海洋工程危险区域空气隔离间设计

杨 典，薛庆伟，陆春霞

（惠生（南通）重工有限公司，江苏 南通 226009）

0 引 言

空气隔离间（AIRLOCK）常见于化工项目和海上石油平台项目中，用于分隔危险区域与安全区域，最大限度地确保人员工作和居住的安全。浮式天然气液化装置（Floating Liquid Natural Gas Unit, FLNG）主甲板露天区域为液化天然气工艺处理装置集中安装区域，在处理天然气过程中可能会产生爆炸性气体，应划分危险区域来进行相关设计。危险区域划分是电气设计的一项重要基础性工作，涉及后续的防爆设备选型和保护装置设置等工作。在根据相关规则、规范划分好危险区域之后，可通过设置AIRLOCK和一些辅助措施来降低危险区域的等级。

1 概 述

本文根据 Caribbean FLNG项目中有关 AIRLOCK设计的经验，结合国际电工委员会（International Electron Technical Commission, IEC）和《国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则》（IGC Code）的要求，对AIRLOCK的应用及其内部电气设备的配置进行描述。

IGC Code适用于各种尺度从事散装运输温度为37.8℃时蒸汽压力超过0.28MPa（绝对压力）的液化气体和其他货物的船舶[1]。

IEC60092-502的第4.1.4节“气密界面造成的分隔（Separation by gastight boundaries）”给出了气密界面分隔的2种情况，即：气密界面分隔上无通道；气密界面分隔上有通道[2]。

本文主要描述气密界面分隔上有通道的情况，气密界面分隔在FLNG上是指危险区域与安全区域之间有门的一道钢围蔽。常见的AIRLOCK仅是标准IEC60092-502中有通道气密分隔中的一种方式。

1.1 IEC标准中的描述

IEC60092-502的第4.1.5.2节和第4.1.5.3节明确给出了AIRLOCK的描述和定义，即AIRLOCK是由危险区域的Zone1或Zone2通往某个封闭空间的通道[2]。

参照IEC60092-502第4.1.5节的要求，气密界面分隔及其他辅助措施可将室内区域的危险等级降一级，是否配置AIRLOCK有以下5种情况[2-3]。

1) 当室外为危险区域Zone1时，通过一个气密分割并保持室内正压通风，可认为室内区域为Zone 2（见图1）；

2) 当室外为危险区域Zone2时，通过一个气密分割并保持室内正压通风，可认为室内区域为安全区域（见图2）；

图1 室外为Zone1且无AIRLOCK的情况

图2 室外为Zone2且无AIRLOCK的情况

3) 当室外为危险区域Zone1时，在设置AIRLOCK时，设置一个气密界面分隔并保持AIRLOCK和室内正压通风，可认为室内区域为安全区域，AIRLOCK为危险区域Zone2（见图3）；

4) 当室外为危险区域Zone1时，在设置AIRLOCK时，设置一个气密界面分隔并保持AIRLOCK和室内机械通风，可认为室内区域为Zone2，AIRLOCK为危险区域Zone1（见图4）；

图3 室外为Zone1且有正压AIRLOCK的情况

图4 室外为Zone1且有AIRLOCK的情况

5) 当室外为危险区域Zone2时，在设置AIRLOCK时，设置一个气密界面分隔并保持AIRLOCK和室内机械通风，可认为室内区域为安全区域，AIRLOCK危险区域为Zone 2（见图5）。

从上述5种情况中可看出，AIRLOCK、正压通风和机械通风是降低爆炸风险的重要措施。

图5 室外为Zone2且有AIRLOCK的情况

1.2 IGC Code中的描述

参考IGC Code (2014)的第3.6.1节“Access between hazardous area on the open weather deck and non-hazardous spaces shall be by means of an airlock”，AIRLOCK是位于危险区域（露天）与安全区域之间的通道[1]。

AIRLOCK是应用于危险区域与安全区域之间的通道，从而避免危险气体进入安全区域，最大限度地确保人身安全。从IGC Code的定义中可认定此处的危险区域并不包括Zone0，因为露天的危险区域不可能有Zone0存在。

2 AIRLOCK的配置要求

设置AIRLOCK和通风都是降低爆炸风险的方法，若AIRLOCK和通风均失效，则意味着爆炸风险大大增加，因此对两者进行失效监控尤为重要。IEC标准和IGC Code对两者的失效监控有不同的要求。

