X平台台风发电机CO2灭火系统整体优化升级

梁吉松

摘要：X平台台风发电机在避台风期间是UPS和火气系统电力供应的关键，配套的CO2灭火系统能自主监控发电机内部环境，确保发电机安全运行。然而，维保测试中发现灭火系统存在设计缺陷，主瓶释放失败时备瓶无法自动释放，需人工操作，增加了灭火风险。此外，台风发电机原设计独立且中控监控不足，不符合远程操作要求。鉴于台风发电机CO2灭火系统稳定性问题，需全面升级软硬件，尤其是已停产的西门子PLC S7-200控制器，以满足生产需求并实现远程监控管理。

关键词：CO2灭火系统；PLC控制；逻辑优化；远程监控、软硬件升级

一、前言

随着海洋油气开发技术的不断进步与安全生产标准的日益提升，海上平台设施的安全保障体系越发显得至关重要。台风发电机作为关键的备用电力设备，在极端天气条件下对整个平台的正常运作起着决定性作用。台风发电机CO2灭火系统是专门为中海石油（中国）有限公司设计和研发的，具有国内领先水平，在国际上应用较为广泛的一种现代化消防装备，它除了继承了气体灭火系统所具有的灭火剂毒性低、不污染设备和绝缘性能好等诸多优点外，为了适应船舶消防设施配套的需要还进行了多项优化设计。设计中包含两个CO2释放气瓶、两个氮气气动气瓶、两个释放电磁阀，但是电磁阀释放逻辑存在缺陷，无法再释放气瓶主瓶释放失败后，自动通过信号，释放备瓶。台风发电机为台风期间供电设备，撤台时，平台处于无人值守状态，若灭火逻辑不完善导致火情无法抑制，可能导致台风发电机整体财产损失，甚至火情蔓延，造成更严重的后果。在维保逻辑测试时，发现此逻辑缺陷，通过资料整理和现场调查，决定班组自主完成台风发电机CO2灭火系统灭火逻辑优化工作。

为适应自控远程操作新模式，在专控系统内新增台风发电机CO2灭火系统火气探头监测和现场摄像头监控点。可以在自控模式下，在陆地操控中心对CO2灭火系统进行远程监控，发生火灾时及时采取应对措施。

同时，为确保现场设备的稳定性，以及后续的维保和备件采购工作，公司将进行硬件和软件的升级，将原有的PLC S7-200控制器更换为PLC S7-1200控制器，并根据现有需要对原程序进行升级。

此项目在2021年下半年创新创效技术革新活动中获奖，并参与2022年QC活动小组项目。

二、设备现状

目前，平台上台风发电机CO2灭火系统主要由接线箱、气控管路、电控管路、控制阀组、灭火剂瓶组、支架、集流管、集流管压力表、泄放管、液体单向阀、连接软管、排气阀、压力开关、吹洗阀、称重装置以及喷头等零部件组成。

平台台风发电机CO2灭火系统有三种释放方式：自动释放、手动释放、机械应急释放。除机械应急释放外，其他两种系统释放方式均通过电磁阀释放。

系统通过现场PLC逻辑控制电磁阀释放启动气瓶，从而驱动CO2灭火。但是，在操作面板上只能操作主备瓶的切换，无法在主瓶释放失败后自动激活备瓶电磁阀，无法监控现场火气系统状态。设备老旧且配件已经完全升级，当前设备型号已经停产。本次整体升级改造方案主要针对上述问题进行优化创新，解决安全隐患、自控模式新需求、设备稳定性问题[1]。

原程序主要功能有主程序、初始化功能、火气探头故障逻辑、火气探头触发逻辑、CO2释放逻辑、指示灯测试、声光报警控制、声光报警实验、触摸屏功能组成。现有的台风发电机CO2灭火系统在触发逻辑释放选择的主瓶后，如释放管线上的压力开关未检测到CO2释放压力信号，则在120秒后复位两组氮气驱动瓶瓶头阀的电磁阀。

台风发电机CO2灭火系统PLC型号为西门子S7-200系列CPU266CN，通过EM223CN模块拓展数字量输入输出通道、EM231CN模块拓展模拟量输入通道。数字量输入信号包括控制盘的手自动模式、CO2手动释放按钮、主备瓶的选择开关、灯测试按钮、释放管线上的压力开关、台风发电机撬内温度探头等。数字量有源输出用于驱动现场声光报警装置、氮气驱动瓶电磁阀、面板指示灯等的控制继电器，以及向台风发电机控制系统的停机指令。模拟量输入信号为台风发电机撬内火焰探头及可燃气探头的电流信号[2]。

