CN1348525A - 内部转塔系泊系统的防爆系统 - Google Patents

Abstract

一种确保诸如海上生产和卸载浮筒的内部转塔的QDCD房间之类的封闭腔室的气态气氛不发生爆炸的方法和装置,其中封闭空间具有生产立管和管道连接器,它们是潜在的易燃气体源。该方法包括通过在封闭腔室内导入足够量的惰性气体而使空气的氧化剂含量混合并稀释,不论其中的易燃气体含量如何,使其中的空气和任何易燃气体的混合物不可燃。该方法包括在导入惰性气体的同时,通过将空气和任何易燃气体的不可燃混合物排到大气中而将该混合物排出封闭腔室,从而在所述基本封闭的腔室内留下基本惰性的气氛。转塔系统在所有模式(包括停机、工作和通风模式)的转塔操作下对封闭腔室内的气态气氛提供控制,并提供气体压力控制,以适应正常的工作条件和有气体泄漏入腔室的条件。

Description

内部转塔系泊系统的防爆系统

申请人在此要求由贾雷尔.H.扬、劳埃德.D.维滕、阿西斯.南迪、理查德.M.科德、戈登.B.豪厄尔和戴维.A.琼斯于1999年3月3日提交的、名为“内部转塔系泊系统的防爆系统”的美国临时申请No.60/122,630的权益，该临时申请援引于此供各方面参考。

                    发明背景

1.发明领域

本发明总的涉及用于防止内部转塔系泊系统中发生爆炸的安全系统，在该内部转塔系泊系统处，从海底油井传输烃类的立管连接于通到加工设备的管路。更具体地说，本发明涉及用于防止此类系泊系统中发生爆炸的气氛控制系统。

2.现有技术描述

过去，通风一直是防止因转塔系泊系统的立管与表面设备之间存在泄漏而发生爆炸的主要手段。通风系统有其固有的不利点，即在一定条件下，爆炸可能性仍达到无法接受的水平。

在海洋船舶载油舱和地面烃类储罐的安全系统的技术中，已经有基于对围场填充惰性气体的原理上的系统和方法。海洋船舶载油舱上所使用的惰性气体系统在国际海事组织(IMO)1990版的《惰性气体系统》一书中有描述。对油轮、尤其是烃类油轮上的惰性气体系统规定了许多准则。这些准则基于目前安装于原油油轮和通用货船上的、采用来自船只主或副锅炉的上升烟道的烟道气的惰性气体系统的设计和操作中的通常做法。这些准则为惰性气体系统提供了一种方法，其中，通过将惰性气体导入油罐以使氧气含量保持较低水平并将油罐气氛的烃气浓度降低至安全比例，从而实现油罐的防爆保护。从易燃性图表可以确定，随着将惰性气体加入烃/空气混合物，易燃范围逐渐降低，直到氧气含量达到一个通常选取为约11％(按体积计)的水平，低于此值就没有混合物可以燃烧。更换载油舱中气体的方法有三种，即：惰性化、清洗和除气。载油舱气氛控制的通常策略是，配有惰性气体系统的油轮应使它们的载油舱始终保持在不易燃条件下。根据该策略，载油舱应在它们含有油舱残留物或压舱物的任何时候保持在惰性条件下。氧气含量应保持在8％按体积计)或更低，同时所有载油舱中有正的气压。载油舱内的气氛应在不经过易燃条件的情况下从惰性条件过渡到无气条件。实际上这意味着，在载油舱除气之前，应用惰性气体清洗，直到载油舱气氛的烃含量低于临界稀释线。当船只在抵达装货港口之前处于无气条件时，应在装货之前对载油舱进行惰性化。

在美国国家消防协会(NFPA)1997版的《NFPA 69：防爆系统标准》出版物中，描述了另一会惰性化方法和系统，该出版物中所描述的标准适用于通过防止或控制爆燃(即速度低于声速的燃烧)实现防爆的系统和设备。

该标准概括了用于在含易燃浓度的易燃气体、蒸气、薄雾、尘埃或混合物的围场中安装防爆系统的最低要求。经验证的技术在该标准中分为两类：一类是基于防燃；另一类是基于在燃烧发生后防止或限制损害。

该标准的用于防止燃烧的一个方法是降低氧化剂浓度，它是一种将封闭空间中的氧化剂(例如氧气)浓度保持低于发生引燃所需浓度的技术。可以考虑将防止爆燃的氧化剂浓度降低技术用于任何将氧化剂和易燃物质的混合物封闭于围场内的系统，在该围场内可控制氧化剂浓度。用清洗气体(例如氮气之类的惰性气体)使系统保持在一低到足以防止爆燃的氧化剂浓度下。以具体易燃气体或蒸气的易燃性图表为根据来确定限制氧化剂浓度(LOC)的水平。

