FPSO“伊利亚贝拉”电气设计的特点

张　华

（广船国际技术中心）

FPSO“伊利亚贝拉”电气设计的特点

张华

（广船国际技术中心）

简介了FPSO“伊利亚贝拉”电气各系统的特殊性，主要特点为高压分配电，设备及生产模块的集成控制监测，较复杂的应急切断系统等。

FPSO ICSS ESD

0　前言

我公司承接的FPSO“伊利亚贝拉”入级ABS，船东为SBM,主要用户为巴西石油公司。FPSO采用多点系泊固定在特定的海域，非自航。FPSO作为一个海上原油的初步提炼工厂所需的电力负荷大，同时可能会出现危险爆炸性气体，且在FPSO上生活和工作的人员也比较多。由于这些特性，FPSO的电气系统的设计将具有特殊性。

1　电力系统技术特点

1.1电源

主电源由4台34MW，电压为11kV的燃气涡轮高压发电机组成，作为全船的主要电源。在正常情况下全船的所有负载都是通过4台11kV发电机及相关的变压器提供电源，在主发电机失电或生产模块停产的情况下，考虑到机舱及生活区与生活、消防、安全相关的部分负载还需要电源，增加两台1200kW，450V的低压发电机作为辅助电源提供给这部分设备供电，以便提高这部分设备供电的安全性。

应急电源由1台1800kW，450V的应急发电机供给船上的应急负载及甲板面的应急消防泵。

由于FPSO为非自航式海上炼油工厂，需通过海底管线直接连接至钻井口。关于电源方面，根据ABS FOI（海上装置的安装要求）相关规范的要求：FPSO上出现故障或出现漏油在切断应急发电机的情况下，仍然要有备用电源能给应急状态下需要使用的设备（例如，自动电话，广播&警铃，逃生用的应急照明灯具）提供至少30分钟的供电时间[2]。因此本船额外配置了两组UPS电源，UPS电源由两组230V，容量为200kVA作为全船的临时电源。

1.2电压等级及电制

主甲板面生产模块的主要设备功率很大（最大功率为15152kW，最小功率为460 kW），如果采用常规的低压供电给这些设备，电流会相当大，电缆的用量会相当大，从经济的角度考虑采用11kV的电压等级，其他辅助设备、机舱和上建的负载由于一般功率都不大，采用450V/230V的电压等级。另外，由于这个项目主要用户是巴西石油公司，从安全的角度及巴西相关规范的角度考虑，生活区的正常负载要求采用400V/230V3相4线制(3P+N)的电制[1]，其他区域的设备采用常规的3相3线制。

关于电力系统部分框图见图1。

2　ICSS（集成控制和安全系统）技术特点

由于FPSO上有油、气、水的处理设施，这些处理设施需要有相应的监控装置。如果不将这些监测装置采用集成控制的方式,对各个生产模块需要单独的监控装置，这样会导致整个FPSO上需要很多专业的人员来监控各个生产装置，对FPSO的运营和管理及人员的安全性带来很多不便，同时也不经济。FPSO上所有设备的控制和监测采用集成双套冗余网络控制系统，所有的控制站采用人机界面的形式，这样就大大节省了专业的生产装置监控人员。

图1　电力系统部分框图

ICSS所控制的系统包括：火灾和可燃性气体探测系统，生产模块控制系统，生产模块安全系统，高集成压力保护系统，液位遥测，流量监测，货油系统和机舱区域设备的控制和监测。具体的框图见图2。

图2　ICSS系统框图

3　内部通讯系统技术特点

3.1自动电话系统

由于本船为非自航性海工产品，根据ABS FOI(海上装置的安装要求)内部通讯方式可仅设自动电话不需考虑设置声力电话，因此，本船内部通讯仅设置自动电话。这样自动电话就作为这个项目的主要内部通讯方式，根据ABS FOI的要求，由于在主要设备和通风设备切断后,自动电话作为FPSO上的主要通讯方式还需要继续给相关的人员提供通讯，所有机舱、室外及生活区中在通风设备切断后，可能会有危险气体进入的区域需采用防爆的电话，防爆等级需满足ZONE2的防爆等级要求[2]。

3.2广播及通用报警系统

广播作为与安全相关的装置其冗余度要求相对较高。本项目广播及通用报警系统采用双系统的冗余方式，即由A路和B路广播组成，在噪音比较大的地方采用A路和B路闪光灯作为补充，主控制单元由两个A路和B路控制单元分别控制相关的A路和B路广播及闪光灯，A路和B路控制单元分别安装在不同的控制箱内且布置在不同的区域，最大程度地提高了此系统的可靠性。另外，根据ABS FOI的要求，同样也需要在机舱、室外及生活区中在通风设备切断后，可能会有危险气体进入的区域采用防爆类型的广播，防爆等级需满足ZONE2的防爆等级要求[2]。广播及通用报警框图见图3。