1) 当危险区域为Zone1且设置AIRLOCK时，IEC标准和IGC Code的主要要求有所不同，具体见表1。

表1 危险区域为Zone1且设置AIRLOCK时IEC标准与IGC Code对比

2) 当危险区域为Zone 2且设置AIRLOCK时，IEC标准和IGC Code的主要要求有所不同，具体见表2。

表2 危险区域为Zone2且设置AIRLOCK时IEC标准和IGC Code对比

IEC标准和IGC Code在防止AIRLOCK正压失效方面的要求基本上是一致的，如对门的要求及报警等。IEC标准分别对危险区域为Zone1和Zone2的情况给出了详细的要求，且当AIRLOCK正压失效之后，要求采取恢复压力或断电等措施确保安全；IGC Code对这些要求的描述不够详细。

3 IEC和IGC Code的推荐设计

当工程项目遇到危险区域与安全区域分隔时，通过设置AIRLOCK和一些辅助措施来降低危险区域的等级。IEC标准和IGC Code对AIRLOCK的要求有所不同，应根据工程项目需满足的规范、法规的要求进行AIRLOCK设计。

3.1 IEC标准推荐设计

当工程项目仅需满足IEC的要求[2-3]时：

1) 一般情况下，室内区域门的开口设计在Zone 2区域，因此可参照图2或图5所示的情况设计。

2) 大多数情况下，与危险区域相邻的室内区域面积较大，安装的电气设备数量较多，保持正压通风有难度，且需满足配置正压通风时的要求，若室内安装的电气设备为非防爆设备，则需在正压失效情况下断电，或将室内电气设备改为防爆型设备。这些要求在室内面积大、电气设备数量多的情况下是很难满足的，因此按照图2所示的情况设计难以实现；若按图5所示的情况增加一个AIRLOCK，可降低室内区域的通风要求，室内通风只需机械通风，室内电气设备可为非防爆型设备（无断电要求），且只需满足配置机械通风时的报警要求，而AIRLOCK面积很小且电气设备数量较少，配置防爆型电气设备的要求容易满足，因此推荐按图5所示的情况设计，具体见图6。

图6 IEC标准推荐设计方法Zone2

应尽量避免AIRLOCK布置在Zone 1所在区域，若无法避免，AIRLOCK内部电气设备配置推荐见图7。

图7 IEC标准推荐设计方法Zone1

3.2 IGC Code推荐设计

当工程项目仅需满足IGC Code的要求时，AIRLOCK的内部电气设备配置推荐[1]见图8。

图8 IGC Code推荐设计方法

3.3 IEC标准和IGC Code推荐设计

当工程项目需同时满足IEC标准和IGC Code的要求时，由于IEC标准的部分要求更高，建议按第3.1节的要求来设计，同时应满足IGC Code对报警的相关要求。

惠生（南通）重工有限公司建造的FLNG的技术规格书中明确指出要满足IEC标准和IGC Code的要求，故应根据IEC标准和IGC Code的要求进行AIRLOCK及其临近区域的设计。FLNG主甲板大部分区域为Zone2，并在Zone2设置有至下层甲板的梯道。由于下层甲板室内的空间面积非常大，且安装有很多电气、仪表设备（如分电箱、控制箱、传感器等），为降低项目成本，根据IEC标准和IGC Code的要求，在梯道入口处设置一个 AIRLOCK，将下层甲板室内的空间降低为安全区域，其通风和设备防爆要求大大降低，设计的具体情况如下（部分地方高于标准要求）。

1) AIRLOCK的两扇门均为自动关闭、气密、不带止门器、门间距大于1.5m并小于2.5m，同时有警告关闭的铭牌（不得同时打开两扇门）。

2) 通风的配置：AIRLOCK使用独立风机确保正压，室内空间为机械通风。

3) 监测和报警的配置：AIRLOCK和室内区域均安装压差传感器和就地报警器，并延伸至中控系统报警；AIRLOCK配置可燃气体探头，并延伸至中控系统报警；AIRLOCK两扇门均配置限位开关，并在AIRLOCK两侧均安装报警器。

4) 设备防爆等级：AIRLOCK电气设备均为满足Zone2的防爆设备要求，包括风机、风机按钮、灯具、压差传感器和报警器等；室内区域的设备无防爆要求。

4 结 语

若海洋工程项目涉及危险区域，当与危险区域相邻的室内区域面积较大或室内区域的电气设备较多时，可考虑通过设置AIRLOCK、通风等辅助措施来降低室内区域的危险等级，从而降低项目成本。

关于AIRLOCK及其邻近区域的设计，特别是在通风、监测报警和设备防爆等级方面，除了满足船级社规范的要求以外，还应满足IEC 60092-502和IGC Code的要求。本文结合FLNG设计建造经验，提出AIRLOCK及其邻近区域推荐设计方法，实际项目可参考需满足的标准进行设计。