張　華

（廣船國際技術中心）

FPSO“伊利亞貝拉”電氣設計的特點

張華

（廣船國際技術中心）

簡介了FPSO“伊利亞貝拉”電氣各系統(tǒng)的特殊性，主要特點為高壓分配電，設備及生產模塊的集成控制監(jiān)測，較復雜的應急切斷系統(tǒng)等。

FPSO ICSS ESD

0　前言

我公司承接的FPSO“伊利亞貝拉”入級ABS，船東為SBM,主要用戶為巴西石油公司。FPSO采用多點系泊固定在特定的海域，非自航。FPSO作為一個海上原油的初步提煉工廠所需的電力負荷大，同時可能會出現(xiàn)危險爆炸性氣體，且在FPSO上生活和工作的人員也比較多。由于這些特性，F(xiàn)PSO的電氣系統(tǒng)的設計將具有特殊性。

1　電力系統(tǒng)技術特點

1.1電源

主電源由4臺34MW，電壓為11kV的燃氣渦輪高壓發(fā)電機組成，作為全船的主要電源。在正常情況下全船的所有負載都是通過4臺11kV發(fā)電機及相關的變壓器提供電源，在主發(fā)電機失電或生產模塊停產的情況下，考慮到機艙及生活區(qū)與生活、消防、安全相關的部分負載還需要電源，增加兩臺1200kW，450V的低壓發(fā)電機作為輔助電源提供給這部分設備供電，以便提高這部分設備供電的安全性。

應急電源由1臺1800kW，450V的應急發(fā)電機供給船上的應急負載及甲板面的應急消防泵。

由于FPSO為非自航式海上煉油工廠，需通過海底管線直接連接至鉆井口。關于電源方面，根據(jù)ABS FOI（海上裝置的安裝要求）相關規(guī)范的要求：FPSO上出現(xiàn)故障或出現(xiàn)漏油在切斷應急發(fā)電機的情況下，仍然要有備用電源能給應急狀態(tài)下需要使用的設備（例如，自動電話，廣播&警鈴，逃生用的應急照明燈具）提供至少30分鐘的供電時間[2]。因此本船額外配置了兩組UPS電源，UPS電源由兩組230V，容量為200kVA作為全船的臨時電源。

1.2電壓等級及電制

主甲板面生產模塊的主要設備功率很大（最大功率為15152kW，最小功率為460 kW），如果采用常規(guī)的低壓供電給這些設備，電流會相當大，電纜的用量會相當大，從經濟的角度考慮采用11kV的電壓等級，其他輔助設備、機艙和上建的負載由于一般功率都不大，采用450V/230V的電壓等級。另外，由于這個項目主要用戶是巴西石油公司，從安全的角度及巴西相關規(guī)范的角度考慮，生活區(qū)的正常負載要求采用400V/230V3相4線制(3P+N)的電制[1]，其他區(qū)域的設備采用常規(guī)的3相3線制。

關于電力系統(tǒng)部分框圖見圖1。

2　ICSS（集成控制和安全系統(tǒng)）技術特點

由于FPSO上有油、氣、水的處理設施，這些處理設施需要有相應的監(jiān)控裝置。如果不將這些監(jiān)測裝置采用集成控制的方式,對各個生產模塊需要單獨的監(jiān)控裝置，這樣會導致整個FPSO上需要很多專業(yè)的人員來監(jiān)控各個生產裝置，對FPSO的運營和管理及人員的安全性帶來很多不便，同時也不經濟。FPSO上所有設備的控制和監(jiān)測采用集成雙套冗余網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，所有的控制站采用人機界面的形式，這樣就大大節(jié)省了專業(yè)的生產裝置監(jiān)控人員。

圖1　電力系統(tǒng)部分框圖

ICSS所控制的系統(tǒng)包括：火災和可燃性氣體探測系統(tǒng)，生產模塊控制系統(tǒng)，生產模塊安全系統(tǒng)，高集成壓力保護系統(tǒng)，液位遙測，流量監(jiān)測，貨油系統(tǒng)和機艙區(qū)域設備的控制和監(jiān)測。具體的框圖見圖2。

圖2　ICSS系統(tǒng)框圖

3　內部通訊系統(tǒng)技術特點

3.1自動電話系統(tǒng)

