安全监测与检测

1、目录基于FPSO的火灾探头的布置30 引言31 FPSO危险区域划分41.1 FPSO结构组成41.2危险区域的划分51.3 划分FPSO危险区域72 HAZID方法对FPSO灾害识别72.1 HAZID方法72.2 对FPSO进行灾害识别103 火灾探测器在FPSO的布置113.1 火灾探测器简介113.2 在FPSO布置火灾探测器144 结论17参考文献：18基于FPSO的火灾探头的布置摘要：火灾探测系统是FPS0安全系统的重要组成部分。本文首先对FPS0的基本结构做了概述，并进行了危险区域的划分；然后用HAZID方法对FPSO的危险区域进行灾害识别；最后在FPSO的危险区域布置了火灾探测

2、器，并且具体计算了每个危险区域需要火灾探测器的数量。关键字：FPSO；火灾探测；HAZID。0 引言随着全球经济的高速发展，能源的需求量逐渐增大，石油的价格也一直处在一个较高的水平上，这种经济现状强有力地推动了海上石油工业的发展。许多新的大型海上油田不断被发现，FPSO（浮式生产储油船）由于其集生产、储油、卸油为一体的优势，成为了快速、经济、有效地开发海上油田不可替代的开发装置。FPSO(Floating Production Storage and Offloading)统称为浮式生产储卸油装置，一般在国内简称为浮式生产储油船。FPSO的特点：投资省、建造周期短、迁移方便、可重复使用。FPS

3、O技术是世界海上石油开发的创新技术，近年来已成为世界海洋石油开发的主流方式。FPSO作为一种原油处理装置，在整个生产、储油和卸油的过程中会伴有大量的碳氢气体产生，如果没有一套可靠的火灾探测系统作为安全保障，一旦由于火灾或可燃气体泄漏而引起爆炸事故的发生，后果将不堪设想。所以可靠安全的火灾探测系统在浮式生产储油船上的应用就显得尤为重要。该系统作为FPSO安全系统设计的一个重要组成部分，对保障FPSO的人员安全和最大限度地减少事故所引起的经济损失，起到决定性的作用1。本文以火灾探测器在FPSO的布置为主要研究内容，首先会对FPSO进行危险区域划分，然后应用HAZID方法对FPSO进行灾害识别，最后

4、分析出火灾探测器在FPSO的几何覆盖面，并且希望探讨出一种更优的FPSO火灾探测器布置方案，来更好地保证系统的可靠性和安全性。1 FPSO危险区域划分1.1 FPSO结构组成FPSO外形类似油船，但其复杂程度要远远高于油船，涉及的复杂系统包括二十几个大类，如：单点系泊系统、动力定位系统、油处理系统、废水处理系统、注水处理系统和直升机起降系统，惰性气体发生系统、消防救生系统、电气仪表系统、监控系统、发电系统等等。但其基本组成部分主要有：海底系统、海面和海底的连接系统、海面生产储油装置和生产设备。1.1.1海底系统它的功能是将开采出的油、气，从海底管线输送到海面的生产设备，也可以反方向输送。一般包

5、含采油树、海底管汇、立管和其基座等。这一系统的关键部分是流体旋转接头，它可使流体不问断的流入船内，无论船的方位如何。1.1.2海面和海底的连接系统这是用来调节海面浮动系统的运动，以适应环境应力的系泊系统，使海底管线源源不断地输送原油给生产储油装置，它可以是单点系泊系统或多点系泊系统等。常用的单点系泊系统包括：有二个或多个锚点，单根或多根立管，一个浮式或固定式浮筒，一个可随风、浪、流转动的机械旋转接头和一个与油船相连接的装置。1.1.3海面生产储油装置它可以是一艘新建或改装的油船、油驳、半潜式平台或为特定目的而建造的容器（多数情况下为船体），用以对碳氢化合物进行加工、储藏和装卸等。1.1.4生产

6、设备主要是采油设备，油、气、水分离设备及储罐。分离出的天然气用于燃烧发电，其余的天然气则回注到海底的油井中用于气举，或由火炬挠掉。分离出的油储存在贮罐中。分离出的水经净化后倾入海中2。目前常用的系泊系统为单点系泊，整个单点由系泊系统（包括吸力锚、锚链阿和沉箱）、浮筒、单点、液压操作系统、通风及消防等系统组成。其中液压操作系统分两个液压控制单元：一个主液压站单元，负责给旋转接头的原油滑环密封部充压，使密封部对原油滑环内的腔室起密封作用。另一是副液压站单元，其作用是向单点动设备提供液压动力源，即机械锁紧装置、回接大绞车、污水泵、充水阀及开关舱盖的液压臂等，同时通过这一液压源，对原油进口的关停阀进行

