FPSO电房模块空气净化系统设计

童 军

（招商局重工（江苏）有限责任公司，江苏 南通 226116）

0 引言

FPSO（Floating,Production,Storage and Offloading System）是海洋石油天然气工业开发中集生产、储油、卸油于一体的海上浮式生产储卸油装置，是集人员居住与生产指挥系统于一体的综合性的大型海上石油生产基地。上部模块是整个FPSO的核心工作部分，负责FPSO的油气处理流程，这个区域存在着极大的危险性。而电房模块则相当于整个上部模块的大脑，里面布置着大量的电气和仪表设备，通过这些设备实现对整个上部模块的监控和操作。电房模块的安全性非常重要，不仅关系到工作人员的生命安全，同时也关系到整个FPSO的正常运转。电房模块一般都是紧挨着上部模块进行布置的，当上部模块发生事故或气体泄漏时，有害气体可能进入电房模块。为了确保电房模块的安全，电房模块内必须安装有空气净化系统，当发生事故的时候，通过空气净化系统对电房模块的空气进行净化处理，有效清除进入电房模块的有害气体。本文以某船厂在建的FPSO上部模块为例，阐述如何设计电房模块的空气净化系统，可为后续同类设计提供一定的借鉴。

1 相关规范和要求

根据IEC要求，当发生事故时外部的空气进入电房模块室内，需使用空气净化系统对电房模块内部进行空气清洁。净化系统风机必须是可反转的，而且换气次数不能少于5次/h[1]。净化系统风机的电力供应应使用主船体的应急供电系统，而不是电房模块本身的供电系统。空气净化系统模式应该是使用遥控的方式手动启动。

空气净化系统的设计需要满足以下相关规范的要求：1）ISO 15138《石油和天然气工业海上开采设备供暖、通风和空气调节》；2）BV NR445《海上设备入级规则》；3）《国际海上人命安全公约》（International Convention for the Safety of Life at Sea，简称SOLAS）；4）IEC 60079-13∶2017《爆炸性气体环境第13部分：密封增压空间“p”和人工通风空间“v”型防护设备》。

2 设计过程

2.1 确定净化管路的流程

电房模块的空气净化系统和空调通风系统是相互关联的，所以要设计空气净化系统，首先要了解清楚空调通风系统。根据房间的性质、用途以及通风的要求，将电房模块的房间划分为以下几个区域：电池间、实验室、中央空调区、机械通风区。

由于电池间和实验室的空调通风系统都是独立的，原理相对简单，只要把中央空调系统的设计原理梳理清楚，电池间和实验室的设计就不难理解，在此不做详述。

如果设计一个完全独立于空调通风系统的空气净化系统，一方面由于各个房间需要布置新的通风管路，增加成本，另一方面由于空间有限，没有足够的空间，所以需要考虑利用现有的空调和通风管路作为空气净化管路。为此，在现有的空调通风管路上增加空气净化风机和相关的管路，流程图如图1所示。

2.2 工作原理

空气净化系统的工作原理如下：1）当未发生任何事故时，一切处于正常工作状态的情况下，风闸1与风闸2处于关闭状态，净化风机停止工作，整个空调通风系统处于正常的工作状态。2）当外部发生事故时，整个电房模块处于停电状态，空调系统停止工作，此时与外部连通的风管的风闸也会关闭，切断与外部的连通，防止外部有害气体进入电房模块的房间内部；但是由于延时关闭的原因，还是会有部分气体进入房间。3）事故结束以后，外部恢复正常，此时不能贸然进入房间或启动房间内部的任何设备；要启动空气净化系统对电房模块内部净化空气，打开风闸1、风闸2、风闸4，关闭风闸3和风闸5，启动净化风机，对室内的空气进行置换。4）在进入房间或恢复电房模块设备的电源之前，净化风机应运行2 h，完成IEC 60079-13标准要求的10次换气；吹扫2 h后，操作人员可携带防护设备和便携式气体检测仪进入室内，在确认房间内没有有害气体后，设备准备好通电。