美国专利5,564,957揭示了一种使具有推进器的船只动态定位并在船体底部的一水下位置处连接一下部接纳舱中的立管浮筒的结构。该浮筒具有一外部浮力部分，它通过锚脚固定于海底。浮筒的该外部部分锁定于船只。浮筒的内部部分可转动地安装子外部部分的中心。有一立管从海底延伸到浮筒的中心部分，它能够可拆地固定于船只的流送管，该流送管通到储存舱。有一竖直长轴从船甲板延伸到固定于船只流送管的浮筒中心部分的顶部处的立管接头。从船只的惰性气体和通风系统对轴施加惰性气体和通风。而且，轴在其上端具有一用于关闭轴的闸门。因此，轴和接纳空间的上部可填充以惰性气体(在排出水之后)，作为在开始传输易燃或可燃流体之前的安全措施。

还采用通风来实现封闭腔室中的气氛控制，以通过将可燃气体混合并稀释于空气中、随后将腔室气氛混合物排出到船只甲板的大气而降低可燃物浓度。但这必须在有可燃气体的情况下才适用，诸如发生故障泄漏的场合(即在确认检测到有可燃气体存在时)。持续地或根据要求(即在确认检测出燃气时)进行通风是用于把可燃气体浓度降低至足以防止形成易燃气氛的水平(即在燃气的LEL以下)。用于气氛控制的通风的一个缺点在于，除非是将通风系统设计成每小时可提供非常多的换气次数，否则，即使一个中等的烃泄放速度就足以胜过通风系统而形成一个处于LEL与UEL之间(即易燃范围)的可燃气体浓度，气氛就有可能可燃，因而使爆炸可能性增大。对于非常大的泄放，虽然可燃气体浓度可以更快地通过易燃范围而降低爆炸可能性，但在泄漏得以控制后排出气体的问题却仍存在危险，这是因为用空气进行通风要求气氛再次通过易燃范围。因此，需要确保：不论封闭腔室内的气体泄漏特性如何，在泄漏过程中或在将泄漏的可燃物清除出封闭腔室的过程中，封闭腔室内的气氛均不会通过易燃范围。

采用持续通风以在QCDC房间内实现气氛控制的一个缺点在于，潮湿的海洋空气被导入房间的气氛，加快了对重要设备和仪器(例如ESD阀和致动器)的侵蚀乃至老化。就设备长期使用所造成的老化使泄漏可能性增大、从而增大危险性而言，侵蚀和老化的效果会加重。必须更频繁地进行维护和修理以控制侵蚀和老化，由于工作是在QCDC房间内进行，这就增多了工作人员暴露于危害的时间。而且，由于需要更频繁的维护和修理，人为过失的可能性就增大。持续的通风(同时将可燃物/空气混合物稀释到足以使可燃物浓度保持在LEL以下)实际上可能掩饰小的烃泄漏，因此无法在情况变糟之前检测出并修理好泄漏。任何明显尺寸的烃泄漏都会胜过通风系统将可燃物/空气混合物稀释到足以保持可燃物浓度低于LEL的能力。即使在确认检测出60％LEL的气体后关闭通风系统，高压气体泄放本身也可能产生静电危害，当气体浓度通过易燃范围时，在有氧气存在的情况下使气体引燃。另外，以非常高的换气率持续运行的通风系统会因其金属部件而成为潜在的引燃源。并且，以高容积量持续运行的通风系统会消耗大量的能量，从而显著增加转塔系泊系统的运行成本。

                      发明概要

本发明的一个主要目的在于提供一种改进的气氛控制系统，它根据上述的NFPA 69标准将惰性气体原理用于内部转塔系泊系统。

本发明的另一目的在于提供一种基于惰性化原理的气氛控制系统，由于防止易燃混合物的形成可消除引燃可能，因而可显著降低系泊转塔中发生爆炸的危险。

本发明的另一目的在于提供一种用于转塔系泊FPSO的惰性化系统，从而相对于通风系统来说以相对较简单的设计提供较低的成本和运行费用，其效能仅取决于连续供氮的利用率以及保持围场整体性。

本发明的另一目的在于提供一种具有基本封闭的腔室结构，在该腔室内可能产生易燃介质的泄漏，并在于通过导入诸如氮气、烟道气、二氧化碳之类的惰性气体而使腔室气氛对氧化剂不起作用，从而将腔室气氛保持在不易燃条件。

本发明的另一目的在于提供一种位于内部转塔系泊系统内的QCDC腔室和一种用于即使在因生产立管的泄漏可能存在易燃烃的情况下也可确保腔室内有不易燃气氛的、并能够改变腔室气氛以确保其中的维修工作人员安全的腔室惰性化系统。