7、有效的控制操作。系统的主要功能为：一是系泊浮式生产储油轮，使储油轮以单点为轴随风、水流而转动；二是通过单点的转接，从井VI平台流经海管的原油被输送到油轮，而油轮的电源通过海底电缆传输到两座井VI平台供生产和生活用，同时通过单点的光纤通讯滑环和海底光缆实现FPSO与井口平台的信息传输。1.2危险区域的划分1)危险区划分的目的应对危险区进行识别和分类，以便有区别地、合理地选择防爆电气设备、电缆及其他认可型的设备，以避免爆炸的发生。2)危险区的类别根据防爆电气设备选择需要，依照爆炸性气体存在的可能性和时间长短，危险区分为如下3类：(1)0类危险区：是指在正常工作条件下持续和长期存在爆炸性气体环境的区

8、域。(2)1类危险区：是指在正常工作条件下可能出现爆炸性气体环境的区域。(3)2类危险区：是指在正常工作条件下不大可能出现爆炸性气体环境，即使出现也只是短时间存在的区域。3)a类危险区划分为a类危险区的处所如下：(1)原油舱、污油水舱及直接与之相连通的管子的内部空间；(2)原油处理系统中的管路、泵、容器及其他设备的内部空间；(3)原油及天然气输送系统中的管路、泵、压缩机等内部空间；(4)原油及天然气燃料系统中的管路、泵、压缩机、容器等的内部空间。4)1类危险区划分为1类危险区的处所如下：(1)原油泵舱；(2)与原油舱、污油水舱相接近的空舱以及压载水舱；(3)在原油舱、污油水舱上方并与之相邻的围

9、蔽及半围蔽处所；(4)原油泵舱通风口周围以3m为半径的球体空间；(5)原油处理系统天然气冷放空口周围以3m为半径的球体空间；(6)原油舱、污油水舱透气口周围以3m为半径的球体空间；(7)储存原油软管的舱室；(8)油漆间；(9)转塔式的单点系泊装置舱。5)2类危险区划为2类危险区的处所如下：(1)原油舱及污油水舱整个区域向前、后各延伸3m的甲板上向上延伸2. 4m的区域；(2)原油处理系统所在的整个模块上的区域；(3)原油总管从进人浮式装置开始至原油处理模块之间的管段中任何法兰、阀件及非焊接的管件周围以3rn为半径的区域；(4)布置在原油处理区域之外的卸油管上的任何法兰、阀件及软管接头处周围以3

10、m为半径的区域；(5)用原油区域压载泵进行压载作业的首尖舱（机舱及居住区尾置时)或尾尖舱（机器处所及居住区首置时）；(6)使用天然气或原油做燃料的燃烧设备的罩壳内部空间，一般情况下划为2类危险区；(7)本节所规定的1类危险区沿直径方向再向外延伸7m的球体空间。应该注意，不同的标准划分和描述的方式不完全相同。还应注意危险区的变更，当建造完工图纸与原批准的图纸不相符时，应按完工图纸重新划分危险区。当浮式装置进产重大改建后，也应重新划分危险区3。1.3 划分FPSO危险区域FPSO上部模块布置的所有探测器和手动按钮被分为11个危险区，当某一火区现场探测设备出现报警信号后，F&G系统将对相应火

11、区的相关设备进行关断控制并启动相应的消防设施。FPSO火区的具体的划分如表l所示。表1 FPSO危险区域划分表危险区域01配电模块室中的电池室危险区域02主配电室中的电池室危险区域03主配电室危险区域04P2左舷压缩机、仪器室危险区域05P4左舷工艺、仪器室危险区域06S2右舷压缩机、仪器室危险区域07S4右舷工艺、仪器室危险区域08应急发电机室危险区域09应急配电室危险区域010设备室危险区域011船舶配电室2 HAZID方法对FPSO灾害识别2.1 HAZID方法在国外炼化、油气行业，HAZID早已得到广泛应用。从海上平台、陆上接收终端、炼油厂和化工装置，HAZID在建设初期均为项目的风险

