半潜式钻井平台应急关断系统的激活逻辑探讨

李晗　蔡阿新　苏俊强　翟洪平　葛永强

摘 要：海洋油气的勘探作业逐年有序增加和深入探索海洋未知领域，但是在钻探过程中会产生易燃易爆气体，为预防出现严重的安全事故，则需要在前期进行布置气体和火灾探测，并进行相关逻辑关联设计与应急关断系统进行配合操作，来保护平台安全。因此本文在汲取多个平台项目经验基础上，着重依火灾或气体探测报警的程度进行划分，并综合考虑设备的分组控制，结合到对应的应急关断系统的层级，以期为钻井平台钻井作业安全运行和人身安全提供一定的借鉴作用。

关键词：钻井平台;火灾;气体探测;应急关断系统

导言：由于平台钻探区域及相连接区域、和配套设备间区域存在易燃易爆性气体，如果易燃易爆气体的浓度在某一区域达到爆炸条件，就会爆炸并引起火灾，将严重危害到钻探作业及平台人员的人身安全。因此，火灾与气体探测系统（简称F&GS）的预防监控和报警后的安全操作至关重要，而应急关断系统（简称ESD）是钻井平台的重要安全控制部分，将F&GS整合到ESD层级关断逻辑的设计直接影响整个平台的运行及工作人员的安全。

1 ESD系统的等级和层级分组

本文探讨是基于ESD系统等级分三级，依次由高到低为APS->ESD2->ESD1[1].应急关断系统的层级分组是指在ESD系统每个等级里面都可能有不同的分组控制，便于系统设计和节省成本。

ESD等级分组构成

APS机舱关断按钮，延时关断（火气系统，广播系统，ESD系统，无线电/外部通讯系统，UPS系统等）

ESD2钻井BOP控制系统关断

ESD1自然通风区域安装的非防爆设备和气体探头保护区域的单独隔离关断

2 ESD系统的激活

F&GS系统和ESD系统是钻井平台中重要的安全系统，其中ESD系统的激活有两种方式：第一种方式是通过从火灾和气体探测系统中得到确认报警后，激活ESD系统的对应层级;第二种方式是由平台具有职权的工作人员，根据现场巡查或平台整体险情判断，通过手动操作ESD按钮，激活ESD系统。在实际平台应用中，ESD系统的所有激活将设计在因果图表（英文Cause and Effect）里面，然后由ESD系统服务商工程师根据设计的因果图表，做到ESD软件中。本文主要是探讨ESD系统在平台的实际工况中与其他系统的接口，并综合设计激活的逻辑策略。

2.1  由FGS报警来激活ESD系统

由于平台在海上工作的特殊性导致不易于实施海上救援，因此需要严密进行安全风险控制，防止火灾险情、易燃易爆气泄露导致的严重事故，要将险情在初级阶段得到有效控制。F&GS的报警主要是用来监控整座平台的火灾险情和易燃易爆气体-如：HC（碳化氢混合物气体的简写）、H2S（硫化氢混合物气体的简写）的泄露与扩散。

当钻井平台定义的气体危险处所安装的火灾探头探测动作预报警后，平台值班工作人员要在两分钟内进行确认预报警处所的火灾真实性，如果发现预报警是误报警，可以进行人工解除逻辑指令;但如果平台工作人员未在两分钟内进行操作，那么预报警将转为报警，将立刻触发整个平台的报警系统进行报警广播，由F&GS发出信号指令到ESD系统控制中心，将自动激活ESD1级，同时启动消防泵[2]。

根据气体探头安装的位置与不同气体爆炸限值制定不同的应对措施，（注：根据不同环境位置布置不同种类的探头，本文不做深入讨论。）以下是火灾报警和气体探测报警的不同情形激活对应的ESD组定义：

1）在以下情形，气体探头探测到易燃易爆气体，将发出气体泄露预报警，将延时两分钟后触发整个平台的报警系统进行报警广播，同时F&GS发出信号指令到ESD系统控制中心，将首先关断露天非防爆型设备或可能发生点燃危险气体爆炸的相关设备电源，作为一个安全隔离：

a）当危险区域安装的气体探头或为其服务的通风排气口安装的气体探头探测到气体浓度在低报警位（HC 30% LEL[1]或H2S 10% PPM[1] ）并动作;

b）当露天的非危险区域安装的气体探头探测到气体浓度在低报警位（HC 10% LEL[1]或H2S 10% PPM[1] ）并动作;

c）当非危险区域舱室的通风系统进气口安装的气体探头探测到气体浓度在低限值并动作。

2）在以下情形，将发出气体泄露确认报警，立刻触发整个平台的报警系统进行报警广播由F&GS发出信号指令到ESD系统控制中心，将自动激活ESD 1级，同时启动消防泵：

a）当危险区域安装的气体探头或为其服务的通风排气口安装的气体探头探测到气体浓度在高报警位（HC 60% LEL[1]或H2S 20% PPM[1]）并动作;

b）当露天的非危险区域安装的气体探头探测到气体浓度在高报警位（HC 30% LEL[1]或H2S 20% PPM[1]）并动作;

c）当非危险区域舱室的通风系统进气口安装的气体探头探测到气体浓度在高报警位（30% LEL[2] 或H2S 20%PPM[1]）并动作;

d）当火灾气体探测C&E采用了表决逻辑设计，两个气体探头的探测值在低报警位并动作。

2.2由平台上的工作人员手动操作ESD按钮来激活ESD系统

平台上的工作人员要定期进行巡查平台上的机器工作处所或现场环境，在巡查过程中人员会配备合适的防爆气体探测仪器，用于监测气体泄露，尤其是出入危险处所的工作人员。以下是工作人员或具有操作权限的工作人员在不同情形需要进行激活ESD不同等级的按钮：

1）当工作人员在露天区域或配备有ESD系统按钮的区域发现有险情，可通过插钥匙激活单个ESD 1按钮（注：ESD 1按钮是最低级，工作人员都可操作）;

2）ESD 2级按钮需具有操作权限的人员才可以进行操作激活。其中ESD 2按钮是安装在重要位置，是采用同时插钥匙-操作双按钮进行激活。

3）APS级按钮弃平台按钮，安装在重要位置，需具有操作權限的人员在综合判断平台的险情之后，采用同时插钥匙-操作双按钮进行激活，整个平台响起弃平台警报，此时全体人员都必须迅速撤离平台。

3 结语

总之，半潜式钻井平台因其的特殊性和工作环境，所涉及的系统非常繁杂，也牵涉大量的电仪设备，在考虑ESD系统的激活逻辑，需要对整个平台的危险区域布置、电气设备布置，火灾探测系统布置，逃生设施和详细规范要求等进行全面了解，并结合实际项目规格书要求对其系统的前端进行详细剖面分析，制定切实可行的逻辑策略，并贯彻到ESD系统的因果图表和软件程序中，从而为钻井平台正常作业保驾护航和持久运行起到关键作用。

参考文献：

[1] 李晗，葛永强，蔡阿新. 半潜式钻井平台应急关断系统的分级设计与关断逻辑探讨[J]，今日电气，2019-5.

[2] 挪威船级社规范DNV-OS-D301 Fire protection， 2014-07

[3] 挪威石油工业技术法规，NORSOK S-001 Technical Safety （edit 4， Feb. 2008）

作者简介：

李晗，身份证号码211403198412298411。