本发明的另一目的在于提供一种位于内部转塔系泊系统内的QCDC腔室，它设计成保持在大气压以上的正环境压力下，以使氧化剂侵入腔室的可能性降到最低。

本发明的还有一个目的在于提供一种位于内部转塔系泊系统内的QCDC腔室，它设计成可承受由泄漏引起的一预定过压力，并在腔室内产生高容积泄漏时可排出过剩压力。

QCDC房间中的氧化剂浓度的降低可以通过导入惰性气体(例如氮气)而使氧化剂(空气中的氧气)混合和稀释、随后将该气氛排放到位于甲板的大气来实现。不论可燃气体浓度如何，该方法都可使气氛保持不易燃，从而彻底消除燃烧的可能。以这种方式对基本封闭的气氛进行惰性化不必进行持续通风，因而杜绝将潮湿海洋空气导入封闭的QCDC房间的可能性，使其中的设备和仪器因侵蚀而产生的老化降到最低限度。实际上，持续受惰性化的围场会抑制因QCDC房间内的空气气氛通常引起的侵蚀。这可降低检查频度，并减少维修工作(和人员配备)以及任何与这些工作有关的危险。可以预见，采用本发明原理的惰性化气氛控制系统的成本和运行费用将显著低于持续通风式的气氛控制系统。本发明的氧化剂浓度降低方法是基于本身安全的“缩减”原理，也就是使用不危险条件的物质。在这种情况下，缩减策略是物理性的(即稀释)，而非化学性的。因此，该惰性化保护方法比持续通风减弱方法更为优选。

简言之，本发明的上述目的及其它的特点和优点结合于一种新型的围场结构中，它称作快速连接/分离房间(QCDC)，由转塔壁、一多脚浮筒的顶部所限定的屋顶和地板形成。对在海底设备与转塔之间隔离烃量较为关键的表面安全阀、管道和仪器装备(它们是潜在的泄漏源)设置在该围场或QCDC房间中，因而是可燃物漏入QCDC房间的潜在泄漏源。当然，最好使QCDC房间内不发生可燃物泄漏，但如果发生的话，更需要防止可燃泄漏物爆炸危险。

该围场和相联的通风管道以及围场的辅助设备提供了若干功能。围场管道和辅助设备提供了一个空间和系统，用于填充和维持一定体积的惰性气体，以在将产品通过转塔从海底井输送到船只时取代氧气并防止形成易燃气氛。万一发生泄漏，围场及相联设备用作一副容纳设备，能够将烃气排放到大气，以防止围场的过压力。围场及相联设备还为维修工作人员提供一工作区域，当有人在生产中断后处于该区域中以进行维修作业时，该区域可充分通风以提供一安全的工作环境。

对各种不同的工作模式以不同的方式控制气氛，围场及相联通风口和辅助设备可提供工作上的灵活性，同时仍确保始终维持不易燃气氛的内在安全特点，因而显著降低发生爆炸的危险。应该注意的是，在本发明观点上的术语“惰性气体”应指纯粹惰性的气体或基本惰性的气体，它们可含有少量的其它气体，包括氧气，但是在导入有空气和可燃气体存在的一个围场时可很好地将围场气体混合物的氧化剂含量降低至足以使混合物不发生燃烧，而不管混合物内的可燃气体的体积如何。

                   附图简述

参照表示本发明一示例性实施例的附图，本发明的目的、优点和特点将变得更为清楚，附图中相同的标号表示相同的部分，其中：

图1是一转塔、一多脚浮筒和一围场(称作快速连接/分离(QCDC)房间)的示意图，该围场由转塔的下壁、多脚浮筒的上表面和一屋顶形成；以及

图2是该防爆系统的一气氛控制系统的操作程序的示意图。

               优选实施例详述

下面参见附图，首先参见图1，一浮式产品储存和卸载(FPSO)船的内部转塔的防爆系统的优选实施例总的由标号10示意性地表示，它在固定于一系泊浮筒12时固定成基本静止的系泊状态，该浮筒也称作多脚浮筒，它通过连接于系泊浮筒结构12的连接点15处的锚脚固定于海底。转塔提供FPSO船的单点系泊系统的连接和旋转点，并提供系泊系统和柔性立管系统的连接和分离点。各生产立管的快速连接/分离(QCDC)阀组件容纳于QCDC房间中，该房间是一个位于转塔轴底部处的围场。这些立管含有气体形式的烃，供气体喷射/提升，并含有气体/原油形式的烃，供生产和试验。

