海洋平台声光标示系统设计、应用及优化

2021-05-08祁江峰张春峰卢俊奇黄德燕加香君

中国海洋平台 2021年2期

祁江峰，张春峰，卢俊奇，黄德燕，加香君

(中船黄埔文冲船舶有限公司，广东广州 511462)

0 引言

随着国家“海洋强国”“制造强国”战略的实施，自升式风电安装平台、坐底式风电安装平台、多功能服务平台、居住平台等海洋平台项目将会越来越多。作为标示海洋平台外形与位置的安全系统，海洋平台上的障碍灯、雾笛、航空障碍灯等声光标示系统的作用越来越重要。适用于自升式钻井平台等项目的传统声光标示系统在面向风电安装平台、居住平台等新型海洋项目的设计、安装、订货等环节时针对性与适应性较差。本文主要根据公司成功建造交付的多型自升式风电安装平台、多功能服务平台、居住平台等多型海洋平台项目实船情况，对平台障碍灯、雾笛、航空障碍灯等声光标示系统的设备组成、设计依据、功能应用、装船方案、设备选型等方面进行详细阐述，总结声光标示系统的改进优化方案，为海洋平台、海洋浮式结构物、海洋固定式结构物、船舶类等项目提供借鉴，进一步提高海洋平台声光标示系统的自主设计能力。

1 海洋平台声光标示系统设计依据

海洋平台不同于一般船舶，多数时间处于海面静止状态，相对于移动的船舶而言，海洋平台可看作是一个大型障碍物。因此，海洋平台不仅需要有一般船舶配备的航行信号系统，而且需要能体现自身固有特性的信号指示系统，即障碍灯-雾笛系统。

根据《海上移动平台入级规范》[1](以下简称《规范》)和《海上移动平台安全规则》[2]中信号设备配置要求，海洋平台应设置助航灯、声响、标志灯和标志牌等信号设备。助航灯和标志灯统称为海洋平台障碍灯，通常选用雾笛作为声响装置，二者合为海洋平台障碍灯-雾笛系统。该系统主要由助航灯、光电开关、声响装置、雾气探测器、蓄电池组、控制单元、警示灯和警示标示组成。

2 障碍灯-雾笛系统设计应用与优化

2.1 障碍灯系统

根据《规范》要求：助航灯应为夜间显白色的同步发光灯。灯的结构和安装位置应保证从任何方向驶近平台的船舶至少看见一处灯光。灯应设置在设计高潮位以上6～30 m，灯光的闪光特征为莫尔斯信号“U”，最大周期为15 s，发光强度为1 400 cd，并同步工作。射出光束的垂直分布应保证自平台近旁至灯光最远射程都能看到。

助航灯主要用于夜间显示平台自身轮廓位置，通常安装在平台四角外围位置。但平台在吊装作业工况下，常有船舶靠近平台，并对平台进行水、油等物资补给。某平台的助航灯位于四角突出结构外(见图1)，虽满足规范要求但当船舶对平台进行补给时容易产生碰撞，导致安全风险。建议在后续平台项目设计中将其安装在护舷结构上方，或将其基座改为旋转式，可旋转至船体结构内部，同时便于日常检修。

图1 某平台助航灯安装位置示例

在系统设计中，容易遗漏助航灯的开关功能设置。在通常情况下，应设置光电开关，用于接收光线感应，若其所接收到的光线较弱，则会自动开启。光电开关的安装位置和安装方式非常重要。光电开关的接收光面应朝上安装，且安装位置应避免周围结构、舾装构件、大型设备等物体的遮挡，同时应注意其周围不能有高亮度设备，如投光灯。图2(a)为光电开关的错误安装方式，图2(b)为光电开关的正确安装方式。

图2 光电开关错误与正确的安装方式

2.2 雾笛声响系统

根据《规范》要求：声响信号应使任何方向驶近的船舶都能听到，雾笛安装位置应在设计高潮位以上6～30 m，听程至少为2 n mile，声响节奏特征为莫尔斯信号“U”，周期为30 s。短声最短持续时间应为0.75 s。当能见度等于或小于2 n mile时，声响信号应自动开启。应配置手动声响信号和其他发声器，以便声响信号故障时替换。

根据文献[3]要求：当能见度等于或小于2 n mile时，声响信号应自动开启。若需其自动开启，则应设置触发信号控制箱，在通常情况下应配置雾气探测器。当能见度小于规定值时，雾气探测器将触发信号输出至控制箱触发声响装置。在安装雾气探测器时，应考虑周围环境影响，不可将其靠近应急发电机排烟区域或其他容易产生烟雾的位置，避免触发错误信号。在通常情况下，雾气探测器安装于罗经甲板或驾驶甲板空旷位置，有利于准确探测平台周围环境雾气。

声响信号配置采用备份设计，即配置主、副雾笛。当主雾笛失效时，副雾笛可起到警告过往船舶的作用，但主、副雾笛有效范围不同，主雾笛有效范围为2.0 n mile，副雾笛有效范围则为0.5 n mile。

声响信号通常安装于罗经甲板或驾驶甲板中间位置，有利于声音的传播。由于该设备较高、较重，一般建议使用坐地式安装基座，不仅可减少设备基座重量，而且有利于后期维护保养。图3为某自升式风电平台声响装置安装图。

图3 声响装置安装示例

3 航空障碍灯和标志牌设计应用及优化

根据《海上平台安全规则》和《海上移动平台安全规则》要求：标志灯应装设固定于平台水平和垂直的端点，其设置应符合航空条件的要求。标志牌应设计成黄底黑字，安装固定于平台合适位置，其字体或字码高度为1 m，标志牌可采用灯光或反光材料使之在日间和夜间都能清晰可见。

