FPSO新型风闸研究

曾国航

（南海西部石油油田服务（深圳）有限公司 广东深圳 518054）

引言

海洋石油111FPSO于2003年10月投用，FPSO现场主要的室外风闸有主机房WOZAIR品牌的防火风闸，泵舱、机舱和生活楼进/出风口的Halton品牌防火风闸。由于受海洋环境及主机/锅炉尾气粉尘等因素的影响，这些室外风闸在FPSO投用5年左右，陆续出现开/关卡滞，严重的甚至无法动作，维修维护后，大约三个月左右，同样的故障又会出现，占去了FPSO总检查维修工作量的8%～10%，耗费现场大量的人力与物力。为了提高海上防火风闸的稳定性，及降低风闸的维护成本，研究出一款适用于海上石油生产设施环境即高潮湿和高粉尘环境的新型风闸。

1 防火风闸简介

1.1 防火风闸的作用

防火风闸是一种置于通风管道中感受来自火警区的高温气体温度后自动关闭的风闸，主要作用有以下几点：

（1）高温自动关闭。

（2）阻止火焰通过风道蔓延到其它区域。

（3）阻止有毒烟气通过风道扩散到其它区域。

1.2 防火风闸的结构组成

防火风闸的主要构件组成包括：阀体、阀板、执行机构、温度熔断器等，阀体和阀板通常为钢质，表面不镀锌，海洋工程一般有更高的防腐要求，采用不锈钢材料，轴承采用铜、青铜和不锈钢。一个典型的气动多叶型防火风闸构造图一如下：

1.3 防火风闸的分类

（1）按照形状分可分为圆形和矩形。

（2）按照风量调节功能可分为不可调节式、可调节式两种型式。

（3）按照安装位置可分为左型、右型两种型式。

（4）按照控制系统可分为气动防火风闸、电动防火风闸、手动防火风闸。

1.4 防火风闸的主要技术指标

（1）叶片动作扭矩：1～7Nm。

（2）温度熔断器的熔点温度：70℃（美国标准NFPA90A要求熔断温度为环境温度加28℃，但不低于71℃。

（3）防火风闸关闭时间：根据ISO15138规定，收到信息后4秒内关闭。

（4）密闭性能：根据《船用防火风闸》标准，当阀两端压差为19.6PA 时，漏风小于 5Nm3/m2min；而根据（ISO15138—2000）的规定，当阀两端压差为2000PA时，漏风应小于0.15 m3/sm2。

2 现场风闸调研

为确认新型防火风闸设计的必要性，进行了风闸的现场现状调研，了解海上风闸的使用状况及国内风闸的建造结构。

2.1 海上FPSO风闸的状况及维护情况调研

根据FPSO111、FPSO113和FPSO115的现场调研结果，目前海上防火风闸存在的问题主要有两个方面：一、是控制部分包括：铝合金阀门气动执行器、室外控制盒、铝合金材质腐蚀严重；电磁阀质量差；手动阀腐蚀等问题。二、本体部分包括：气动防火风闸的壳体和叶片锈蚀严重，转轴变形卡滞、连杆及销轴锈蚀卡滞严重，以上问题，特别是本体部分故障不利于维修，维修费时费力，造成大量人力，物力的浪费，因此有必要使用一种适合海上高潮湿和高粉尘环境的风闸，以减少现场人员的维护/维修工作量，从而提高现场消防系统的安全稳定性。

2.2 国内的风闸建造使用情况

为了解国内风闸的现状，前往太仓傅氏机械设备有限公司、泰州凯瑞船舶设备制造有限公司和泰兴市国联船舶设备制造有限公司了解了国内的风闸建造使用情况。国内风闸的结构仍然使用的传统船用风闸设计：传动方式为连杆传动，轴的转动元件使用铜套，叶片与转轴的连接为焊接，并没有新结构的风闸，原船用结构的风闸经现场调研，不是非常适用海油海上生产设施上多尘潮湿的环境。

3 新型防火风闸的设计方案

3.1 本新型防火风闸的研究重点

（1）防火风闸在高湿环境及多尘环境下，传动机构不受影响或轻度影响。

（2）防火风闸故障后，现场便于维修维护，降低现场的维护工作量。

（3）防火风闸故障后，风闸无需整体拆卸维修。

3.2 新型防火风闸的设计

（1）风闸材料：本新型防火风闸材料选用316不锈钢材料，能够适用于多粉尘和高潮湿的海洋环境，使得阀体、阀板、传动机构不容易锈蚀，延长风闸的使用寿命，采用316不锈钢材料加工制作的防火风闸，根据海上设施现场的使用环境看，通常使用15年～20年才会出现损坏现象，而采用Q235材料加工制作的风闸，通常使用5年～10年就会出现损坏现象。