气体喷射立管中的含甲烷和其它轻质烃的烃气，由于其工作压力高，因而是QCDC房间中的最大危险。由于该烃气包括约74％的甲烷，因而在讨论时用该成分作为主要可燃气体。实际上，可燃气体可以是来自气体喷射/提升流或来自任何生产立管的烃气或烃蒸气。

为了尽量减小处理易燃烃的危险，按照本发明，已将各种不同的转塔处理和安全系统设计成防止、检测、减弱和紧急响应。本发明的主要目的在于在各种条件下以及在从一种状态变化到另一状态的过程中防止QCDC房间内产生易燃气氛。

FPSO船10通过一轴承16可旋转地围绕一内部转塔固定，该转塔总的由标号14表示，使得船10可以绕转塔14转动，以适应油轮随水流、风向等的变化而产生的运动。

如图1中所示，转塔14的下部具有一屋顶18，称作QCDC房间屋顶，以提供转塔最下部区域的一个围场，其中的可燃气体泄漏源是最大的潜在危险，此处可含有惰性气氛。QCDC房间屋顶18、转塔壁结构20和系泊浮筒12的地板结构22限定一个QCDC房间或腔室24，接纳通常从位于海底的井延伸上来的生产立管，并将烃流(包括原油、天然气和其中所含的水)引导至系泊于转塔的油轮。轴承16具有合适的密封装置，以尽量减少QCDC房间或腔室24的气体泄漏，从而使腔室24保持在一个略高于大气压的正压力下，以防止氧化剂侵入腔室，如下面将详细讨论的。

希望使QCDC房间或腔室24可以让人员进入，以对某些系统构件进行检查、修理或更换，但在生产流体流过立管26的过程中不允许人员进入QCDC房间或腔室24。为了使人可以进入QCDC房间24，QCDC房间的屋顶18具有人员进入舱口28和30，在舱口28处设置有人梯32。在QCDC房间24内也可以设置一轻便式的人梯，以供在腔室24内工作的人员需要时使用。在QCDC房间屋顶上可以策略性地设置其它的人员舱口，以提高进入QCDC房间的效率以及维修人员的安全性。

当QCDC房间24含不可燃气氛时，也就是氧化剂浓度不足以支持QCDC房间内的任何可燃介质燃烧，并且有必要使人员进入QCDC房间以进行诸如检查和维修工作时，需要提供用于迅速去除惰性气体并使房间通风以同时去除其中所含的任何可燃介质的装置。这可以通过开动设置在排气管道中的一或多个排气风扇来实现，并使进入舱口28和30打开而允许空气进入房间，以便排气风扇清除掉房间中的惰性气态介质和可燃气态介质。

为实现QCDC房间的排气和通风工作，有一排气/通风管道34穿过QCDC房间的屋顶18，用于在惰性化、排气、除气和通风操作中将截留于QCDC房间内的气体(诸如可燃气体、惰性气体、空气之类的气体)转移到处于一安全位置的环境。排气/通风管道34延伸到一聚结通风口36，它由一风雨防护罩38保护，以防雨水进入排气/通风管道34。有一抽吸排气/通风管道40与管道34相通，它具有主、副排气管道42和44，每根管道分别具有一排气风扇46和48。每个排气风扇的排出口通过管道42和44与一排气出口管道50相通。排气风扇46和48设置成重复的方式，使得在有一个排气风扇不能工作的情况下，另一风扇可工作而对QCDC房间24进行排气，从而确保内部转塔系统的工作能力和安全性。如果QCDC房间24内发生显著的泄漏量，诸如因立管26破裂、阀过度泄漏等引起，则通风管道34及其排气风扇46和48可以响应于QCDC房间内的压力传感器自动地启动或由人工控制启动，以提供额外的通风和排气能力。

在QCDC房间24内需要保持一个含足够百分比的惰性气体的气氛，以致于房间气氛内的氧化剂浓度使气氛不易燃。因此，通过导入惰性气体(例如氮气)而使氧化剂(空气中的氧气)混合和稀释、随后将该气氛排放到位于甲板的大气，从而实现QCDC房间中氧化剂浓度的降低。不论可燃气体浓度如何，该方法都可使气氛保持不易燃，从而彻底消除燃烧的可能。惰性化利用具体可燃气体的易燃性图表。使QCDC房间惰性化的最常用的惰性气体是氮气，但如果需要的话，也可以使用烟道气和二氧化碳以及其它的惰性气体。虽然封闭系统中存在烃液体和蒸气的场合较为普遍，但认为对于转塔场合使用烟道气并不切实际，这主要是因为与这种气体的处理相关的潜在的人体和环境危害。而且，使用烟道气不切实际的原因还在于，目前还无法通过旋转烟囱将这种气体从甲板传输到转塔。二氧化碳也经常用于惰性化场合，但由于其费用比氮气的要高，其重量比空气重，并且在与水或水分混合时会形成碳酸而引起腐蚀，因而也认为它对转塔场合并不实用。如果作为压缩气体使用，二氧化碳还可能产生静电危害。相反，对于转塔惰性化场合，认为氮气是最佳的选择，这是因为它在甲板上很容易获得，与其它惰性气体相比相对较便宜，无毒，泄放到有人员的区域不会造成中毒危险(但与二氧化碳一样，它是单纯的窒息剂，要求采取一定的安全防范措施)。二氧化碳对环境无害，因为氮气是空气的一个天然成分，可以重新导入大气而不致造成任何环境危害。二氧化碳比空气略轻，可用于阻碍因氧化造成的腐蚀，认为可与QCDC房间中的所有工艺流体和结构材料相容。

