陈应战，谭 瞳

（1.中远海运重工有限公司，上海200135；2.启东中远海运海洋工程有限公司，江苏南通226200）

0 引言

FPSO，即浮式生产储油卸油装置，是一型被广泛应用于海上油气田开发的浮式生产装置，可以对海上开采的石油进行处理、储存、外输，并可以进行动力发电、供热以及提供人员居住处所等。FPSO常年工作在某一特定海域，设备数量多、系统复杂且集成难度大，自动化程度高，对电气仪表（EICT）设计提出更高要求。针对如何做好电气仪表设计工作，本文从基本设计、详细设计和生产设计3个不同阶段分别进行了阐述[1]。

1 前期设计的规划

在项目接单之初，要对FPSO的工作环境、所采用的设计标准和规范进行广泛的研究，建立相关文件和最新规范规则的信息数据库，用于后续的设计工作。对电气仪表设计来说，配电系统的容量和安全控制系统的架构尤为重要。在电力分配时，一定要提前考虑ESD的设计以及UPS电源的架构和分布，从安全仪表控制系统的SIL要求、IO箱的分布和系统的IP 等级、防爆要求、冗余要求以及容错备份等方面进行分析。针对内外通的设计，一定要把船东规格书和相关公司文件研究透，对室外设备的IP 等级和防爆要求有充足的描述和确认，对一些重要系统容量和设备数量要预估好，如PAGA、CCTV、TELEPHONE、RADAR、GMDSS等系统。根据天线的接地工艺要求，要确认好防雷设计和防爆要求，BARRIER填料函的选择，这些都较大地影响到设备的价格和采购合同的签订[2]。

在做图纸清单（PPS）的时候，有些基本设计文件需要船东或者是大包电气商提供，这些要求一定要在技术协议和与船东签的技术合同之中得到体现，也就是说工作范围要分清，不同阶段的设计人力资源策划也要提前做好。

由于FPSO的设计有很强的客户定制化要求，前期规划时一定要考虑好，对于外委设计，一定要把相关部分的规格书研究透彻，尤其是与安全控制相关的一些分析和原理设计，SYSTEM PHILOSOPHY，比如配电的ELECTRICAL OPERATION PHILOSOPHY ，灯的3D ILLUM ICATION CALCULATION，火气布置的MAPPING STUDY，SIL/SIF 安全分析，ALARM OBJECTIVE ANALYSIS分析等。明确责任，未雨绸缪，这将会大幅降低成本；要制作详细的追踪文件，基于明确的设计周期来追踪上述重要的文件。

电气仪表（EICT）专业的图纸和文件的管理，也是前期规划的一个重点，这些文件包括：船东规格书、规范规则、基本设计文件、供应商的文件、相关专业的上游图纸、本专业图纸及清单、TQ、PCO、MOM、图纸会签单和发放记录等等。如果能编制一个详细的图纸管理说明书，在管理文档的过程中不断地完善将是最佳解决方案。

2 详细设计的策划

FPSO 的基本设计一般不是船厂的工作范围，而是由船东提供或者外委设计。对于船厂设计部门而言，详细设计起到承上启下与前后衔接的作用，是设计工作的重点。做好详细设计的细化工作，就能够很好地反映基本设计的要求，实现基本设计的功能。详细设计也是生产设计的输入条件，为生产设计提供建模图纸，规范生产设计的布置和系统设置，提高预舾装率，让模块化出图和智能制造成为可能。详细设计通用流程如图1[3]。

图1 详细设计通用流程图

电气仪表（EICT）专业的详细设计，可以从三个子专业的策划入手，分别规划，同时考虑其中互为影响的事项，提供一个综合的解决方案。

配电系统是FPSO设计的重点之一，所占的成本也是很大的，任何原理上、容量上的错误和修改，都会造成巨大的浪费。因此，在负荷的分析和分配时，尽可能做到最优，让电力变压器、主要馈电开关的容量较为合理。配电盘的操作安全是FPSO设计的难点，机械互锁和电气互锁连动设计通常也是船东和船检关注的一个重点。在对一些与安全相关的负载进行分配时，如消防泵、压载泵、等重要的消防安全系统，一定要满足船级社规范、规格书以及作业海域相关国家的要求。否则，一旦后期调整，对成本的影响是巨大的。

在考虑了大负载的分配后，同时也要着重考虑HVAC和电伴热的配电分配方案。根据FPSO的作业海域和环境温度，总体估算HVAC和电伴热配电盘柜的容量，同时参考同类型FPSO的解决方案，合理分配低压电力变压器的负载，电伴热系统布置根据管路布置图逐个分析计算。

与常规的海工平台不同，对FPSO而言，如何分配UPS电源，设计其容量，是安全上考虑的重点。最初的分配和计算十分重要，架构上的设计一定要考虑好，分散的UPS设计现已取代集中的供电设计成为FPSO 和钻井平台USP 电源分配新的发展方向。配电系统是实现ESD和F&G 切断的一个主要载体，如何合理分配ESD和F&G切断线圈，让ESD切断的操作在逻辑上简单可靠，是配电设计需要考虑的问题。