（2）控制和驱动方式：本新型防火风闸采用气动控制，选用气动执行器作为风闸驱动装置，为了是风闸具有现场手动开关的能力，选用带有手柄的气动执行器，如下照片所示，气动执行器的型号选择根据风闸的大小进行挑选，大风闸选用105缸的气动执行器作为其动力源。

（3）传动机构：本新型防火风闸采用的传动机构是齿轮传动，齿轮结构牢固、不容易锈蚀损坏、传动力矩大、运行稳定，容易拆检和更换，用齿轮传动来代替传统的连杆结构是本新型防火风闸的主要改动之一。

本新型防火风闸叶片的转动结构采用轴和轴承，轴承采用不锈钢防尘轴承，轴为316不锈钢轴，分为主动轴和从动轴，靠齿轮端为主动轴，另一端为从动轴，轴与叶片的连接采用2颗不锈钢螺栓进行连接，轴与轴承采用过度配合，都方便拆卸和更换，另外轴承比传统的轴套具有更小的摩擦系数，方便叶片的灵活转动，不容易卡死，而不锈钢防尘轴承能阻挡灰尘的进入，更适用于平台高粉尘和高潮湿的海洋环境中。

本新型防火风闸传动机构的齿轮和轴承用齿轮罩和密封条密封起来，可以防止粉尘和水汽的进入，有效的保护了齿轮和轴承，防止机构腐蚀，减少现场维修工作量。

（4）防火方式：本新型防火风闸叶片计划采用复合叶片的形式，即叶片折成中空的，中间填塞陶瓷棉防火材料，来提高其防火性能，使其满足防火等级的要求。

3.2 新型防火风闸的设计图解

图1

图1 为新型风闸的整体框架图，该风闸采用齿轮传动，具体图解见侧视剖面图A-A；传动支撑元件采用高温轴承，具体图解见俯视剖面图B－B；叶片与轴的连接方式采用螺栓连接，具体图解见俯视剖面图B－B。

图2

图3

图2 为新型风闸的传动元件解析图，新型风闸采用齿轮传动，传动的转矩大，传动平稳，无焊接点，不易变形，便于更换，维护工作量少。

图3解析的是新型风闸传动件、轴和叶片的连接方式，本风闸的支撑传动件采用高温密封轴承，可以减小轴的转动摩擦力，不受粉尘颗粒的影响，可更换，轴与叶片采用螺栓连接，便于轴变形或叶片锈蚀后，现场可更换备件维修。图中的1是齿轮盖板，齿轮盖板加了橡胶密封形成齿轮箱，全密封结构，对风闸的传动元件（齿轮）形成全密封保护，不受硫粉尘、含盐水气的影响；图中的2是齿轮，通过气动执行器，带动主齿轮，通过主齿轮带动其他从齿轮，通过固定板3固定，可单独拆卸更换；图中的4是高温密封轴承，轴的传动支撑件，全密封，转动阻力小，不受粉尘影响，通过轴承套8固定，可拆卸更换；图中叶片7与轴承5通过螺栓6连接，便于风闸多年使用，轴变形或叶片锈蚀后，现场维护人员可以更换备件维修。

3.3 新型防火风闸的优缺点

（1）优点：①能够适用于多粉尘和高潮湿的海洋环境，不易锈蚀损坏。②风闸叶片、轴、齿轮全部采用非焊接连接方式，可以实现现场拆装和维修，不再需要整体拆除再送回陆地解体维修，降低维修的费用和周期。③采用密封轴承，减少磨损，延长风闸使用寿命，减少卡滞故障的频率。④具备防火风闸的高温自动关闭、防火等级要求等特性。

（2）缺点：①由于采用了316不锈钢材料，其材料成本较高。②由于采用齿轮传动，齿轮间隙太紧则容易卡死，间隙太松则导致叶片关不严，所以要保证齿轮间隙合理，风闸加工精度变高，加工成本也略有提高。

结语

该新型风闸的研究仅是个理念方案设计，并没涉及到成品加工及应用。齿轮传动和短轴链接的效果还需要成品的应用才能得到最终的定论，但密封高温轴承替代铜套作为轴的传动支撑件，是非常适合海上油田设施的高潮湿多粉尘环境的一个应用。希望该设计方案能得到应用及推广。