QCDC房间气氛控制系统主要是用作将QCDC房间内的氧气浓度降低至足以防止其中的气态混合物发生燃烧的装置，而不论其中的易燃介质的百分比含量如何。这可通过使QCDC房间充满惰性气体(最好是氮气)，以使气氛不易燃或不可燃，从而降低QCDC房间内因立管的可燃泄漏物而发生爆炸的可能性。除了惰性化，该气氛控制系统还用作使QCDC房间气氛排气、除气和通风的装置。该气氛控制系统通过将房间内的气氛的氧气浓度降低至一不能支持燃烧的水平，而不论可燃物的量如何，从而对围场进行惰性化。该气氛控制系统还可在生产正在进行的任何时候将围场的气氛保持于一惰性条件，使可燃泄漏物不会在房间中产生爆炸气氛。在发生可燃物泄漏的情况下，气氛控制系统具有排出可燃泄漏物的排放能力，以减少围场内的泄漏物。该气氛控制系统还具有用惰性气体清除掉QCDC房间内的可燃气体的能力，使随后的除气操作始终不会产生易燃气氛。该气氛控制系统不必在正常作业期间使空气进入围场的必要，除非围场必须没有惰性气体，诸如供人员进入。此时，气氛控制系统具有用新鲜空气对QCDC房间进行通风的能力，使人员可以进入QCDC房间并长时间留在其中，诸如对其中的任何设备进行维护、修理或更换。该气氛控制系统还可在QCDC房间内提供一定的监控作用，诸如压力监控、氧化剂百分比监控、惰性气体百分比监控和可燃气体监控。该气氛控制系统用作

惰性气体通过一气体供给管路52从船的惰性气体供给源提供给QCDC房间，该供给管路通过QCDC房间屋顶18与房间或腔室24相通，如图1中所示。在甲板处设置有一惰性气体(例如氮气)发生器54，其出口管路56穿过一压力控制阀58连接于供给歧管60，供给管路52连接于该歧管。歧管60配有惰性气体压力检测器62和64，用于在对QCDC房间供给压力不足或过剩时自动切断惰性气体。惰性气体供给的自动切断还启动排气/通风风扇系统，使得可直接对房间24进行除气和通风。如果惰性气体供给源发生故障，还提供了备用惰性气体瓶(例如压缩氮气瓶)，如标号66所示。备用惰性气体供给源受控制地与供给管路60相连，因此受与上面有关主惰性气体供给系统所述相同的压力控制设备控制。供给管路60与一惰性气体旁通管路68相连，该旁通管路受一节流阀70控制，以便在供给管路的控制设备需要维修的情况下确保惰性气体的继续供给。

惰性气体供给管路52穿过QCDC屋顶18并与一气体供给主管72相连，各气体分配管74连接于该主管。这些分配管各具有一分配喷嘴或接头76，用于完成惰性气体在QCDC房间24内的分配。分配喷嘴76及它们在QCDC房间内的位置也设计成可在QCDC房间内产生显著的紊流，以帮助使惰性气体与房间内的环境气体有效混合。这样，如果环境气体含有显著比例的易燃成分，则惰性气体将使氧化剂百分比低于易燃气体的爆炸下限(LEL)，也就是易燃气体或蒸气在大气压下的空气中能够引燃的最低浓度。低于该LEL，含易燃成分的混合物就太“贫”以致无法燃烧。相反，(UEL)是易燃气体的爆炸上限，高于该UEL的任何易燃气体混合物就太“富”以致无法燃烧。在正常情况下，易燃范围就是处于UEL与LEL之间的易燃气体混合物的范围。然而，即使在这种条件下，诸如氮气之类的惰性气体也可充分地将混合物的氧化剂含量降到最低限度以致混合物不易燃，而不论可燃气体的浓度如何。

