王士猛(中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000)
1.1 火灾手动报警站设施系统简介
火气探测系统应用的目的是发现设施早期危险状况及潜在危险因素，通过F&G系统逻辑判断处理来实现一系列的防护措施，如：声光报警，紧急关断，消防火灾等，使之迅速切断危险源，使整个设施在实时监控下处于正常安全生产状态[1]。
火气探测系统为全自动、实时监控系统，从探测到消防等安全措施的实现完全自动化，另具有与ESD和DCS的通讯功能，以便完成全平台状态监视和关断任务，在F&G操作站上，显示全平台火灾、可燃气及系统详细情况。同时在现场及中控室有手动按钮，可以使操作人员在自动系统未动作或紧急情况下，实现系统功能。
为了准确探测确实存在的危险因素，避免由于探测器误动作而造成不必要的停产及人员恐慌，系统部分区域采用表决逻辑判断是否要自动关断生产设施或启动消防系统，提高了系统可靠性，此外，FGS还能完成对系统本身、现场火气探测/报警设备、报警和消防系统的定期测试[2]。
文章介绍的火灾手动报警站就是火气探测系统的输入设备之一，如果设施现场作业人员发现出现火情时，确认火灾后即可立即按下手动报警站上的有机玻璃片，手动报警站就可以向中央控制室发出火灾报警信号，中控的火气系统接收到报警信号后，即可做出相应的逻辑反应和报警提示。
1.2 火灾手动报警站设备简介及存在的问题
手动报警站按其结构的不同有两种使用方法[3]：
(1)一种是由小锤击碎手动按钮上的玻璃，按钮自动弹出接通其常闭触点，发出报警信号，复位需要安装新的玻璃压住按钮，切断电路。
(2)另一种只需直接按下按钮即可报警，复位时启动内部开关按钮自动弹出或手动用吸盘吸出，即可完成复位。
手动火灾报警站的复位一般有三种形式：吸盘复位型、钥匙复位和更换玻璃进行复位。
(3)吸盘复位型，此类型手报是采用塑料制成的按片，可以用专用的吸盘进行复位。
(4)钥匙复位，此类型手动火灾报警按纽是采用专用钥匙进行复位的，在手报报警按钮上有一个钥匙孔，这就是用来进行复位的。
(5)更换玻璃进行复位，这种手动火灾报警按纽国外进口的产品用的较多，直接更换玻璃就可以了。
本文所举案例设施使用的手动报警站即为第二种形式的报警方式，钥匙复位。
根据《火灾自动报警系统施工及验收规范》[4]要求，每个防火分区最少安装一个手动报警按钮，从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动报警按钮的距离，不应大于30 m。手动火灾报警按钮宜设置在公共活动场所的出入口处或在明显位置和便于操作部位。当安装在墙上时，其底边距地高度宜为1.3～1.5 m，且应有明显的标志。
因为规范要求，所以一般手动报警站都处于钻井平台的舷边和楼梯拐角等易于发现和方便操作的位置，而这些位置基本都是处于无风雨遮挡，受潮气及雨水影响较大，一旦潮气雨水进入手动报警站内部，就会造成内部元件短路误报警而产生误关断现象，前期就曾出现过类似的手动报警站误报警事件，后期检查维保时发现，迎风侧手动报警站多处出现不同程度的进水情况。据调查统计，南海东部某油田每年都有因手动报警站误报导致的生产关停事件，平台发生一次生产关停间接经济损失约为20～40万元左右，南海东部油田7个作业区，每年减少一次意外关停，整个南海东部油田可以减少200万元左右的经济损失。因此，深入研究如何降低手动报警站的误报率具有非常高的经济价值和推广意义，同时也为保障国家能源安全，响应习近平总书记能源的饭碗必须端在自己的手上要求作出积极贡献。
1.3 火灾手动报警站故障影响
(1)一旦发生火灾手动报警站进水，内部元件短路情况，则有极大可能触发手动报警站误报警，产生逻辑连锁，致使平台生产关停。
(2)在钻井期间，如果发生火灾误报警关停，有可能会使钻井模块水电供应不及时，造成卡钻等更为严重的后果。
