陳應(yīng)戰(zhàn)，譚 瞳

（1.中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，上海200135；2.啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)海洋工程有限公司，江蘇南通226200）

0 引言

FPSO，即浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置，是一型被廣泛應(yīng)用于海上油氣田開(kāi)發(fā)的浮式生產(chǎn)裝置，可以對(duì)海上開(kāi)采的石油進(jìn)行處理、儲(chǔ)存、外輸，并可以進(jìn)行動(dòng)力發(fā)電、供熱以及提供人員居住處所等。FPSO常年工作在某一特定海域，設(shè)備數(shù)量多、系統(tǒng)復(fù)雜且集成難度大，自動(dòng)化程度高，對(duì)電氣儀表（EICT）設(shè)計(jì)提出更高要求。針對(duì)如何做好電氣儀表設(shè)計(jì)工作，本文從基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)3個(gè)不同階段分別進(jìn)行了闡述[1]。

1 前期設(shè)計(jì)的規(guī)劃

在項(xiàng)目接單之初，要對(duì)FPSO的工作環(huán)境、所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行廣泛的研究，建立相關(guān)文件和最新規(guī)范規(guī)則的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，用于后續(xù)的設(shè)計(jì)工作。對(duì)電氣儀表設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，配電系統(tǒng)的容量和安全控制系統(tǒng)的架構(gòu)尤為重要。在電力分配時(shí)，一定要提前考慮ESD的設(shè)計(jì)以及UPS電源的架構(gòu)和分布，從安全儀表控制系統(tǒng)的SIL要求、IO箱的分布和系統(tǒng)的IP 等級(jí)、防爆要求、冗余要求以及容錯(cuò)備份等方面進(jìn)行分析。針對(duì)內(nèi)外通的設(shè)計(jì)，一定要把船東規(guī)格書(shū)和相關(guān)公司文件研究透，對(duì)室外設(shè)備的IP 等級(jí)和防爆要求有充足的描述和確認(rèn)，對(duì)一些重要系統(tǒng)容量和設(shè)備數(shù)量要預(yù)估好，如PAGA、CCTV、TELEPHONE、RADAR、GMDSS等系統(tǒng)。根據(jù)天線的接地工藝要求，要確認(rèn)好防雷設(shè)計(jì)和防爆要求，BARRIER填料函的選擇，這些都較大地影響到設(shè)備的價(jià)格和采購(gòu)合同的簽訂[2]。

在做圖紙清單（PPS）的時(shí)候，有些基本設(shè)計(jì)文件需要船東或者是大包電氣商提供，這些要求一定要在技術(shù)協(xié)議和與船東簽的技術(shù)合同之中得到體現(xiàn)，也就是說(shuō)工作范圍要分清，不同階段的設(shè)計(jì)人力資源策劃也要提前做好。

由于FPSO的設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的客戶定制化要求，前期規(guī)劃時(shí)一定要考慮好，對(duì)于外委設(shè)計(jì)，一定要把相關(guān)部分的規(guī)格書(shū)研究透徹，尤其是與安全控制相關(guān)的一些分析和原理設(shè)計(jì)，SYSTEM PHILOSOPHY，比如配電的ELECTRICAL OPERATION PHILOSOPHY ，燈的3D ILLUM ICATION CALCULATION，火氣布置的MAPPING STUDY，SIL/SIF 安全分析，ALARM OBJECTIVE ANALYSIS分析等。明確責(zé)任，未雨綢繆，這將會(huì)大幅降低成本；要制作詳細(xì)的追蹤文件，基于明確的設(shè)計(jì)周期來(lái)追蹤上述重要的文件。

電氣儀表（EICT）專(zhuān)業(yè)的圖紙和文件的管理，也是前期規(guī)劃的一個(gè)重點(diǎn)，這些文件包括：船東規(guī)格書(shū)、規(guī)范規(guī)則、基本設(shè)計(jì)文件、供應(yīng)商的文件、相關(guān)專(zhuān)業(yè)的上游圖紙、本專(zhuān)業(yè)圖紙及清單、TQ、PCO、MOM、圖紙會(huì)簽單和發(fā)放記錄等等。如果能編制一個(gè)詳細(xì)的圖紙管理說(shuō)明書(shū)，在管理文檔的過(guò)程中不斷地完善將是最佳解決方案。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)的策劃

FPSO 的基本設(shè)計(jì)一般不是船廠的工作范圍，而是由船東提供或者外委設(shè)計(jì)。對(duì)于船廠設(shè)計(jì)部門(mén)而言，詳細(xì)設(shè)計(jì)起到承上啟下與前后銜接的作用，是設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。做好詳細(xì)設(shè)計(jì)的細(xì)化工作，就能夠很好地反映基本設(shè)計(jì)的要求，實(shí)現(xiàn)基本設(shè)計(jì)的功能。詳細(xì)設(shè)計(jì)也是生產(chǎn)設(shè)計(jì)的輸入條件，為生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供建模圖紙，規(guī)范生產(chǎn)設(shè)計(jì)的布置和系統(tǒng)設(shè)置，提高預(yù)舾裝率，讓模塊化出圖和智能制造成為可能。詳細(xì)設(shè)計(jì)通用流程如圖1[3]。