由QCDC房间24所限定的围场，包括其舱口和密封件在内，设计成可承受高达一预定限度的过压力，该过压力由立管和流动控制系统的气体泄漏造成。例如，在本发明的优选实施例中，围场设计成可承受由围场内的达500kg/s的可燃气体泄放造成的300kPa(2barg)的过压力，但这不应认为是对本发明的限制。在图1中示意性地由标号78表示的两根管道的尺寸制成为914毫米(36英寸)，以提供足够的通风能力将由围场内的达500kg/s的可燃气体泄放所造成的围场过压力限制在300kPa(2barg)。

如果有气体泄漏入QCDC房间24所限定的基本封闭的腔室，则通风管路78及其相联的控制设备能够在一卸压组件80的控制下排出腔室过压力。由于在QCDC房间24内始终保持正压力，当生产立管26正有源地使生产流体流动或正将气态介质用于气升生产等时，不会发生大气侵入QCDC房间；因而即使有其它可燃介质持续泄漏入QCDC房间，QCDC房间内的气态混合物也将对氧化剂不起作用。如果需要额外的通风容量来防止QCDC房间内的过压力，可根据需要人工地或自动地启动一具有工作的节气闸84的通风管路82，以适应额外的通风容量。

其它的装置和系统象征性和示意性地表示于图1中。这些装置和系统包括：

(1)在惰性化操作中将惰性气体转移到QCDC房间的装置，包括用于对QCDC房间围场进行排气、清洗和填充各步骤的适当控制电路。

(2)监控围场气氛的装置。

(3)防止围场产生过压力的装置。

(4)防止围场气体回流入惰性气体供给系统或转塔其它区域的装置。

(5)在惰性气体导入时使围场气氛混合的装置。

(6)机械地迫使空气通过QCDC房间围场的装置，用于在惰性气体清除操作中清除惰性气体，并用于在通风操作中以持续方式提供新鲜空气和排出任何杂质。

(7)控制由电气装置和静电源造成的引燃危险的装置。

(8)供人员进入围场以便进行定期检查和维修工作的装置。

(9)保护人员免受增压围场的可能伤害的装置。

(10)在任何时候限制人员进入围场以防擅入该限制空间的装置。

(11)在通风和除气操作中限制人员进入转塔上层以尽量减少直接暴露于可能的惰性和/或可燃气体的装置。

(12)在惰性气体清除操作和在通风操作中将惰性气体供给源隔离于围场的装置。

(13)在惰性化操作中隔离排气风扇以防氧气导入惰性化的围场的装置。

(14)在人员进入围场时并在排气风扇工作时确保生产断线的装置。

(15)当围场中正进行维修工作时在通风操作中确认检测到可燃气体后关闭排气风扇的装置。

(16)确保环境条件不会对系统的操作和有效性产生不利影响的装置。

图1的配置的优点一对不同的操作模式以不同的方式控制气氛，以上参照图1所描述的系统设计可在操作上提供灵活性，同时仍确保始终维持不易燃气氛的内在安全特点，因而与其它诸如通过通风来降低可燃物浓度的方法相比可显著降低由于可燃气体泄漏而发生爆炸的危险。

对在海底设备与转塔之间隔离烃量较为关键的表面安全阀、管道和仪器装备(它们是潜在的泄漏源)设置在转塔轴底部处的QCDC房间围场中。该围场由转塔壁、一屋顶和一地板(由多脚浮筒的顶部提供)形成。围场及相联的通风管道和辅助设备设计成用于以下多种用途：

(1)作为装填和保持一定体积的惰性气体的容纳设备，用以在生产过程中置换氧气和防止形成易燃气氛；

(2)在发生气体泄漏的情况下作为副容纳设备，能够将烃气排到大气中；以及

(3)在生产中断后有人员进入进行维修工作时，作为可充分通风的工作区域。

防爆系统的操作方法一QCDC房间围场的气氛控制系统的操作方式基于三个要求：

(1)QCDC房间围场的气氛应在烃可能从立管泄漏入围场的任何时候都保持在惰性条件。这样，当转塔的生产系统处于工作状态，并且在生产立管及其相联的控制阀和仪器中有压力条件时，QCDC房间保持在惰性条件。

(2)QCDC房间围场的气氛应在不通过易燃条件的情况下从惰性条件过渡到无气条件。实际上这意味着，在围场除去可燃气体之前，先用惰性气体清洗，直到气氛的可燃物含量稀释到临界稀释线以下(即LEL以下)。