(3)每次发生生产关停，会造成原油产量损失约700桶/次，对于平台的产量任务完成会造成很大的影响。
(4)如果平台发生火灾误报警关停，平台运行的大功率设备瞬间停机，极有可能造成电网波动，进而影响油轮发电机产生一系列的连锁反应，甚至可能造成整个油田停产。
目前，该平台共有同型号火灾手动报警站59个，处于舷边、楼梯拐角等位置受风雨影响较大的手动报警站个数为48个，占比81.4%，长此以往，设备外壳密封性降低以后，进水的可能性将大大提高，极易出现误报警的情况。
为此，该平台为防患于未然，对全平台手动报警站进行详细全面的检查，将所有手动报警站进行拆解检查密封性能，具体情况如下：
手动报警站位于25 M甲板左舷船艉楼梯拐角处，附近没有挡雨罩类似的防水措施或装置，现场检查手动报警站四周防水硅胶状态良好，未发现明显破损或者可以进水点。
打开盖子检查内部情况，发现手动报警站内部有大量积水流出，上方元件处有大量水珠凝聚。进而对全平台手动报警站进行检查，详细情况如下：
(1)夹层检查3处，2处迎风面均发现有进水现象，1处背风面没有进水迹象；
例：MFS_120701密封防水情况良好，内部四周无进水痕迹，但是玻璃片连杆内部凹槽部分有积水存在。
(2)中层甲板检查11处，2处迎风面均发现进水，5处背风面无进水迹象；
MFS_120101密封防水情况良好，内部四周无进水痕迹，开盖后内部有明显积水，上方元件有冷凝水和干涸的水渍。
(3)对剩余其它各手动报警站进行全面排查，均无进水痕迹。
3.1 密封失效原因
对进水点进行分析，该手动报警站进水点只有三处，第一处为四周密封条进水，第二处为下方格兰头进水，第三处为玻璃片上方联动机构处进水。逐一分析如下：现场检查没有发现四周密封条有进水痕迹，其O圈密封槽无任何水迹，且周边四个安装螺栓无锈蚀痕迹，下方潮湿为开盖时内部积水流出所致，所以基本可以排除由四周进水这一原因。
现场拆解手动报警站检查，拆除格兰头及热缩套时发现格兰内部密封件齐备，无明显进水痕迹。且根据现场排查其他手动报警站情况来看，有进水情况的手动报警站都在迎风无遮挡处，如格兰密封问题，同样工况条件下，背风面处也应情况类似。
将设备折解以及现场检查推断，玻璃片联动机构处密封问题的可能性较大，拆解发现连杆密封元件内部有进水痕迹，此处密封O圈槽水迹明显，故断定为此处进水，设备存在设计缺陷。
3.2 手动报警站报警逻辑原因
现场实际接线图与内部电路图如图1所示。
图1 手动报警站内部接线图及等效电路图
手动报警站报警逻辑如下：
(1)中控去现场的24 V电源线接1和5端子；
(2)现场有2组触点开关；
(3) R1电阻为2 kΩ，R2电阻为6.7 kΩ；
(4) 2/3和4/5端子均短接相连；
(5)正常工作时电阻为6.7 kΩ，工作电流3.58 mA，报警时电阻为1.54 kΩ，报警电流为15.58 mA。
手动报警站内部等效电路图见上图，正常时电路(绿色)，报警时红色回路接入：
正常时接入的回路为1-6，回路电阻为R2，回路电流I=24 V/6.7 kΩ=3.58 mA；
报警时接入的回路为1-4/5，回路电阻为R1和R2并联电阻，即R=R1XR2/(R1+R2)=1.54 kΩ，回路电流I=24 V/1.54 kΩ=15.58 mA。
中控系统I/O卡件通过现场手动报警站反馈的电流值传到中控后，串接卡件内部的监测电阻得到对应的检测电压，中控卡件报警电压区间如图2所示。
图2 中控卡件报警电压区间
检测电压分为5个报警区间，其中绿色为正常电压区间，红色为报警电压区间，其余为故障电压区间，电压如下：
正常电压区间：5.589～13.494 V；
报警电压区间：13.993～23.993 V；
