海上工程平台的设计与应用分析

摘要：海上工程平台设计是十分重要的，本文介绍了六氟化硫（SF6）探测器的选型。并以某海上井口平台高压开关间为例给出了SF6在线监测包括探测器、采样点及传感器等的布置方案。将SF6监测系统和海洋平台F&G系统整合，实现了完整的SF6在线测控、自动报警、排风控制和远程监控功能。保障了SF6高压电气设备间生产人员的人身安全和设备的稳定运行，仅供参考。

关键词：海上油气平台；SF6气体泄漏；在线测控方案；F&G系统

中图分类号：S611 文献标识码： A

一、SF6探测器的选型

1、探测方法比较

常用的SF6探测方法有负电晕放电法、热裂解电化学法和红外吸收光谱法。

1.1负电晕放电法

负电晕放电法是以高频脉冲负电晕连续放电效应为原理，根据SF6的负电性对负电晕放电有抑制作用的特性来检测泄漏气体。但是，高频脉冲产生的电晕电场对于空气中的其他负电性气体也会发生反应，不能真实反映SF6的气体浓度，而且测量结果波动较大，很容易受到灰尘的影响，导致探测器无法定量测量，只能做定性产品使用。根据某陆地化工厂的调研结果，负电晕放电法的实际测量结果误报率较高，最多的记录一天有近20次报警，该化工厂电气主管得出的结论是探测设备误报警，现场并未发现SF6气体泄漏。

1.2热裂解电化学法

热裂解电化学法是利用仪器内置的吸气泵使SF6气体进入仪器并通过热裂解器使其发生裂解反应，其分解产物与空气中的氧气及水等化合后生成二次产物，再利用电化学传感器检测其二次产物就可以达到间接测量SF6气体的目的。该原理检测的是二次产物，不能直接反映SF6的气体浓度，而且测量精度不高，约为满量程的±5%。利用该原理的传感器探头具有易钝化、老化，寿命短和需定期更换电化学探头的普遍缺点。

1.3红外吸收光谱法

红外吸收光谱法的原理是化合物分子振动时吸收特定波长的红外光。非对称双原子和多分子气体在红外光波段有一定的吸收带，吸收带的强弱与所在的波长范围由分子本身的结构决定，只有当物质分子本身特定振动和转动频率与红外光谱中某一波段的频率相一致时，分子才能吸收这一波段的红外辐射能量。SF6对10.6μm红外光具有很强的吸收特性，而且不受其他气体影响，受温度和湿度的影响也很小。使用该原理的SF6探测器能够真实、直接地反映SF6气体浓度，而且精度高达0.001‰，误报率低，反应迅速，使用寿命长。

1.4其他探测方法

其他SF6探测方法还有声波法、电子捕获法及色相色谱法等，由于测量效果较差、不适于在线监测及价格昂贵等因素，在此不建议采用。通过对比分析，采用红外吸收光谱法的SF6探头能够可靠、准确地在线监测SF6浓度，应作为SF6探测器的首选。

2、取样方式比较

取样方式分为点式和主动吸入式两种：点式SF6探头一般布置在SF6设备房间墙壁的下方，距离泄漏源较远，探测报警结果滞后，探测效果较差；主动吸入式采用管线吸入，可以直接伸入机柜内部，靠近泄漏源，而且安装空间小，不受机柜内部电场干扰，同时可以通过分支采样管线增加取样点，不需要额外增加探头数量，降低成本。因此，应优先选择主动吸入式取样方式。综上所述，本方案最终选用了基于红外吸收光谱原理的主动吸入式SF6探测器，利用耐海上盐雾腐蚀的不锈钢仪表管将室内SF6气体吸入到SF6分析仪中进行浓度分析。为了减少灰尘的影响，在采样点末端增加了气体过滤器，提高测量精度，同时便于维护。

二、SF6探测器的布置方案

以某海上井口平台高压开关间为例，该房间内共有13台高压开关柜，为非密闭柜体，内部的高压开关采用SF6作为绝缘灭弧气体。13台高压开关柜可视为13个SF6泄漏点，原则上需要对每个泄漏点进行监测。基于主动吸入式的设计理念，选用7路采样管线，其中6路同时对每两台高压开关柜进行主动吸入式采样，剩下一路单独对第13台进行采样。采样管线从甲板下部布置，穿过甲板后进入机柜内部，穿甲板处做好密封。由于SF6比重约为空气的5～6倍，当发生SF6泄漏时，会首先往空气下层聚集，所以需将采样点布置于地面层，本方案将采样点布置于机柜下方300～500mm处。SF6分析装置布置于室外门口，高1.5m，带LCD显示，通过内置的吸入泵和红外分析仪对所连接采样管内的气体进行分析，并实时显示室内的SF6浓度。在室内、外门口上方明显位置布置声光报警器，当SF6泄漏达到1‰时，自动触发声光报警，提醒室内工作人员撤离，室外工作人员不可进入。在室内靠近门口位置设置氧气传感器和温、湿度传感器，用于监测室内空气情况，其中氧气传感器布置于地面层，距地面300～500mm处，温、湿度传感器布置于距地面1.5m高处，便于查看和维护。

三、SF6气体泄漏控制方案

为了当高压开关房间内发生SF6气体泄漏时，自动通风能够更好、更及时地排出SF6，减少电弧与SF6的反应，降低有毒二次气体的产生，房间排风机一般由平台的火气（F&G）系统控制。因此，有必要将SF6监测系统和F&G系统整合，以实现完整的SF6监测和自动报警保护功能。本方案将SF6探测器的信号和供电均接入平台F&G系统，海上平台的F&G系统一般具有SIL2或SIL3安全仪表等级认证，整体上提高了SF6监测、报警和控制的可靠性；同时F&G系统具有单独的备用电池供电，也提高了SF6探测器的可用性。

通信方式选用ModbusRTURS485，4～20mA

以及干触点信号等多种形式，将房间内各个区域的SF6气体浓度实时传输到位于平台中控室的F&G系统，实现远程监控。SF6气体泄漏在线测控方案框图如图1所示。当房间内发生SF6气体泄漏时，自动将SF6浓度传送到中控室的上位机，供平台工作人员查看。当SF6浓度达到1‰或者氧气含量低于18%时，F&G系统触发高压开关间的声光报警器和中控室应急控制盘上的声光报警器，提醒现场工作人员撤离和室外人员不要进入，并自动启动备用风机进行排风换气，降低房间内的SF6含量，以保障工作人员人身安全。

同时应要求高压盘内置SF6故障监测装置，并接入F&G系统。当发生放电或SF6泄漏故障时，触发F&G系统报警，提醒平台人员进行现场故障排查，及时维修，避免发生更大程度的泄漏。

结束语

Hycontrol VF03系列导波雷达液位计广泛应用于石油及化工等生产领域的物位和液位测量，充分了解其工作原理、日常维护方法、参数设置和调整步骤与注意事项，将有助于保证其测量精度和长周期运行。笔者汇总了常见故障现象与排除方法，希望能对同行的工作有所帮助。

结束语

SF6气体泄漏在线测控方案已经在2013年底成功应用在绥中36-1海上采油平台，为中海油海上油气平台的首次应用，现已推广到垦利3-2和秦皇岛32-6油田群。本方案提供了良好的监测和报警作用，保障了人员生产安全和设备的稳定运行。随着SF6绝缘高压设备在海上平台的使用，作为必备的配套安全报警措施，该技术方案有着广泛的推广意义与应用前景。

参考文献

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