圖1 詳細(xì)設(shè)計(jì)通用流程圖

電氣儀表（EICT）專(zhuān)業(yè)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，可以從三個(gè)子專(zhuān)業(yè)的策劃入手，分別規(guī)劃，同時(shí)考慮其中互為影響的事項(xiàng)，提供一個(gè)綜合的解決方案。

配電系統(tǒng)是FPSO設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，所占的成本也是很大的，任何原理上、容量上的錯(cuò)誤和修改，都會(huì)造成巨大的浪費(fèi)。因此，在負(fù)荷的分析和分配時(shí)，盡可能做到最優(yōu)，讓電力變壓器、主要饋電開(kāi)關(guān)的容量較為合理。配電盤(pán)的操作安全是FPSO設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，機(jī)械互鎖和電氣互鎖連動(dòng)設(shè)計(jì)通常也是船東和船檢關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。在對(duì)一些與安全相關(guān)的負(fù)載進(jìn)行分配時(shí)，如消防泵、壓載泵、等重要的消防安全系統(tǒng)，一定要滿足船級(jí)社規(guī)范、規(guī)格書(shū)以及作業(yè)海域相關(guān)國(guó)家的要求。否則，一旦后期調(diào)整，對(duì)成本的影響是巨大的。

在考慮了大負(fù)載的分配后，同時(shí)也要著重考慮HVAC和電伴熱的配電分配方案。根據(jù)FPSO的作業(yè)海域和環(huán)境溫度，總體估算HVAC和電伴熱配電盤(pán)柜的容量，同時(shí)參考同類(lèi)型FPSO的解決方案，合理分配低壓電力變壓器的負(fù)載，電伴熱系統(tǒng)布置根據(jù)管路布置圖逐個(gè)分析計(jì)算。

與常規(guī)的海工平臺(tái)不同，對(duì)FPSO而言，如何分配UPS電源，設(shè)計(jì)其容量，是安全上考慮的重點(diǎn)。最初的分配和計(jì)算十分重要，架構(gòu)上的設(shè)計(jì)一定要考慮好，分散的UPS設(shè)計(jì)現(xiàn)已取代集中的供電設(shè)計(jì)成為FPSO 和鉆井平臺(tái)USP 電源分配新的發(fā)展方向。配電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)ESD和F&G 切斷的一個(gè)主要載體，如何合理分配ESD和F&G切斷線圈，讓ESD切斷的操作在邏輯上簡(jiǎn)單可靠，是配電設(shè)計(jì)需要考慮的問(wèn)題。

儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是FPSO設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。FPSO安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有別于一般海工平臺(tái)中控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，講究系統(tǒng)原理的出處和分析計(jì)算。儀表控制系統(tǒng)是實(shí)際安全管理的重要保障，很多的分析和計(jì)算要求由專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)公司提供。船廠的詳細(xì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)一定要明確該FPSO需要做哪些重要的分析和計(jì)算，以及重要的原理設(shè)計(jì)，哪些設(shè)計(jì)工作船廠可以自己做，而哪些工作需要外委，要有明確的分工。不能一味地等靠船東，直至收到船東的要求再著手準(zhǔn)備，這樣會(huì)大大影響設(shè)計(jì)的進(jìn)程。

IO LIST 的設(shè)計(jì)是FPSO儀表系統(tǒng)中的一個(gè)重要任務(wù)，必須要由專(zhuān)人專(zhuān)項(xiàng)負(fù)責(zé)。如果能夠使用軟件管理輸入和輸出，將大幅減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和一些重復(fù)性工作。IO LIST 模板一定要和船東確認(rèn)，如何把各設(shè)備包的IO LIST 與船廠的IO LIST 綜合在一起，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者的智慧。ESD/PSD，F(xiàn)&G，HVAC等相對(duì)獨(dú)立系統(tǒng)的IO LIST 可以由負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的設(shè)繪者整理完成，將大幅減少I(mǎi)O LIST負(fù)責(zé)人的工作強(qiáng)度。