(3)当围场气氛处于无气条件时，在重新恢复生产之前再次进行惰性化。

考虑到该方式，图2中提供了三种主要模式或过程的不同操作模式的操作分步：

I.QCDC房间围场中的维修；

II.围场中的气体泄漏；以及

III.围场中的检查

如上所述，QCDC房间围场和控制系统配置成可控制围场的气氛。控制系统主要用作降低氧气浓度以防燃烧的装置。这是通过对围场灌以惰性气体而使气氛不易燃或不可燃来实现的，以此降低因立管泄漏可燃气体而发生爆炸的可能性。除了惰性化，该系统还用作使围场气氛排气、除气和通风的装置。因此，该系统具有以下能力：

(1)不论可燃物的量如何，使气氛的氧气浓度降低至不能支持燃烧的水平，从而使围场惰性化；

(2)在进行生产的同时将围场气氛保持于惰性条件；

(3)排出可燃气体以减少围场内的泄漏物；

(4)用惰性气体清洗可燃气体的围场，使随后的除气操作始终不会产生易燃气氛；

(5)在正常作业期间不必使空气进入围场，除非围场必须没有惰性气体；以及

(6)在要求人员长时间进入围场以进行主要维修工作的任何时候用新鲜空气对围场进行通风。

通过以上的描述可以清楚，本发明能很好地实现上述的所有目的和特点以及本文揭示的装置所固有的其它目的和特点。

本技术领域的技术人员很容易理解，本发明无疑可以表现为其它的特定形式，而不脱离其精神和实质特性。因此，本实施例应该认为仅仅是示例性的而非限制性，本发明的范围是由权利要求书指明的，而不是以上描述，因此，落在权利要求书的等同意思和范围内的所有变化均应包含于其范围内。

Claims (24)

1.一种用于确保一基本封闭的腔室的气态气氛不发生爆炸的方法，该腔室中具有潜在的易燃气体源并含有空气，该方法包括：

(a)通过在所述基本封闭的腔室内导入足够量的惰性气体而使空气的氧化剂含量混合并稀释，不论其中的易燃气体含量如何，使其中的空气和任何易燃气体的混合物不易燃；以及

(b)通过将空气和任何易燃气体的不可燃混合物从基本封闭的腔室排到大气中，从而在所述基本封闭的腔室内留下基本惰性的气氛。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：

在所述排气过程中，将惰性气体导入所述基本封闭的腔室，以取代从所述基本封闭的腔室排出的空气和任何易燃气体的所述不可燃混合物。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：

(a)在所述排气过程中，将惰性气体导入所述基本封闭的腔室，以取代从所述基本封闭的腔室排出的空气和任何易燃气体的所述不可燃混合物；以及

(b)通过在所述基本封闭的腔室内建立一高于大气压的正气体压力而使所述基本封闭的腔室充满惰性气体，以防止空气侵入所述基本封闭的腔室。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，包括：

(a)监控所述基本封闭的腔室内的气体压力；以及

(b)根据需要将惰性气体导入所述基本封闭的腔室，以维持所述基本封闭的腔室内的所述正气体压力。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基本封闭的腔室与一机械排气系统相通，所述机械排气系统可选择性地启动以将气体强制排出所述基本封闭的腔室，所述方法包括：

在所述排气过程中，启动所述机械排气系统，以加速将不易燃气体混合物排出所述基本封闭的腔室。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基本封闭的腔室设置在一多脚浮筒的内部转塔结构内，所述潜在的易燃气体源由延伸入所述基本封闭的腔室的石油产品立管形成，所述方法包括：

(a)所述正气体压力具有一预定的最大压力限度；以及

(b)在所述基本封闭的腔室内的压力升到所述预定的最大压力限度以上时，将气体压力排出所述基本封闭的腔室。

7.一种用于确保一基本封闭的腔室的气态气氛不发生爆炸的方法，该腔室中具有潜在的易燃气体源并含有空气，该方法包括：

(a)在所述基本封闭的腔室内导入足够量的惰性气体，以使其中的空气氧化剂含量和任何易燃气体的混合物不可燃；

(b)通过将所述惰性气体导入所述基本封闭的腔室并同时将气体排出所述基本封闭的腔室而将空气、惰性气体和任何易燃气体的混合物从所述基本封闭的腔室排出；

(c)测量所述基本封闭的腔室内的气态混合物的可燃性；以及

(d)在气态混合物的测量值朝可燃性充分地变化而达到一预定水平时，再次将惰性气体导入所述基本封闭的腔室，以使其中的气体混合物保持不可燃。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，包括：

在所述基本封闭的腔室内保持一高于大气压的正气体压力，以尽量减少氧化剂侵入所述基本封闭的腔室。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，包括：

将惰性气体导入所述基本封闭的腔室，以在其中建立和保持一高于大气压的气体混合物压力。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，包括：