中控原设计只显示台风发电机启停提示报警，没有台风发电机CO2灭火系统探头状态相关设置。

三、台风发电机CO2灭火系统整体优化升级方案

（一）逻辑优化程序分析及升级计划

通过现场功能测试反馈结果，发现编译缺陷。在对程序进行优化前需要全方位了解原程序功能。原程序主要功能由主程序、初始化功能、火气探头故障逻辑、火气探头触发逻辑、CO2释放逻辑、指示灯测试、声光报警控制、声光报警实验、触摸屏功能组成[3]。

优化改造将涉及的主要程序段位于“CO2施放控制”子程序内，需要对“CO2施放控制”子程序逐步分析，避免优化改造后出现点位冲突、逻辑错乱等现象。

原程序实现功能如下：

手动启动释放逻辑。主要实现的功能为：当两个现场控制面板其中之一选择为手动模式后，可通过现场释放按钮启动CO2释放流程；在手动释放启动后，30秒内可通过按下释放抑制按钮，或者通過将现场两个控制面板模式开关均选择为自动模式终止释放；手动释放启动后，发出台风发电机停机指令。

自动启动释放逻辑。主要实现的功能为：当两个现场控制面板均选择为自动模式后，满足热探和火探2选2逻辑（M0.4）触发CO2释放流程；在自动模式下释放启动后，40秒内可通过按下释放抑制按钮终止释放，或者在20秒内通过将现场两个控制面板模式开关其中一个选择为手动模式终止释放。

主备瓶选择切换逻辑。主要实现的功能为：当两个现场控制面板其中一个选择氮气驱动瓶A为主瓶时，氮气驱动瓶A被设置为主瓶。当两个现场控制面板都选择氮气驱动瓶B为主瓶时，氮气驱动瓶B被设置为主瓶。满足手动或自动释放条件并延时，被选择的主瓶电磁阀得电，氮气被释放。

氮气驱动瓶电磁阀复位逻辑。主要实现的功能为：当释放抑制按钮被按下时，复位两个氮气驱动气瓶的电磁阀。当其中一瓶氮气驱动瓶电磁阀动作时，而释放管线压力开关未动作或已恢复时，延时120秒，复位两个氮气驱动气瓶的电磁阀。

经过现场逻辑测试、硬件设备排查、程序分析等工作，确定现场台风发电机CO2灭火系统灭火逻辑存在编译缺陷，当主瓶压力不足或者PLC给出释放信号，但电磁未响应时，无法识别主瓶未释放成功的状况，没有相关程序段在此种情况下通过逻辑释放备瓶，则不能通过备瓶实现释放要求。

利用现有的设备和信号对释放逻辑精心改进。在现有PLC释放系统的基础上，优化台风发电机CO2释放程序。程序应该尽可能简洁，减少逻辑漏洞与非必要的动作。经多方案比较后，确定了如下设计方案，在触发CO2气瓶释放逻辑时且未满足判定释放条件（M0.3）时，进行计时。达到10秒后，如仍未触发释放判定条件，则触发备瓶氮气驱动瓶电磁阀，释放备用CO2气瓶。当CO2灭火剂释放完（释放管线压力开关恢复）后，倒计时2分钟，复位两个氮气驱动瓶电磁阀。

针对远程控制功能，利用新铺设的通信线缆与专控系统建立通信。在专控系统中加入台风发电机CO2灭火系统的火气探头状态显示，监控现场火情，再利用陆地操控中心与中控建立的远程操控画面应急操作。

S7-200硬件设备已经停产，为后续的维保工作和现场设备的稳定性考虑，计划对现场软硬件进行升级，更换为S7-1200软硬件。对原S7-200控制器的机架、电源、CPU、IO卡等配套设备进行更换，升级为S7-1200控制器，新增控制信号通信线缆，并编写适合于S7-1200的程序，进行下装，软硬件升级结束后，对系统进行测试。

（二）升级改造过程

1.对CO2气瓶瓶头阀进行隔离操作，将氮气驱动瓶电磁阀从瓶头阀上拆下，保证CO2释放瓶组被独立出来。

2.预先铺设通信线缆，从中控专控系统机柜到现场CO2控制系统机柜，核对两边机柜接入点、端子、线号等。准备编程电缆、编程电脑及功能测试用的气源软管、热风枪、火焰探头测试灯等工具[4]。