仪表控制系统的设计是FPSO设计的重点和难点。FPSO安全控制系统设计有别于一般海工平台中控系统的设计，讲究系统原理的出处和分析计算。仪表控制系统是实际安全管理的重要保障，很多的分析和计算要求由专业的设计公司提供。船厂的详细设计团队一定要明确该FPSO需要做哪些重要的分析和计算，以及重要的原理设计，哪些设计工作船厂可以自己做，而哪些工作需要外委，要有明确的分工。不能一味地等靠船东，直至收到船东的要求再着手准备，这样会大大影响设计的进程。

IO LIST 的设计是FPSO仪表系统中的一个重要任务，必须要由专人专项负责。如果能够使用软件管理输入和输出，将大幅减轻劳动强度和一些重复性工作。IO LIST 模板一定要和船东确认，如何把各设备包的IO LIST 与船厂的IO LIST 综合在一起，体现了设计者的智慧。ESD/PSD，F&G，HVAC等相对独立系统的IO LIST 可以由负责该系统的设绘者整理完成，将大幅减少IO LIST负责人的工作强度。

对于ESD/PSD、F&G 系统，在设计之初相应的原理设计就需要得到船东的认可，相应的安全设计的原理性文件也要得到船东和船级社的认可。其系统主要的功能设计体现在因果图（CAUSE&EFFECT）上，因果图的框架和格式要与船东确认好，避免在设计过程不断的更改格式。针对ESD/PSD系统的冗余和容错功能设计以及故障事故时隔离功能的设计要认真分析，通常该系统是SIL2的系统，由于某些重要设备的安全分析原因，还会出现SIL3的设备。在系统设计时，ESD/PSD、F&G 系统自身的可靠性是很重要的，也是船东船级社非常关心的事项，所以在系统的冗余设备的备份上，一定要与系统的大包供应商确认好功能；相关的PID/DID/DATA SHEET在参数上的选定和功能确认上，一定要与基本设计公司澄清好并得到船东、船级社的认可。FPSO重要系统的过程检测功能验证，也是ESD/PSD系统设计的重点。一些重要的逻辑图和控制原理图，必须在ESD/PSD系统固化之前得到完善和固化，后期的任何修改，都要下发正式的通知单。F&G 系统的设计FPSO对探头和数量和位置都有很具体的要求，这样就需要区域隔离和设备切断的逻辑要十分清晰。

控制仪表管线的设计（TUBING DESIGN）通常采用专人设计，由两位以上工程师承担，需要全面地研究PID，DID图，建立3D 模型，定位出图。与管系专业澄清好控制仪表管线设计的界面要求，要有专门的界面图纸（HOOKUP DRAW ING）和说明，定货时要有专业联系单。

振动监测也是与FPSO控制相关的一个重要系统，在主要设备定货时，一定要求各设备商在技术协议中明确提供接口图和相关的信息，否则后期再提出要求实现起来是十分困难的。

内外通系统（Telecom）也是FPSO设计的难点，主要是因为FPSO外部区域大都是危险区。根据UKHSE 等规范要求，如果外部设备在ESD1后仍然运行，就要满足ZONE1的要求，这对外部设备选型影响较大。此外，各种天线、通信设备以及控制台的合理布置，设备的冗余和电源的备份都是设计中需要考虑的问题。

3 生产设计的策划

生产设计开始时，要把人力策划好，安排3人分解详细设计设备布置，3人分析电缆走向，时间约为一个月。在充分理解系统要求后，再开始模型的设计。模型设计时，主干托架先行，重要的电气房间先行，对全船的布置紧凑区域和交叉密集区域进行专门分析。重要的电气房间和区域的主干托架至少要有两路进出的路径，并尽可能分开，为UPS、中控、火气和广播系统留有分开的通路。要对重要设备的底座进行结构强度分析，结构加强要得到相关专业的认可。重要仪表要考虑安装方向、变形余量以及防振动的要求。

FPSO电气仪表专业的设计策划主要是针对定制化的海洋工程产品，鉴于各油田状况和应用区域海况各有不同，工程要素和适用的标准规范也各有特色。但是，海洋工程的通用性原理是相通的，设计理论和方法也是可以借鉴的。按照以上分阶段策划的方法，可以使得FPSO电气仪表设计更加符合工程进度计划要求，降低设计过程中差错率，减少图纸延期现象的发生。

通过以上的分析，我们认为FPSO电气仪表（EICT）的设计策划需要分阶段分专业的组织和规划，在具体的设计过程中要做好反馈和总结，不断的纠正和更新具体的设计任务，找到最优的设计方案。

4 结论

本文从配电、仪电、内外通3个子专业入手，针对基本设计、详细设计和生产设计等不同设计阶段的具体规范要求和设计原则，对不同阶段、不同设计时期电仪设计进行了管理和规划。设计策划方案可为海洋工程FPSO电气仪表专业的设计提供很好的指导和建议，具有普遍的适用性，理论详实，专业性强。