主机房火灾隐患管理和持续改进

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(中海油能源发展采油服务公司曹妃甸FPSO作业公司，天津 300450)

主发电机组是FPSO甚至整个海上油气田的电力中枢，主机房的安全系统，主要是火气探测和消防系统，是FPSO主电力系统甚至是全油田海上设施的安全保障。与传统的资产管理缺乏对设备的即时管理相比，全生命周期管理更强调“未雨绸缪”，从资产的规划设计成本抓起，优化降低设备采购建造成本、运行维护成本、技术改造成本和退役回收成本，综合提高企业资产的经营和使用效益。

针对主机房在服役运行期间的安全管理，文中提倡精细化管理，在做好成本控制的同时提高资产运行效率，确保设备设施和人员的安全。建立有效的运行维护制度，规范设备操作流程，提高员工的积极主动性，以保证系统安全、高效的运转。同时，要建立资产使用效果的分析评价和改进体系，对关键设备的使用状况、安全性能、运维费用和运行效率做好定期评估。下面以渤海某油田的FPSO主机房火气探测和消防系统的管理为例，探讨如何在资产生命周期内进行安全、有效的设备管理[1-3]。

1 原有系统分析与评估

该大型FPSO的主发电机组由5台双燃料V型16缸主机组成，每台发电机额定容量为7.68 MW，通过单点电滑环为整个油田的所有设施提供主电力来源。主机房的安全系统主要有火灾探测系统和消防灭火系统两部分，当时是严格按照国际、国家和企业标准规范建造的。原有火灾探测系统主要由布置在现场的烟、热和火焰探头、可寻址火灾控制盘和中央控制系统组成，能实现对主机房现场设备的火灾监控、报警和应急反应动作的触发。消防灭火系统则主要由防火风闸和高倍泡沫系统组成。

时至2011年，该油田经过多年的运营，作业者在实践过程中遇到了各种各样的问题，处理、解决问题的过程中也逐渐认识到主机房的火气探测、消防系统在先期设计和后期使用方面都还存在一定的缺陷。尤其是随着油田开发的深入和海上油田消防法规的更新，一些问题和隐患就暴露出来了，如可燃气体探头安装在主机房顶，距离地面的主要设备约8 m高，而离房顶的大排量排气扇却只有3、4 m，很难确保一旦发生可燃气体聚集时探头能够及时反应。于是作业者决定对该系统做一次完整、彻底的评估分析，并基于评估结果进行升级、改造，确保主机房安全系统的稳定性和可靠性。

连同有资质的第三方，通过研究设计、考察现场、测试设备和模拟事故等各种手段，得出了相对比较完整和客观的结论，并为下一步的系统升级改造提供了建议和依据。报告认为，主机房的整体安全系统还是能够保证设备正常运转的，但是仍然在人员、环境、设备等诸多方面都存在需要改进的风险。