3.对台风发电机CO2控制系统PLC原程序进行一次系统备份，核对S7-1200新编程序与源程序逻辑。

4.对现场24V电源进行断电，对现场机架、电源、CPU、IO卡等配套设备进行更换，重新接线，升级为S7-1200控制器。更换后送电查看硬件状态，确认良好后进行下一步。

5.下装已修改完成的程序，确认下装后卡件及程序正常运行。

6.在手动释放30秒内按下抑制按钮，确认释放取消。

7.在手动释放30秒后，确认主瓶电磁阀动作，10秒内触发压力开关，备用瓶电磁阀不动作。压力开关恢复后120秒，主瓶电磁阀失电。

8.在手动释放30秒后，不触发压力开关，备用瓶电磁阀在10秒后动作。压力开关恢复后120秒，主备瓶电磁阀失电。

9.自动状态下参考手动释放流程6-8进行测试。经功能测试，现场动作均符合预期，并未产生其他意外的动作。

10.现场测试结束后，保持气瓶隔离状态，对现场火气探头逐个进行测试，保证现场位号、触摸屏显示位号、专控上位显示信号触发状态一致，并在两个火探或者两个热探同时触发时，上位机显示火警报警提示。

根据上述步骤现场进行逻辑测试。在电磁阀脱开状态下，分别测试手动释放、自动释放、远程监视功能。在确认原有功能完善的情况下，新增功能测试成功。在主瓶释放失败情况下能够自动释放备用瓶，可以远程监控台风发电机CO2火气探头状态，达到预期优化效果。提高了灭火系统台风撤离期间无人值守时的可靠性、设备的稳定性、灭火的及时性[5]。

四、台风发电机CO2灭火系统整体升级优化实际效果

项目实施改造以后，新版软硬件运行正常，CO2控制系统稳定，成功实现了备用瓶组的补充释放功能及远程监控要求，在功能测试过程中及后续的维保测试过程中没有出现因控制系统升级而产生的其他意外情况，达到了预期效果。

经济效益：现场仪表自检自修，自主设计修改程序完成，节省调研以及一部分人员、服务外委费用。

安全效益：逻辑优化改造方案，可以提高台风发电机CO2灭火系统的可靠性，加强对发电机内部发生火情时的灭火效果。降低火情发展扩散的可能性，切实保护设备设施安全，减少设备安全隐患；新设备提高了设备稳定性，降低意外释放风险。

持续效益：为后期台风撤离期间平台的设备穩定性提供了安全保障，在无人值守时大大提高了发电机运行的安全可靠性；可实现远程监控，降低设备大范围损伤的可能性。

推广性：本次改造优化工作，在员工具备自动化设备施工技能的情况下，改造升级全面、符合安全和远程监控要求，针对性强，是一个安全可行、全面、高效、高回报的设备全面升级优化方案。

五、结语

该项目针对程序改造，是平台仪控人员自主进行优化改造升级的典型例子。许多老旧设施在平台建设之初，由于各种因素和新需求，如工期限制、设计欠缺或者是自控模式项目等，现场很多设备控制功能存在设备和逻辑的不完善。平台仪控人员完全可以梳理控制需求，结合实际，不断提高平台控制系统的自动化程度。目前，海上平台独立撬块使用PLC小型独立控制系统仍是主流，学习并掌握程序阅读、查错并修正，与中控乃至陆地远程画面进行通信操作。对今后在平台智能化、无人化升级背景下，提升仪控人员自动化改造工程的把控大有益处。

参考文献

[1]殳宏，王晓东.二氧化碳灭火系统快速释放阀的设计与校核[J].化工装备技术，2023，44（04）：21-25.

[2]张齐.氮气灭火系统在水泥厂煤粉制备车间的应用[J].水泥，2023（07）：42-45.

[3]吴鹏志，刘长春，文虎，等.二氧化碳灭火系统管道压降计算模型研究[J].消防科学与技术，2023，42（04）：531-535.

[4]杨冬立，冯德银.从船员培训视角看二氧化碳灭火系统事故[J].水上安全，2023（01）：55-58.

[5]冯德银.船舶二氧化碳灭火系统工作原理与事故预防措施[J].青岛远洋船员职业学院学报，2022，43（04）：1-5.

作者单位：中海石油（中国）有限公司深圳分公司番禺作业公司

责任编辑：张津平