對(duì)于ESD/PSD、F&G 系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)之初相應(yīng)的原理設(shè)計(jì)就需要得到船東的認(rèn)可，相應(yīng)的安全設(shè)計(jì)的原理性文件也要得到船東和船級(jí)社的認(rèn)可。其系統(tǒng)主要的功能設(shè)計(jì)體現(xiàn)在因果圖（CAUSE&EFFECT）上，因果圖的框架和格式要與船東確認(rèn)好，避免在設(shè)計(jì)過(guò)程不斷的更改格式。針對(duì)ESD/PSD系統(tǒng)的冗余和容錯(cuò)功能設(shè)計(jì)以及故障事故時(shí)隔離功能的設(shè)計(jì)要認(rèn)真分析，通常該系統(tǒng)是SIL2的系統(tǒng)，由于某些重要設(shè)備的安全分析原因，還會(huì)出現(xiàn)SIL3的設(shè)備。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，ESD/PSD、F&G 系統(tǒng)自身的可靠性是很重要的，也是船東船級(jí)社非常關(guān)心的事項(xiàng)，所以在系統(tǒng)的冗余設(shè)備的備份上，一定要與系統(tǒng)的大包供應(yīng)商確認(rèn)好功能；相關(guān)的PID/DID/DATA SHEET在參數(shù)上的選定和功能確認(rèn)上，一定要與基本設(shè)計(jì)公司澄清好并得到船東、船級(jí)社的認(rèn)可。FPSO重要系統(tǒng)的過(guò)程檢測(cè)功能驗(yàn)證，也是ESD/PSD系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。一些重要的邏輯圖和控制原理圖，必須在ESD/PSD系統(tǒng)固化之前得到完善和固化，后期的任何修改，都要下發(fā)正式的通知單。F&G 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)FPSO對(duì)探頭和數(shù)量和位置都有很具體的要求，這樣就需要區(qū)域隔離和設(shè)備切斷的邏輯要十分清晰。

控制儀表管線的設(shè)計(jì)（TUBING DESIGN）通常采用專(zhuān)人設(shè)計(jì)，由兩位以上工程師承擔(dān)，需要全面地研究PID，DID圖，建立3D 模型，定位出圖。與管系專(zhuān)業(yè)澄清好控制儀表管線設(shè)計(jì)的界面要求，要有專(zhuān)門(mén)的界面圖紙（HOOKUP DRAW ING）和說(shuō)明，定貨時(shí)要有專(zhuān)業(yè)聯(lián)系單。

振動(dòng)監(jiān)測(cè)也是與FPSO控制相關(guān)的一個(gè)重要系統(tǒng)，在主要設(shè)備定貨時(shí)，一定要求各設(shè)備商在技術(shù)協(xié)議中明確提供接口圖和相關(guān)的信息，否則后期再提出要求實(shí)現(xiàn)起來(lái)是十分困難的。

內(nèi)外通系統(tǒng)（Telecom）也是FPSO設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，主要是因?yàn)镕PSO外部區(qū)域大都是危險(xiǎn)區(qū)。根據(jù)UKHSE 等規(guī)范要求，如果外部設(shè)備在ESD1后仍然運(yùn)行，就要滿足ZONE1的要求，這對(duì)外部設(shè)備選型影響較大。此外，各種天線、通信設(shè)備以及控制臺(tái)的合理布置，設(shè)備的冗余和電源的備份都是設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題。

3 生產(chǎn)設(shè)計(jì)的策劃

生產(chǎn)設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，要把人力策劃好，安排3人分解詳細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)備布置，3人分析電纜走向，時(shí)間約為一個(gè)月。在充分理解系統(tǒng)要求后，再開(kāi)始模型的設(shè)計(jì)。模型設(shè)計(jì)時(shí)，主干托架先行，重要的電氣房間先行，對(duì)全船的布置緊湊區(qū)域和交叉密集區(qū)域進(jìn)行專(zhuān)門(mén)分析。重要的電氣房間和區(qū)域的主干托架至少要有兩路進(jìn)出的路徑，并盡可能分開(kāi)，為UPS、中控、火氣和廣播系統(tǒng)留有分開(kāi)的通路。要對(duì)重要設(shè)備的底座進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，結(jié)構(gòu)加強(qiáng)要得到相關(guān)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)可。重要儀表要考慮安裝方向、變形余量以及防振動(dòng)的要求。

FPSO電氣儀表專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)策劃主要是針對(duì)定制化的海洋工程產(chǎn)品，鑒于各油田狀況和應(yīng)用區(qū)域海況各有不同，工程要素和適用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也各有特色。但是，海洋工程的通用性原理是相通的，設(shè)計(jì)理論和方法也是可以借鑒的。按照以上分階段策劃的方法，可以使得FPSO電氣儀表設(shè)計(jì)更加符合工程進(jìn)度計(jì)劃要求，降低設(shè)計(jì)過(guò)程中差錯(cuò)率，減少圖紙延期現(xiàn)象的發(fā)生。

通過(guò)以上的分析，我們認(rèn)為FPSO電氣儀表（EICT）的設(shè)計(jì)策劃需要分階段分專(zhuān)業(yè)的組織和規(guī)劃，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中要做好反饋和總結(jié)，不斷的糾正和更新具體的設(shè)計(jì)任務(wù)，找到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)論

本文從配電、儀電、內(nèi)外通3個(gè)子專(zhuān)業(yè)入手，針對(duì)基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)等不同設(shè)計(jì)階段的具體規(guī)范要求和設(shè)計(jì)原則，對(duì)不同階段、不同設(shè)計(jì)時(shí)期電儀設(shè)計(jì)進(jìn)行了管理和規(guī)劃。設(shè)計(jì)策劃方案可為海洋工程FPSO電氣儀表專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)提供很好的指導(dǎo)和建議，具有普遍的適用性，理論詳實(shí)，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)。