系統(tǒng)應急關(guān)斷、油處理系統(tǒng)應急關(guān)斷。

3）第三級——火氣關(guān)斷。在火災或氣體泄漏狀態(tài)下，分區(qū)域應急關(guān)斷，可在操作人員觀察到火情后手動啟動，也可由火氣控制邏輯自動啟動。除執(zhí)行本級關(guān)斷外，火氣關(guān)斷還將引起生產(chǎn)工藝流程關(guān)斷和單元關(guān)斷。

4）第四級——棄船關(guān)斷。全平臺除不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）延時關(guān)斷外，其余設(shè)備全部關(guān)斷。由指定人員手動啟動。

每一級關(guān)斷均與低一級的關(guān)斷有聯(lián)鎖效應，即某一級別關(guān)斷能觸發(fā)本級或更低級別的關(guān)斷，但不能觸發(fā)更高級別關(guān)斷。

2 火區(qū)劃分

根據(jù)總布置圖、生活樓布置圖、危險區(qū)域劃分圖、結(jié)構(gòu)防火分隔圖和通風原理圖等對火區(qū)進行劃分，一般將功能相同或相近的相連區(qū)域劃分為同一個火區(qū)，不同火區(qū)間通過A60分隔艙室進行分隔。

在某一火區(qū)發(fā)生火災時，對該火區(qū)進行應急關(guān)斷，關(guān)閉該火區(qū)所有相關(guān)設(shè)備，但不應影響其他火區(qū)的設(shè)備繼續(xù)工作。在防止災情蔓延的同時，保證其他火區(qū)設(shè)備的正常工作，將損失降到最低。

某型DP3鉆井船可分為以下6個主要區(qū)域：

1）左部電源主區(qū)，包含左舷中低壓配電板間、左舷發(fā)電機艙、左舷泵艙、2號和5號推進器艙。

2）中間電源主區(qū)，包含中部中低壓配電板間、中部發(fā)電機艙、中部泵艙、1號和4號推進器艙。

3）右部電源主區(qū)，包含右舷中低壓配電板間、右舷發(fā)電機艙、右舷泵艙、3號和6號推進器艙。

4）鉆井主區(qū)域，包含鉆井配電板間、所有與鉆臺和鉆井架相關(guān)的服務(wù)處所。

5）生活區(qū)，即艏部生活區(qū)。

6）應急電源分區(qū)，包含應急發(fā)電機間及UPS間。

任何一個主區(qū)失火，不會影響其他主區(qū)正常工作。對于左部電源主區(qū)，左舷發(fā)電機艙、左舷泵艙、2號和5號推進器艙均是機械處所，屬于高危失火區(qū)域。當失火時，可單獨關(guān)斷而不影響左舷配電板間工作。對于生活區(qū)，廚房和洗衣房屬于高危失火區(qū)，若發(fā)生局部小范圍失火，可單獨關(guān)斷相關(guān)設(shè)備和風機風閘而不影響整個生活樓的使用。應急電源區(qū)域的工作不受其他大分區(qū)影響，只有在棄船或本地失火時進行單獨應急關(guān)斷。

3 工作模式

某型DP3鉆井船的ESD系統(tǒng)具有如下3種工作模式：

1）自動模式。若選擇自動模式，當可燃氣體濃體積分數(shù)達到25%時，自動觸發(fā)報警；當可燃氣體體積分數(shù)達到60%時，自動觸發(fā)報警并自動啟動ESD系統(tǒng)，ESD系統(tǒng)收到火氣報警信號后，會自動關(guān)斷非重要的設(shè)備或非重要場所的風機、風閘等，第一時間防止火勢快速蔓延。

2）手動模式。若選擇手動模式，ESD系統(tǒng)收到火氣報警信號后，提醒工作人員進行相應操作。

3）維護抑制模式。若選擇該模式，會讓ESD系統(tǒng)處于維修測試狀態(tài)，不會進行關(guān)斷操作。

4 因果邏輯表及I/O清單

因果邏輯表是用來整理ESD系統(tǒng)的啟動原因和處理結(jié)果的圖表。該表對安裝的每一個傳感器和應急停按鈕進行記錄，并定義ESD系統(tǒng)在收到傳感器和按鈕觸發(fā)信號后需要執(zhí)行的功能。因果邏輯表是ESD系統(tǒng)生產(chǎn)商對軟件進行編程調(diào)試的輸入條件。

I/O清單一般是可編程邏輯控制器進行編程的依據(jù)，本項目以ESD系統(tǒng)設(shè)計原理為基礎(chǔ)，結(jié)合管道及儀表流程圖、風道及儀表流程圖、因果邏輯表等，列出I/O清單。

5 設(shè)計原則

ESD系統(tǒng)是海工平臺最重要的系統(tǒng)之一，在設(shè)計時主要遵循獨立性原則和故障安全原則。

1）獨立性原則

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，ESD系統(tǒng)應完全獨立于控制系統(tǒng)和報警系統(tǒng)，即使控制系統(tǒng)或報警系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也不會妨礙ESD系統(tǒng)的運行。因此，在設(shè)計和配置ESD系統(tǒng)時，要保證ESD系統(tǒng)的檢測元件（本地傳感器）、執(zhí)行元件、邏輯運算器和相關(guān)通信接口均獨立于控制和報警系統(tǒng)。

2）故障安全原則

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，ESD系統(tǒng)的設(shè)計應遵循故障安全原則，當一個故障產(chǎn)生時，不會連帶導致其他故障出現(xiàn)。在ESD系統(tǒng)出現(xiàn)失電故障或斷線故障時，有2種關(guān)斷執(zhí)行方式：

（1）正常有電型。該執(zhí)行方式一般用于非重要系統(tǒng)的關(guān)斷。在出現(xiàn)上述故障時，直接關(guān)斷相應設(shè)備。正常有電型ESD線路不需要進行短線監(jiān)測。

（2）正常斷電型。該執(zhí)行方式一般用于非常重要的系統(tǒng)關(guān)斷，如DP推進系統(tǒng)和鉆井系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在發(fā)生火災時，ESD系統(tǒng)被觸發(fā)，輸出有源信號并關(guān)斷相應設(shè)備。在未發(fā)生事故時，ESD系統(tǒng)線路不通電。

6 結(jié)論

ESD系統(tǒng)是海工平臺最重要的系統(tǒng)之一，設(shè)計及布置合適的ESD系統(tǒng)，對減少火災、可燃氣體泄漏等事故造成的損害，保證生產(chǎn)人員和設(shè)備的安全至關(guān)重要。本文基于某型DP3鉆井船，詳細闡述了ESD系統(tǒng)的特點及設(shè)計步驟，總結(jié)歸納了ESD系統(tǒng)的設(shè)計理念和方法。