12、辨识和风险管理提供了重要输入。在中国寰球工程公司所承担的项目中，HAZID的方法在深圳液化天然气接收站项目初步设计早期、在东海炼化一体化合资项目的可行性研究以及宁夏大氮肥工艺包的风险分析中都有应用。东海炼化一体化项目是一个由中石油、壳牌中国、卡塔尔石油国际三方合资项目，拟建成世界级炼化一体化工程。该项目在工艺方案比选、总图布置优化阶段之初组织了HAZID分析，利用当前阶段现有的与工艺流程和总图布置有关的资料，从环境及外部影响、界区内外设施等方面辨识主要危险源，其HAZID分析的主要目的主要是识别界区范围内/外可能存在的、高等级的本质危险源，评估所辨识出的危险源的风险等级，以及削减风险的可能途径

13、，并确定需要进行定量风险分析(QRA)的关键装置。2.1.1 HAZID的定义通常广义上的危险源辨识，是风险分析过程的第一步。完整意义上的风险分析过程，包括危险源辨识(HAZARD IDENTIFICATION)、风险评估(RISK ASSESSMENT)、和风险管理(RISK MANAGE-MENT)三个部分4。危险源辨识作为风险分析的第一个步骤，不仅限于狭义的识别危险源，而是给予了更为宽泛的内涵，包括识别危险源、分析其原因和可能导致的后果，在此基础上进而分析是否需要开展有针对性的定量风险评估，藉此提出相应的建议或改进措施。作为危险源辨识的主要实现手段，过程危险源分析(Process Haz

14、ard Analysis， PHA)被广泛推广并使用。过程危险源的正式定义最早出现在API750中，是指运用一种或多种分析技术辨识、评估过程危险源5。根据化工建设项目安全设计管理导则 (AQ/T3033-2010)6中对PHA的定义， PHA是辨识过程危险源并对其产生的原因及其后果进行分析的一种有组织的、系统的安全设计审查。故此， PHA实际是多种风险分析技术的应用，包括比较熟悉的分析技术有：预先危险源分析(PHA)、危险与可操作性分析(HAZOP)、故障假设法(What-If)、检查表法(Checklist)、故障类型和影响分析(FMEA)等。HAZID方法也是一种过程危险源分析(PHA)技

15、术，是一种对潜在危险源和风险的早期辨识技术。该方法运用于项目或活动的早期阶段，识别、描述潜在HSE危险源和风险，并为后续采用HAZOP等其他方法进行深入危险源辨识、风险评估和风险管理明确关注重点。2.1.2 HAZID的分析方法HAZID主要分析步骤有：开展分析；编制报告；跟踪落实。在研究准备阶段，需要组建分析小组、收集基础资料、明确分析范围、确定分析引导词等活动。2.1.2.1开展分析在进行分析时，可参考下面的分析引导词进行HAZID分析，分析结果记录在表2的分析清单例表中。表2HAZID分析清单例表序号危险源/引导词后果拟采取或既定的安全措施建议措施响应负责人落实情况说明常用的HAZID分

16、析引导词如下。需要说明的是，下面所列出的引导词可以供HAZID分析参考。具体项目特点不同，关注的问题可能不尽相同，建议根据本文提出的引导词进行补充或筛减。且HAZID分析鼓励头脑风暴，在进行分析时不能拘泥于此处所列举的引导词，在分析准备阶段、开始正式分析前，分析小组应根据本项目的具体特点，确定适用于本项目、大家共同关心的引导词或危险源。(1)共性危险源：有外部和环境危险源（自然灾害、人为制造的危险、周边设施中可能存在的危险源、环境问题）和健康危险源。(2)项目执行过程中的问题：项目合同签订策略、项目风险管理策略、项目应急计划。(3)设施危险源：物料危险源、活动危险源（超压、开停车、施工、维修等

17、）、控制方式和原则、泄漏、火灾和爆炸、公用工程。2.1.2.2编制报告分析过程中讨论的节点、识别的危险源及其可能导致的影响和后果都将录入HA ZID分析清单里，以便项目后续HSE风险管理和监控。补救的建议措施不是HAZID分析工作范围内，但HAZID分析小组可以提出一些替代的、削减风险的建议措施，以作为专家建议供项目组予以考虑，这些建议可以作为后续跟踪的内容纳入HAZID分析报告。分析报告还应包括项目简介、分析目的与范围、分析的基础资料、分析小组成员、分析所用引导词等必要内容。2.1.2.3跟踪落实HAZID分析报告及其分析清单应纳入整个项目的HSE风险管理系统中，建议采用风险登记册的形式予以