航空标志灯主要作用是防止空中飞行器在夜间或亮度不足的情况下与平台结构部件发生碰撞。航空标志灯的选用应满足CAP437直升机甲板安全规定，且灯应持续发光，在设备订货时应注意该项要求，避免遗漏。

根据《规范》要求，航空标志灯应设置在平台的最高位置。由于平台处于不同工况时，其最高位置会发生变化，在设计过程中应充分考虑不同工况下整个平台的最高位置。

(1) 调遣就位(拖航或静止)工况。此时平台处于浅吃水或较低位置，桩腿的顶部是最高点，此时该位置应设置航空标志灯，如图4所示。

图4 自升式平台浅吃水状态

(2) 吊装作业工况。平台升桩后主吊机开始作业，主吊机吊臂会仰起一定角度，此时平台上最高位置是主吊机的吊臂，其吊臂顶端应设置航空标志灯。如图5所示在画框部分，需注意在设备订货和设计过程中要求设备厂家按要求设置航空标志灯并供货，以免遗漏造成后期较大的修改。

图5 主吊机吊臂工作状态

(3) 风暴自存工况。平台升桩后处于静止状态(见图6)，此时主吊机没有进入作业状态，其吊臂并没有仰起，在这种状态下，平台最高处应是主吊机三角架顶部，该位置也须设置航空标志灯。

图6 自升式平台升桩静止状态

4 声光标示设备订货选型及优化

4.1 障碍灯-雾笛设备

根据相关要求[1-2]：平台上的灯光和声响信号应安装应急电源供电系统，当主电源失效时，应急电源应自动供电。安装在危险区内的灯光、声响、电池和控制等设备必须防爆，并符合所在处所防爆类型、气体组别、温升等级的相关要求。

在设备订货阶段，声光标示设备厂家所提供设备清单上的助航灯、光电开关、主副雾笛、航空标志灯、雾气探测器等一般均为防爆设备，若采用这些防爆设备，还须提供防爆证书，这会成倍增加设备的订货成本和平台的建造成本。据了解，该系统设备最早运用于钻井平台，由于钻井平台油气泄漏风险等级较高、危险区域大，需配置防爆设备。然而风电安装平台、居住平台是近年来衍生的新型海洋平台产品，根据其特有的施工作业情况，危险区域小，一般不在海洋油气生产环境范围内，因此，在设备订货时可根据项目情况优先选用非防爆设备。建议对后续类似风电平台的障碍灯-雾笛系统设备订货进行优化，选配适用于安全区域要求的相关设备。

另外，根据中国船级社(CCS)《海上移动平台入级与建造规范》第5篇电气装置2.2.2.1要求：对为标示平台的任何信号灯和声响信号供电96 h。为满足该规定，通常对平台信号灯和声响信号系统(障碍灯-雾笛系统)配置单独的蓄电池组。除蓄电池组容量、布置需满足规范要求外，为提高蓄电池组系统自身的完整性和安全性，一般还设置温度传感器，主要用于测量蓄电池的温度，防止温度过高引发危险事故。同时，设置温度监控报警，提醒平台工作人员注意蓄电池的通风维护。为确保温度传感器所测温度的准确性，温度传感器安装位置应尽可能靠近蓄电池，若蓄电池有带玻璃钢箱，则应安装在玻璃钢箱内。建议传感器由厂家成套供货。

图7所示为某型自升式风电平台温度传感器成套蓄电池组箱。

图7 自升式风电平台温度传感器成套蓄电池组箱

4.2 平台桩腿航空标志灯设备

根据规范要求桩腿应设置航空标志灯，设备厂家需提供具有太阳能供电功能的航空标志灯，并要求其供电系统满足规范要求，即太阳能电池板白天吸收电能，将其供给蓄电池进行充电保存，当能见度低于10 lx(1 lx=1.5 mW/cm2)时，设备可通过光电开关实现灯的自动开启。因考虑设备安装在桩腿顶上，大幅增加了安装维护的难度。为降低安装难度，减少维护次数，设备资料认可时要求设备厂家将控制箱、电池箱、航空标志灯、光电开关和太阳能板等成套设备设计为一体，并在上面做好电缆桥架、电缆连接和各设备的安装固定，现场施工时只需将其整体撬块式定位安装即可，可大幅降低施工难度、减少施工工作量、缩减维护次数。

但设备厂家提供的太阳能航空标志灯通常只有1块太阳能板(见图8(a))，无法全方位接受全天的日照，易导致平台个别灯具出现点亮延迟和不稳定现象。经与设备厂商沟通，提出设备优化改造方案，增加1块太阳能板镜像布置(见图8(b))。经过太阳能灯板设计优化(见图8灰色框)，当同型号平台交付使用时，不再出现太阳能航空标志灯点亮延迟和不稳定现象，改善效果明显。

图8 航空标志灯优化前后对比

4.3 吊机航空障碍灯设备

平台主吊机上的航空标志灯一般由主吊机厂家提供，而主吊机供电来源于平台上主配电板或应急配电板，没有独立的蓄电池组作为备用供电，虽然应急电源来自于应急发电机，但当主、应急配电板停电时，主吊机上的航空标志灯将无法继续工作，无法满足96 h的规范供电要求，存在设计缺陷和危险性。经分析主要是主吊机设备厂家对于相关规范的了解有限，导致上述问题的产生。从安全角度考虑，不仅应配置不间断电源，而且应配备光电开关。即使在应急发电机失效的情况下，仍然能够起到警示过往飞机的作用，如救援飞机。后续的新建平台应根据实际需求让厂家按规定要求提供成套系统设备。