由于本船為非自航性海工產品，根據(jù)ABS FOI(海上裝置的安裝要求)內部通訊方式可僅設自動電話不需考慮設置聲力電話，因此，本船內部通訊僅設置自動電話。這樣自動電話就作為這個項目的主要內部通訊方式，根據(jù)ABS FOI的要求，由于在主要設備和通風設備切斷后,自動電話作為FPSO上的主要通訊方式還需要繼續(xù)給相關的人員提供通訊，所有機艙、室外及生活區(qū)中在通風設備切斷后，可能會有危險氣體進入的區(qū)域需采用防爆的電話，防爆等級需滿足ZONE2的防爆等級要求[2]。

3.2廣播及通用報警系統(tǒng)

廣播作為與安全相關的裝置其冗余度要求相對較高。本項目廣播及通用報警系統(tǒng)采用雙系統(tǒng)的冗余方式，即由A路和B路廣播組成，在噪音比較大的地方采用A路和B路閃光燈作為補充，主控制單元由兩個A路和B路控制單元分別控制相關的A路和B路廣播及閃光燈，A路和B路控制單元分別安裝在不同的控制箱內且布置在不同的區(qū)域，最大程度地提高了此系統(tǒng)的可靠性。另外，根據(jù)ABS FOI的要求，同樣也需要在機艙、室外及生活區(qū)中在通風設備切斷后，可能會有危險氣體進入的區(qū)域采用防爆類型的廣播，防爆等級需滿足ZONE2的防爆等級要求[2]。廣播及通用報警框圖見圖3。

圖3　廣播及通用報警的框圖

FPSO對于安全方面的要求比較高，自動電話、廣播及通用報警的系統(tǒng)設計及產品選型上與其它船舶產品有比較大的差異，其它內部通訊系統(tǒng)及火災探測系統(tǒng)與常規(guī)船類似。

4　可燃氣體探測技術特點

FPSO作為油氣處理裝置，會存在可燃性氣體，為了防止在ESD（應急切斷系統(tǒng)）切斷相關的風機后導致可燃氣體泄漏至安全區(qū)域，需配置可燃氣體探測和報警系統(tǒng)。布置的位置也需要根據(jù)這一特性來布置，本船可燃氣體探頭的具體布置位置如下：危險區(qū)域ZONE1和ZONE2區(qū)；危險區(qū)域的通風出口，油漆間除外；貨油泵艙及其進氣口；HVAC（加熱，通風和空調裝置）進氣口；機艙進氣口；廚房進氣口；泡沫泵間進氣口；消防泵間進氣口；應急發(fā)電機室進氣口；蓄電池間排氣口；助燃空氣進口；空壓機進氣口；高壓變壓器間；渦輪增壓器及冷卻空氣進氣口。

5　ESD系統(tǒng)技術特點

FPSO作為處理原油的海上裝置，為了防止非正常操作導致重大的危險事件或危險事件蔓延，需設置相對復雜的ESD系統(tǒng)。ESD分四個部分的應急切斷,即PSD切斷生產模塊處理裝置、海底管線接口及卸油裝置, ESD2切斷風機和油泵，ESD1切斷主發(fā)電機及所有非防爆設備(其中包括無線電設備的天線和傳感器等)，APS切斷應急發(fā)電機。本船應急切斷的邏輯及框圖見圖4。

圖4　ESD系統(tǒng)應急切斷框圖

ESD切斷按鈕應布置在出現(xiàn)危險的情況下容易到達的位置，本船ESD切斷按鈕的布置位置為：中央控制室（ESD1/ESD2/PSD）;集控室和A甲板的左右舷出口（ESD2）；直升機甲板左右入口（APS/ESD1/ESD2）; A甲板左右集合區(qū)/救生艇登乘站（APS/ESD1/ESD2）;上部模塊區(qū)域各個生產模塊的出入口及上部模塊區(qū)域進入生活區(qū)的入口（PSD）。

6　特殊設備的防爆要求[2]

由于FPSO的特殊性，危險氣體可能會擴散至相關規(guī)范規(guī)定的危險區(qū)域以外的區(qū)域，在APS切斷后（即應急發(fā)電機切斷后）仍然有部分設備能保持正常操作以供人員安全逃生用。在危險氣體可能會擴散的這些區(qū)域以下設備要求為防爆設備，防爆等級需適應危險區(qū)域ZONE2的要求。