18、跟踪落实管理。由于HAZID分析可能是项目的第一个风险分析活动,故此项目最初的风险登记册也将在HAZID分析报告的基础生成。风险登记册应能够反映所辨识的危险源、可能的后果、控制措施、落实情况、后续的风险分析活动及其跟踪情况等等。利用风险登记册，可以实现对HAZID分析以及项目后续各种风险分析活动的持续跟进和管理。2.2 对FPSO进行灾害识别根据FPSO的危险区域，对FPSO进行HAZID灾害识别如表3所示。表3 HAZID灾害识别表序号引导词危险事件后果预防措施建议响应负责人1遏制亏损火灾/爆炸/可燃气体配电模块室/主配电室中的电池室会发生由于电气引发的火灾，以致于释放更多的可燃气体，导致爆

19、炸事故的发生。在配电模块室/主配电室中的电池室适当的布置感温和气体探测器。电池室要严禁排放各种可燃气体，以及各种的点火源，操作人员穿戴防静电的衣帽。任何组织的基层人员。2遏制亏损烟雾压缩机/工艺、仪器室由于设备老化或操作失误导致产生大量烟雾。在压缩机/工艺、仪器室适当的布置感烟探测器。按时对设备进行维修，操作人员严格按照规章制度进行操作。3毒性危害一氧化碳、二氧化碳（烟）/其它有害物质应急发电机室/应急配电室/设备室/船舶配电室由于人员违规操作排放的可燃有害气体会导致产生大量烟雾，以致于火灾，爆炸事故的发生等。在应急发电机室/应急配电室/设备室/船舶配电室适当的布置感烟探测器。在电机室/配电室

20、等电气系统中要严格遵守严禁吸烟等违禁规章制度，以防排出各种可燃有害气体。4点火源电气系统/闪电主配电室由于电气系统可能发生电火花导致火灾爆炸。在主配电室适当的布置感温和感烟探测器。做好静电以及各种电火花的防护措施，防止产生明火。5危险操作爆炸/静电释放配电模块室由于人员的危险操作会发生静电释放，导致爆炸。在配电模块室适当的布置感烟探测器。操作人员对于可能发生火灾爆炸的危险操作要小心操作。3 火灾探测器在FPSO的布置3.1 火灾探测器简介火灾能通过火焰、烟雾或热量检测到。最好的探测成果可能需要设备的组合，但并没有完美的火灾探测器。3.1.1 感烟探测器感烟探测技术范围是从销售一般的电池驱动探测

21、器到复杂的可见摄像头探测系统。目前流行并且适用于FPSO装置的的感烟探测器主要有点型感烟探测器、离子点型感烟探测器、光束感烟探测器和气敏感烟探测器。3.1.1.1 点型感烟探测器点型探测器可以探测到烟雾在一个固定的点。他们需要被放置在现实的烟雾中，这样就可以运用于火灾事件中。多数人在使用时，依赖接近于一个房间的烟雾，这个房间要包含探测器元素。这些探测器因此有一个较低的IP评级和不能用在外部区域。使用可寻址系统，每一个位置都可以精确定位。示例使用：办公室，走廊，开关室，住宿。图4 点型感烟探测器示例3.1. 1.2 离子点型感烟探测器这曾经是主要的感烟探测技术。它已经在很大程度上取代光学或结合光

22、学的感烟感温探测器。这些探测器使用小型放射性源和检测传导性的降低，此传导性的降低是由检测室内烟雾粒子的离子引起的。因此，它们在高湿度地区很容易发出警报。示例使用：高能源火灾，规范要求。3.1.1.3光束感烟探测器一束光线被烟雾颗粒遮挡。示例使用：对大面积区域的监测，如门廊、机械空间这些安装其他类型探测器不太现实或不可能安装的地方。3.1.1.4 气敏感烟探测器已经成熟的技术可以提供早期的火灾预警，通常在烟雾可见之前预警。该技术通过获取覆盖区域的取样试管，并利用取样试管把探测到的烟雾颗粒不间断的输送到探测单元。该技术需要在探测区域提供电源。该技术通常只能用在安全的区域。一个探测单元的标准配置是否