以上分析可知回路在报警状态时回路电阻会变小，电流会增大，进而卡件检测电压增大产生报警。如果发生手动报警站进水的情况，极有可能会造成回路中元件短路，产生与报警时同样的回路电流增大现象，一旦电流达到报警值，就会触发误报警，造成生产关断。
4.1 优化报警逻辑
与工程师沟通，将卡件内逻辑报警状态与正常状态对调，回路电流增大时为正常状态，回路电流减小时为报警状态，这样即使手动报警站进水造成短路，电流增大也只会造成故障报警而不会导致触发关停逻辑，就可以从根本有效减小手动报警站设备因进水而导致关停的风险，减少设施的非计划关停率，具体整改方案如下：
中控逻辑块更改为DIOFF触发块，即当检测到现场电流减小，卡件内电阻检测电压变小时触发关停逻辑。
现场电源线需更改连接到1和6号端子，然后R2电阻也需接入1和6端子。回路等效图如图3所示。
图3 等效电路图
这样回路正常状态时，R1,R2并联接入回路，回路电流I=24 V/1.54 kΩ=15.58 mA；
报警状态时，R2单独接入回路，回路电流I=24 V/6.7 kΩ=3.58 mA。
这样即使进水是电阻短路也只会使回路电流增加，进入故障状态，也不会触发低电流报警状态。
4.2 增加保护罩
现场检查手动报警站四周防水硅胶状态良好，没有挡雨罩类似的防水装置，雨水通过手动报警站玻璃片进入内部引发故障，仪表部门现场测量，制作出手动报警站保护罩，为方便雨水顺利排出，在保护罩底部预留40 mm(下图中底面黑色虚线部分)的排水槽。
保护罩外形尺寸为：200 mm×200 mm×200 mm，体积：0.008 m3。
手动报警站尺寸为：120 mm×130 mm×70 mm，体积：0.001092 m3。
保护罩体积约为手动报警站体积的7.3倍。
手动报警站的等效安装图如图4所示。
图4 保护罩和手动报警站尺寸图雨水进入手动报警站角度图
手动报警站正面距离保护罩正面(即为下图中的三角形b边)为(20-7)=13 cm；
手动报警站底部距离保护罩底部为(20-13)/2=3.5 cm，能起到保护作用的高度(即为下图中三角形的a边)=(20-3.5)cm=16.5 cm；
根据勾股定理计算出斜边：c=21.006 cm。
计算出三角形的三个角度如下：∠a=51.77°，∠b=38.23°，∠c=90°。
因此，保护罩在雨水角度小于38.23 ℃的角度下能保证手动报警站不直接接触雨水。
4.3 与厂家沟通手动报警站设计问题
将现场对进水点的分析与厂家沟通，厂家与美国工程师反馈现场问题后，经工程师核实，确认设计上存在缺陷，并承诺将现场手动报警站统一升级更换最新型号，消除隐患。
4.4 内部存放干燥剂
由于手动报警站内部空间有限，故需要自制小包干燥剂，已达到使手动报警站内部冷凝水被充分吸收，不会再凝聚成水滴，造成元件短路。
改造之后维修人员对手动报警站使用状态进行了长达2年的检查维保，没有发现内部进水情况，也没有误报的情况发生。
改造成本：(1)制作防雨罩费用：59×200.00 元=1.18 万元；
(2)安装改造人工费用：2人×6天×1200元=14400元。
改造之后，手动报警站运行稳定，无进水，无误报的情况发生。对生产平稳运行起到重要作用。
取得效益：
(1)确认手动报警站设计缺陷，促使美国厂家优化改进手动报警站设计。
(2)由于该设计缺陷的发现，厂家答复更换两个新平台的同型号手动报警站，粗略估计节省备件更换费约：4238元/个×83个(两个设施)=35.1754万元。
(3)现场成功通过自己设计安装保护罩、内部放改造的小包干燥剂、优化PM等措施成功解决此隐患，节省每次若因此隐患导致关停造成的原油产量损失，为本平台乃至分公司设施的安全生产作出很大的贡献。
(4)问题的发现和处理对于厂家的技术提升以及公司同型号手动报警站产品替换提供了现场实际经验依据。
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