在有易燃气体泄漏入所述基本封闭的腔室时，使所述基本封闭的腔室通风，以限制所述基本封闭的腔室内的压力升高到一预定的最大压力。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基本封闭的腔室与一排气系统相通，所述排气系统适于从其中排出气体，并且设置有至少一个空气入口供外界空气进入所述基本封闭的腔室，所述方法包括：

在所述基本封闭的腔室需要通风时，打开所述至少一个舱口并开动所述排气系统。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括：

(a)检测所述基本封闭的腔室内的气体压力；以及

(b)所述至少一个空气入口的所述打开和所述排气系统的所述开动是自动地响应于所述基本封闭的腔室内的压力检测值因气体泄漏入所述基本封闭的腔室而升高到一预定压力的情况。

13.一种浮式生产、储存和卸载船，包括：

(a)一多脚浮筒，它具有一内部转塔机构，并限定一基本封闭的腔室，所述腔室内具有石油产品立管和流送管连接器，并有时含有空气；

(b)一惰性气体源，它与所述基本封闭的腔室相通并受控制而将惰性气体注入其中，用以通过在所述基本封闭的腔室内导入足够量的惰性气体而使空气的氧化剂含量混合并稀释，不论其中的易燃气体含量如何，使其中的空气和任何易燃气体的混合物不可燃；

(c)一压力排出系统，它与所述基本封闭的腔室相通，并且具有一正常压力释放设定值，用于使所述基本封闭的腔室内的气体压力保持在一高于大气压的预定压力水平，并在其升到所述正常压力释放设定值以上时排出气体压力：以及

(d)一排气/通风系统，它具有至少一个排气风扇，并与所述基本封闭的腔室相通，适于以一足以使所述基本封闭的腔室空气通风的速率将气体强制排出所述基本封闭的腔室。

14.如权利要求13所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

(a)所述内部转塔机构可旋转地安装于所述多脚浮筒，所述多脚浮筒形成所述基本封闭的腔室的地板，所述转塔机构形成所述基本封闭的腔室的壁和屋顶结构；

(b)至少一个舱口，它设置在所述屋顶结构中，以供人员进入所述基本封闭的腔室。

15.如权利要求14所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

限定所述基本封闭的腔室的所述壁顶和地板结构具有足够的结构完整性以承受所述基本封闭的腔室内的一个过压力，该过压力因所述基本封闭的腔室内的达500kg/s的可燃气体泄放而引起，该过压力的范围为300kPa(2barg)。

16.如权利要求14所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

所述惰性气体源、所述压力排出系统和所述排气通风系统穿过所述屋顶结构而与所述基本封闭的腔室相通。

17.如权利要求13所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

所述惰性气体源具有一设置在所述基本封闭的腔室内、用于在其中分配惰性气体的惰性气体分配主管。

18.如权利要求13所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，所述惰性气体源包括：

(a)一用于从空气中提取所述惰性气体的主气体生产机组；

(b)一与所述基本封闭的腔室相通的惰性气体供给管道，它以一超过大气压的压力将所述惰性气体导入所述基本封闭的腔室；

(c)一与所述惰性气体供给管道相通的备用惰性气体供给源；以及

(d)惰性气体供给控制元件，它们选择性地控制惰性气体从所述主惰性气体供给机组和所述备用惰性气体供给机组对所述基本封闭的腔室的供给。

19.如权利要求18所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

一与所述主和备用惰性气体供给系统监控相通的氧气监控系统，它在判定出所述惰性气体的氧气含量高于一预定最大值的氧气百分比时报警。

20.如权利要求13所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

一设置在所述基本封闭的腔室内的气氛监控系统，它在测量出所述基本封闭的腔室内的气体混合物的氧气含量高于一预定最大值时报警。

21.如权利要求13所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

一设置在所述基本封闭的腔室内的气氛监控系统，它在测量出所述基本封闭的腔室内存在易燃物质时报警。

22.如权利要求13所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

一回流防止系统，它设置用于所述内部转塔，并适于防止气体从基本封闭的腔室回流入惰性气体供给源和回流到所述内部转塔的其它区域。

23.如权利要求13所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

所述排气/通风系统可选择性地工作而在一除气操作中迫使空气进入所述基本封闭的腔室以清除惰性气体，并用于在通风操作中以持续方式在所述基本封闭的腔室内提供新鲜空气和排出任何杂质。

24.如权利要求13所述的浮式生产、储存和卸载船，其特征在于，包括：

一与所述基本封闭的腔室相通的除气系统，它能够停止惰性气体导入所述基本封闭的腔室、切断所述惰性气体供给源和强制用空气清除惰性气体，以使人员能够进入所述基本封闭的腔室。