2.3 控制面板的相关要求及设定

在事故发生的过程中，由于整个电房模块内部有可能存在有害气体，所以空气净化风机以及相关的风闸都必须符合防爆要求，而且必须在电房模块的外部对净化风机以及相关的风闸进行控制和操作。如果将控制面板布置在电房模块的外部，控制面板也必须符合防爆要求。

由于在进行空气净化处理的过程中，整个模块还处于停电的状态，所以空气净化风机以及相关风闸的控制必须使用应急电源或者气源进行操作，风机也需要使用应急电源进行供电。根据以上相关要求，将净化风机的控制面板布置在空调机室外部的走道附近，这样既满足了相关安全要求，又便于操作。

2.4 控制面板的功能及操作方法

净化风机的控制面板主要有以下功能：1）打开/关闭净化风机；2）监控净化风机的状态。

通常情况下，空气净化模式应由PCS远程激活，并可通过其控制面板手动操作（在安全位置手动启动净化风机及相关风闸）。

净化风机进气风闸和净化系统出口风闸通常是处于关闭状态的，只有在启动净化操作之前才打开。

在空气净化模式下，电房模块空调系统和机械通风停止运转，与空调系统和机械通风系统连接的风管上的相关关闭风闸打开（常闭），吹扫空气通过空调单元和风管进出房间。

2.5 防火风闸的控制和操作的设定

当外部发生事故时，空调系统停止工作，所有的防火风闸都会自动关闭。如果要启动空气净化系统，首先必须打开相关的防火风闸（风闸4）。因为此时整个电房模块还处于停电的状态，无法使用电源打开防火风闸，所以需要使用气动的方式打开防火风闸。为此，需要设计防火风闸气动控制系统。

同样的道理，由于整个电房模块内部有可能存在有害气体，所以风闸开关控制台需要安装在电房模块的外部，这样操作时就可以不进入电房模块的内部，确保人员安全操作设备。

根据以上相关要求，将防火风闸开关控制台布置在空调机室外部的走道附近，这样既满足了相关安全要求，又便于操作，而空气瓶撬块则布置在空调机室内部。防火风闸控制系统如图2所示。

图2 防火风闸控制系统图

2.6 净化风机风量的计算

通过确定以上控制系统的设计方案和相关设备布置的初步方案以后，接下来就需要将设计工作进行细化，计算和确定相关的设计参数。整个过程中，最关键的还是要考虑各种安全因素，因为整个上部模块在运作过程中存在极大的危险性，所有的设计都必须满足安全规范的要求。

根据规范的要求，空气净化系统的换气次数为不小于5次/h，换气时间不少于2 h，所以各房间的风量需求可以按照房间的体积乘以5来进行计算。通过计算各房间的容积并进行汇总，房间的总容积为8 769 m3（空调机室+机械通风区+中央空调区），风量需求为8 769×5=43 845 m3/h。考虑到需要一定的设计余量，通过设备选型，最终确定风量为45 840 m3/h的风机。

3 空气净化系统的操作流程

电房模块停电后，如果在电房内部或暖通空调进风口检测到可燃或有害气体，则在给面板通电之前，应按照以下顺序进行空气净化处理：1）确保应急配电板通电，使空调机室内的空气净化风机接通电源。2）确保仪表空气可用，使防火风闸和关闭风闸执行机构能够正常工作。3）通过防火风闸开关控制台打开相关的防火风闸（注：其他风闸旁通控制阀要关闭）。4）通过净化风机控制面板打开净化风机。5）在进入房间或恢复电房模块设备的电源之前，净化风机应运行2 h，完成IEC 60079-13标准要求的10次换气；吹扫2 h后，操作人员可携带防护设备和便携式气体检测仪进入室内，在确认房间内没有有害气体后，设备准备好通电。

4 结束语

综上所述，本文以某船厂在建的FPSO上部模块为例，阐述了如何设计电房模块的空气净化系统，为后续同类设计提供了可供借鉴的经验。