图3　广播及通用报警的框图

FPSO对于安全方面的要求比较高，自动电话、广播及通用报警的系统设计及产品选型上与其它船舶产品有比较大的差异，其它内部通讯系统及火灾探测系统与常规船类似。

4　可燃气体探测技术特点

FPSO作为油气处理装置，会存在可燃性气体，为了防止在ESD（应急切断系统）切断相关的风机后导致可燃气体泄漏至安全区域，需配置可燃气体探测和报警系统。布置的位置也需要根据这一特性来布置，本船可燃气体探头的具体布置位置如下：危险区域ZONE1和ZONE2区；危险区域的通风出口，油漆间除外；货油泵舱及其进气口；HVAC（加热，通风和空调装置）进气口；机舱进气口；厨房进气口；泡沫泵间进气口；消防泵间进气口；应急发电机室进气口；蓄电池间排气口；助燃空气进口；空压机进气口；高压变压器间；涡轮增压器及冷却空气进气口。

5　ESD系统技术特点

FPSO作为处理原油的海上装置，为了防止非正常操作导致重大的危险事件或危险事件蔓延，需设置相对复杂的ESD系统。ESD分四个部分的应急切断,即PSD切断生产模块处理装置、海底管线接口及卸油装置, ESD2切断风机和油泵，ESD1切断主发电机及所有非防爆设备(其中包括无线电设备的天线和传感器等)，APS切断应急发电机。本船应急切断的逻辑及框图见图4。

图4　ESD系统应急切断框图

ESD切断按钮应布置在出现危险的情况下容易到达的位置，本船ESD切断按钮的布置位置为：中央控制室（ESD1/ESD2/PSD）;集控室和A甲板的左右舷出口（ESD2）；直升机甲板左右入口（APS/ESD1/ESD2）; A甲板左右集合区/救生艇登乘站（APS/ESD1/ESD2）;上部模块区域各个生产模块的出入口及上部模块区域进入生活区的入口（PSD）。

6　特殊设备的防爆要求[2]

由于FPSO的特殊性，危险气体可能会扩散至相关规范规定的危险区域以外的区域，在APS切断后（即应急发电机切断后）仍然有部分设备能保持正常操作以供人员安全逃生用。在危险气体可能会扩散的这些区域以下设备要求为防爆设备，防爆等级需适应危险区域ZONE2的要求。

在FPSO上可燃气体探测器探测到有易燃气体的情况下，所有逃生用的应急灯；总用报警铃；广播；自动电话；火灾和气体。

无线电通讯设备，由于目前生产厂家一般无法提供防爆的无线电天线设施，可采用应急切断系统切断无线电的使用，防止由于无线电天线的电磁辐射引起的可燃气体的爆炸。

在ESD切断后，所有安装在室外仍需要操作的设备，防爆等级至少需适应危险区域ZONE2的要求。

7　导航及无线电系统技术特点

FPSO为非自航性海工产品，航行设备的配置相对比较简单。配置一台X波段雷达，一个电罗经，一套自动识别系统及满足避碰规则中与其特性相关的避碰要求的航行灯和信号灯，不需配置测深仪与计程仪等与航行相关的导航设备。

无线电系统的配置除了满足常规的A1，A2，A3海域中SOLAS中要求的配置要求外，还多配置了一套满足A1，A2，A3海域的无线电设备作为应急使用，并另外提供卫星通讯及超高频电话给FPSO上船员操作与维修船上的设备。由于本船设有直升机甲板，配置了航空用甚高频电话及归航信标辅助直升机导航。

8　照明系统技术特点[3]

照明系统相对于普通船舶也有其特殊的要求。FPSO生活区可容纳140人，工作和生活的人员相对普通船舶较多且居住时间长，为了提高人员的居住舒适度，照度需满足ABS HAB(海上装置船员舒适度的要求)。应急照明部分相对于普通船舶需增设临时应急照明及与安全相关的应急逃生指示灯。

9　FPSO上独特的系统

9.1气象系统

为了协助直升机的飞行，FPSO上配置了一套气象站系统，该系统能自动完成天气状况的测量，此套系统满足联邦航空局/世界气象组织的相关规则的要求。

此系统包括空气温度/湿度传感器、空气压力传感器、风速和风向传感器、直升机运动监控系统、云高测量系统、能见度测量系统、海水波高和流向测量系统、遥控显示器等。此系统安装在室外的传感器的防爆等级需满足ZONE2的要求。气象系统的框图见图5。

9.2与穿梭油轮卸载监控系统

此系统主要用于监控FPSO与穿梭油轮之间的输油情况，以防止出现泄漏油的情况。通常FPSO与穿梭油轮之间的卸油是通过缆绳和输油软管来物理连接，在此过程中需要保证输油软管始终处于松弛的状态，这样就要求配备相关的监控及通讯系统，用于监控两者之间的连接状况及保持两者之间的通讯。此系统由FPSO及穿梭油轮上两部分设备组成，主要包括超高频无线电，监控设备和可编程处理器等。系统的框图见图6。

图5　气象系统框图

图6　卸载监控系统框图

10　结束语

本文是以我司完工的“伊利亚贝拉”号为载体对FPSO电气系统与常规船相比的一些特殊点进行总体描述，所介绍的系统符合常规FPSO的设计特性，可为后续类似的海工产品的生产和设计提供参考。

[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

张华（1981--），女，工程师，船舶电气设计。

（2014-8-18）