在FPSO上可燃氣體探測器探測到有易燃氣體的情況下，所有逃生用的應急燈；總用報警鈴；廣播；自動電話；火災和氣體。

無線電通訊設備，由于目前生產廠家一般無法提供防爆的無線電天線設施，可采用應急切斷系統(tǒng)切斷無線電的使用，防止由于無線電天線的電磁輻射引起的可燃氣體的爆炸。

在ESD切斷后，所有安裝在室外仍需要操作的設備，防爆等級至少需適應危險區(qū)域ZONE2的要求。

7　導航及無線電系統(tǒng)技術特點

FPSO為非自航性海工產品，航行設備的配置相對比較簡單。配置一臺X波段雷達，一個電羅經，一套自動識別系統(tǒng)及滿足避碰規(guī)則中與其特性相關的避碰要求的航行燈和信號燈，不需配置測深儀與計程儀等與航行相關的導航設備。

無線電系統(tǒng)的配置除了滿足常規(guī)的A1，A2，A3海域中SOLAS中要求的配置要求外，還多配置了一套滿足A1，A2，A3海域的無線電設備作為應急使用，并另外提供衛(wèi)星通訊及超高頻電話給FPSO上船員操作與維修船上的設備。由于本船設有直升機甲板，配置了航空用甚高頻電話及歸航信標輔助直升機導航。

8　照明系統(tǒng)技術特點[3]

照明系統(tǒng)相對于普通船舶也有其特殊的要求。FPSO生活區(qū)可容納140人，工作和生活的人員相對普通船舶較多且居住時間長，為了提高人員的居住舒適度，照度需滿足ABS HAB(海上裝置船員舒適度的要求)。應急照明部分相對于普通船舶需增設臨時應急照明及與安全相關的應急逃生指示燈。

9　FPSO上獨特的系統(tǒng)

9.1氣象系統(tǒng)

為了協(xié)助直升機的飛行，F(xiàn)PSO上配置了一套氣象站系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動完成天氣狀況的測量，此套系統(tǒng)滿足聯(lián)邦航空局/世界氣象組織的相關規(guī)則的要求。

此系統(tǒng)包括空氣溫度/濕度傳感器、空氣壓力傳感器、風速和風向傳感器、直升機運動監(jiān)控系統(tǒng)、云高測量系統(tǒng)、能見度測量系統(tǒng)、海水波高和流向測量系統(tǒng)、遙控顯示器等。此系統(tǒng)安裝在室外的傳感器的防爆等級需滿足ZONE2的要求。氣象系統(tǒng)的框圖見圖5。

9.2與穿梭油輪卸載監(jiān)控系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要用于監(jiān)控FPSO與穿梭油輪之間的輸油情況，以防止出現(xiàn)泄漏油的情況。通常FPSO與穿梭油輪之間的卸油是通過纜繩和輸油軟管來物理連接，在此過程中需要保證輸油軟管始終處于松弛的狀態(tài)，這樣就要求配備相關的監(jiān)控及通訊系統(tǒng)，用于監(jiān)控兩者之間的連接狀況及保持兩者之間的通訊。此系統(tǒng)由FPSO及穿梭油輪上兩部分設備組成，主要包括超高頻無線電，監(jiān)控設備和可編程處理器等。系統(tǒng)的框圖見圖6。

圖5　氣象系統(tǒng)框圖

圖6　卸載監(jiān)控系統(tǒng)框圖

10　結束語

本文是以我司完工的“伊利亞貝拉”號為載體對FPSO電氣系統(tǒng)與常規(guī)船相比的一些特殊點進行總體描述，所介紹的系統(tǒng)符合常規(guī)FPSO的設計特性，可為后續(xù)類似的海工產品的生產和設計提供參考。

[1]NR-10brazilian rule REGULATORY NORM NO.10 . SAFETY IN ELECTRICAL INSTALLATIONS AND SERVICES;

[2]ABS facilities on offshore installations

[3]ABS guide for crew habitability on offshore installations

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.01.003

張華（1981--），女，工程師，船舶電氣設計。

（2014-8-18）