23、是失效点，能否被探测到，是关键。示例使用：仪器室、通讯室、控制室。3.1.2 感温探测器感温探测主要用在周围的温度或环境适合使用感烟探测器的地方。线性感温探测器能提供广范围的覆盖，主要通过一些同时带有温度和定位功能的线性感温探测器实现有区别的警报。适用于FPSO装置的感温探测器主要是点型感温探测器。点型感温探测器在指定的点探测高温。描述随着时间改变。EN54描述的是A1,A2,B,C,D,E,F和G几种类型。它们通常被描述成“上升速率，固定的感温探测器”。当固定的感温探测器被设定在一个固定的温度，上升速率探测器对于突然快速上升的温度会做出响应。示例使用：厨房，涡轮机罩，规范要求使用的地方。“速

24、率补偿”描述的是一件专用产品通常被广泛应用在恶劣的环境下。示例使用：泵建筑物，发电机罩等7。图5补偿率感温探测器示例3.2 在FPSO布置火灾探测器3.2.1火灾探测器的布置在FPSO的火灾自动报警系统中，根据理论分析、计算以及舱位、环境条件合理布置火灾探测器也是保证探测质量的关键环节。探测器布置的基本原则是：除了确保所有被探测范围都处于探测器的探测区域内以外，建筑物的具体建筑结构，房间分隔，空调送风，高温光源及电磁设备等均是影响探测器布置的重要因素。火灾自动报警系统设计规范对于火灾探测器的选用和设置均做出了较详细的规定，工程设计时必须严格遵循8。感烟、感温探测器的保护面积及保护半径如表3所示

25、。表4 感烟、感温探测器的保护面积及保护半径火焰探测器的种类地面面积S（m2）房间高度(h)一只探测器的保护面积A和保护半径R房间坡度15°15°30°30°A（m2）R(m) A(m2) R(m) A(m2) R(m) 感烟探测器S80h12806.7807.2808.0S806h12806.71008.01209.9h6605.8807.21009.0感温探测器S30h8304.4304.9305.5S30h8203.6304.9406.3在实船工程中，舱室大小和探测区域大小不一，如何确定探测器的数量，是火灾探测回路需要解决的重要问题。规范规定探测区

26、域内每个舱室应至少设置一只火灾探测器。一个探测区域内所设置探测器的数量可按下式计算：NSkA（只）式中N：一个探测区域内所设计的探测器数量（只）；S：一个探测区域的地面面积(m2)；A：一只探测器的保护面积(m2)；K：安全修正系数。重要保护场所k取0709，一般保护场所k取1。3.2.2 火灾探测器的数量确定3.2.2.1计算法下面介绍MEM模块中各探测区域面积计算与探测器数量和种类的确定。1、电池室(1)配电模块室中的电池室探测区域面积： S=5.11×4.71224.1m2选用温度传感器和气体传感器的总数量：N=SkA=24.1302（只）(2)主配电室中的电池室探测区域面积：

27、S=3.36×9.532m2选用温度传感器和气体传感器的总数量：N=SkA=32303（只）2、主配电室探测区域面积：S=18.4×23.4335m2选感烟探测器的数量：N=SkA=3550.8608（只）感温探测器取3只。3、P2左舷压缩机、仪器室(1)上层：面积：S=10×990m2感烟探测器数量：N=SkA=900.8602（只） (2)下层：面积：S=10×990m2感烟探测器数量：N=SkA=900.8602（只）4、P4左舷工艺、仪器室(1)上层：面积：S=10.3×5.557m2感烟探测器数量：N=SkA=570.8602（只）

28、(2)下层：面积：S=10.3×5.557m2感烟探测器数量：N=SkA=570.8602（只）5、S2右舷压缩机、仪器室同3，上、下层的感烟探测器的数量各为2只。6、S4右舷工艺、仪器室同4，上、下层的感烟探测器的数量各为2只。7、配电模块室(1)应急发电机室探测区域面积：S=5.11×9.42648m2选感烟探测器的数量：N=SkA=480.8601（只）(2)应急配电室探测区域面积：S=7.631×14.138108m2选感烟探测器的数量：N=SkA=1080.8603（只） (3)设备室探测区域面积：S=6.295×14.13889m2选感烟探测器的数量：N=SkA=890.8602（只）(4)船舶配电室探测区域面积：S=19.036