1.1 火灾探测系统方面

1)部分烟、热探头布局不合理，有的不能有效监测所属区域的状态，有的不方便定期测试和维护；

2)存在设计建造时不曾考虑到的隐患，如可能在发动机周边出现的燃油油雾和可燃气体；

3)视屏监控系统存在死角。

1.2 消防系统方面

1)消防水泵启停逻辑有待改进，不能在火灾发生初期保护泡沫发生器；

2)消防水管网局部水压过高；

3)原有高倍泡沫不符合新的规范；

4)消防泡沫系统管网设计不合理，平时无法进行完整的功能测试。

1.3 其他方面

1)主发电机设备上存在高温热源；

2)主发电机燃油压力管线上存在泄露风险；

3)部分区域存在燃油聚积的隐患；

4)主发电机油底壳需要清理和维修改造；

5)部分操作维护人员缺乏必要的专业技能和安全知识。

2 系统解决方案和实施

为解决上述问题，作业者开始了全方位的整改，范围涉及主发电机房的各个系统，其中最主要的就是对现有固定式高倍消防泡沫系统的论证和改进。系统是按照高倍泡沫设计的，但当时设计方和第三方推荐的泡沫却是低倍水成膜泡沫，影响了消防泡沫的产生效果。经过实际测试发现，现有的泡沫系统不能够完全达到设计规范的要求，即在几分钟之内产生足够的高倍数泡沫将整个主发电机房覆盖。因而考虑使用其它的消防灭火系统，首先是固定式二氧化碳灭火系统。作为机械设备间常用的一种灭火系统，二氧化碳被证明是比较快速和有效的解决方案。但是经过计算得知二氧化碳灭火系统要用在该主发电机房需要213个CO2气瓶(45 kg/瓶)，仅该项成本约美金20万元，此外还要在主机房外安装一个60 m2×3 m(H)的气瓶站，不但费用大耗时长而且不适合FPSO这样空间局限的环境。而其他类型的整体浸没式气体灭火系统，包括FM200，气溶胶和IG541，其性能也都比较优越，而且清洁环保，能用于主机房区域。但根据GB50370-2005，采用上述类型气体灭火系统(包括FM200，气溶胶和IG541)，其控制火区面积不得超过800 m2，容积不得超过3 600 m3。而该主发电机房长、宽、高为29.15 m×40.25 m×10.5 m，面积约1 173 m2，体积约12 320 m3，因此，如果要使用FM200，气溶胶或IG541灭火系统，主发电机房应至少分为4个火区。工作量和投资都非常大且时间会很长。在考虑海水喷淋系统，根据流体计算得知整个主发电机房的需求为473 m3/h，压力需求约704 kPa。现有的消防泵能满足要求，而且还可以使用一部分现有的管道，该方案的改动和投资都不算大。但是，考虑到海水不但导电而且有腐蚀性，从而可能导致发电机及其他设备损坏，因此传统的水喷淋系统是不推荐用于主发电机室的。水雾灭火系统是一种利用特殊设计的喷嘴制造极小水滴的高压水系统。细水雾的快速释放能像其它气体灭火系统一样迅速除去火灾区域的氧气，同时又能像传统的喷淋系统一样起到冷却作用，通过控制热效果达到防止复燃的目的。作为一种世界领先的高效消防灭火系统已经拿到了DNV的认证。但是由于主发电机房容积高达12 320 m3，如果要使用水雾灭火系统，主发电机室应至少分为2个火区同时还要增加相应的水雾系统设备，包括高压泵单元和缸节阀，管道系统和喷嘴头。对比得知，这几种消防灭火系统都不适用于FPSO的主发电机房，于是只得再次回到原有的固定式高倍消防泡沫系统。评估得出，现有系统的泡沫浓缩液和泡沫发生器的数量应该是能满足NFPA11标准的，消防泵的排量和出口压力也能满足系统的要求。只是水力计算结果显示润滑油分油机模块位置上的在N/1到N/7泡沫发生器喷嘴压力约为759～768 kPa，超过泡沫发生器喷嘴的工作压力范围(250～700 kPa)，可能会损坏发电机的喷嘴。通过在相应管路安装限流孔板制造一个月约200 kPa的压力降就解决了这个问题。目前使用的AFFF型泡沫浓缩液属于低膨胀系数的水成膜泡沫，用于主发电机室是不合适的，于是参照高膨胀泡沫发生器(GT型)的操作和维护手册，将其更换为混合比例3%、膨胀系数1∶700的合成高倍泡沫浓缩液。由于发电机底部甲板的结构会导致高倍泡沫无法覆盖整个油底壳里的污油，需对其进行了彻底的清理，将部分钢板改造并增加了围堰。优化了消防泡沫系统的控制逻辑，使之一旦遇到主机房火警能够先启动消防水，以保护泡沫发生器不在火灾初期被高温损坏。此外，还制定了详细的定期测试、维护计划，并对泡沫水系统管网进行了相应改造，以实现真正的泡沫产生和释放功能测试。

原有的大气探测系统在整个主机房只有4只火焰探头，无法完整覆盖整个区域，见图1。

图1 火气探测系统布置示意

此外，因为房顶大排量风扇的关系，部分顶部的可燃气和烟雾探头可能会漏测一些烟雾或者可燃气聚集的情况。另外就是对可能在发动机主设备附近产生的燃料油油雾或者可燃气体缺乏有效的监测手段。通过分析以上问题，在火气探测系统方面进行了一系列的改造，以实现整个系统的优化。

1)主机房内4只火焰探头，避免火焰监测死角；

2)改屋顶安装的烟热探头共10套为房顶排风风道内安装，便于日后的运维校验；

3)主机房吸风口处安装两套激光式云雾状气体检测装置，以监测从生产区域泄漏飘过来的有可能被吸入到主机房的可燃气体；

4)五台主机旁安装共六套油雾探测器，以监测燃料油管因突然泄露而向主机房内喷射雾状燃料油。

改造后火气探测系统布置见图2。

另外在发电机组设备、现场环境以及设备维护人员等方面做了很多有益的改进。对于主发电机上可能发生泄露的燃油管线，在充分分析化学腐蚀、内部侵蚀、外部损伤和热应力、老化等诸多因素的基础上，制定了更合理的管线更换周期。升级了日常维保的工作规范，明确要求更换管线必须是原厂或者是厂家认可的产品，按照厂家给出的燃油成分、质量说明定期安排第三方检验。检查确认并重新评估了主机油雾探测系统的工作状态，对整体流程进行HAZOP分析，改进了发电机控制系统里关于燃料油切换的逻辑。用热成像仪对整个发电机组进行热表面分析，修复破损的保温层，有针对性地在部分高风险部位加强保温覆盖，并在PM系统里增加了专门的保温层检修项目。另外还在主机房原有CCTV系统的基础上，新装4只摄像头，以避免每台燃油发电机及辅机的视频监测成死角。对所有从事发电机值班、主机维修工作的相关人员重新进行了上岗资格审查，组织各种业务培训以弥补人员专业知识结构上的缺陷，安排事故管理和应急反应培训以提高员工在紧急情况下的处理能力、安全技能和逃生技巧。加强对“主机房火警”这种突发情况的应急演练，做好分析、总结和记录。

3 结束语

历时1年2个月，完成了计划的各种火灾探测探头的安装，应急控制系统的逻辑变更，相关发电机组和消防设备的改造，并取得了DNV的认证。通过测试证明实现了完善主机房原有火气探测和消防系统的目的，消除了可能导致恶性事故的安全隐患，保证了FPSO主电力系统甚至是整个油田设施的安全运行。

[1] JAMES Li.EVALUATION AND COMPARISON REPORT FOR OTHER ALTERNATIVE FIRE FIGHTING SYSTEM IN MAIN GENERATOR ROOM ON HYSY112[R].Whale Offshore Engineering Co.,Ltd.2011.

[2] 中国船级社.海上固定平台入级与建造规范[S].北京：人民交通出版社，1992.

[3] 刘 明.海洋石油112火气系统升级改造完工报告[R].天津恒升自动化仪表工程有限公司.2012.