摘要：由于LNG易燃易爆的特性，在生产过程中如果发生泄漏或出现火灾，将对人身和环境造成巨大危害。在LNG建造阶段配置火气探测报警系统，可有效减少后期事故的发生。文章结合海油工程承揽的北极地区LNG工艺模块项目，通过介绍了火气系统的结构及组成，分析火气系统施工工作流程，总结火气系统施工工作中的重点，为后续LNG工艺模块建造阶段火气系统的施工提供相应借鉴。

　　关键词：LNG；模块；火气系统；建造

　　0引言

　　LNG(液化天然气)低温深冷、易燃易爆的特性决定了其需要在苛刻的工艺环境下进行生产处理，因此保证LNG模块的运行安全变得尤为重要。LNG的危险特性按照流程可以分为生产阶段、液化处理与储运阶段两种。生产阶段的危险特性是指在生产过程中LNG可能从工艺管线系统的焊道、阀门和法兰连接处出现泄漏。如果发生泄漏则会导致工作环境中的甲烷增多，同时使工作环境中含氧量降低，最终可导致人员窒息的发生。液化处理与储运阶段的危险特性则是指在LNG液化处理与储运过程中若出现泄漏则可能发生火灾或爆炸。此阶段一旦出现泄漏引发火灾或爆炸，其危害将是范围性的，造成的破坏危险也是非常大的[1]。

　　针对LNG的危险特性，在建造施工过程中可以引入火气探测报警系统从而进行火灾监控和可燃气体探测。LNG项目中火气探测报警系统包括火探测系统和气体探测系统。火探测系统主要设备有控制盘柜、接线箱、火焰探头、烟感探头、热探头和手动报警器及相关电缆；气体探测系统设备主要有控制盘柜、接线箱、可燃气探头和声光报警器及相关电缆。通过火气探测报警系统的运转实现对生产过程的实时火灾和可燃气泄漏进行监控，一旦发生火灾和气体泄漏，可准确探测锁定事故发生地点，并通过控制系统触发相关的声光报警设备和消防设备，可以防止火灾进一步蔓延和气体持续泄漏，减少对生产人员和项目设施的伤害，降低对环境的不良影响[2-3]。

　　1建造前准备工作

　　1.1设计图纸审核

　　根据俄罗斯消防法规的要求，火气系统的相关图纸(设备布置图和接线图等)需要发往具有俄罗斯消防设计资质的设计院进行审核。审核目的主要是确保设计内容符合俄罗斯消防法规，提前避免相关风险。同时设计阶段需安排电仪工程师在3D模型中对火气设备进行碰撞审核，从而提前避免在安装阶段出现和生产管道碰撞等空间限制问题。

　　1.2设备材料的验收和存储

　　在材料验收阶段主要检查设备电缆质量和散件材料的质量是否符合采办要求和项目要求。其中电缆验收的主要检验点为电缆的绝缘测试需符合项目要求。所有的火气设备需要具有俄联邦GOST-R证书，并且满足俄联邦消防法规的要求。由于项目所在地为北极极寒地区，火气设备的证书要体现设备能够在-50℃的环境中正常工作的认证项。根据项目相关要求，火气系统相关的设备材料验收和存储重点主要有以下方面：(1)在入库前应仔细检查所有火气探头及其附件，并认真记录在《仪表设备/材料明细表》上，明细表上应包含有位号、数量、技术编号、型号、类型、制造商、外观、订单号和材质认证等内容；(2)所有火气探头设备应存储在室内并提供合适的保护以防止机械损伤、灰尘、湿气及其他物体的进入；(3)在存储和运输过程中，所有火气探头设备应按照设备供货商推荐的方式进行保护；(4)根据制造商的建议，电缆滚筒可以存在室外、高架处，并用防水油布和帆布覆盖；应提供防水和防晒措施；(5)电缆滚筒应用车辆运输。当需要滚动时，应按照滚筒上箭头滚筒；(6)电缆末端应该用热缩管密封，以防止潮气进入影响绝缘；(7)电缆托架及其附件应放在枕木上并用防水帆布覆盖，应提供防水措施，具体参考存储与保护程序。

　　1.3施工人员能力要求

　　所有的焊接工作必须由有资质的焊接人员按照适合的、经批准的焊接程序要求来进行。火气探头的安装、检验和维护也需由有相关能力和经验的有资质的人员承担。此外，要求所有从事防爆设备填料函安装和端子接线的施工人员应接受培训，取得相应项目认定证书后方可进行施工。

　　2建造过程中的施工重点

　　2.1电缆托架安装

　　电缆托架作为电缆布线的载体，其安装质量好坏影响到后续电缆敷设的质量和后期维修成本。根据项目所采用的国际标准和项目标准将托架的安装要求总结为以下方面：(1)电缆托架内部边缘应圆滑无毛边，防止电缆敷设时划破。电缆托架尾端需使用材料保护，以防刮伤电缆的外护套。(2)托架只能牢固地支撑在钢结构上，其支架的强度和间距应充分考虑托架及托架所铺设的电缆的重量。通常托架支架水平距离不大于3 m，支架间的垂直距离不大于2 m。(3)电缆托架应安装成一个完整的连续的系统。除非图纸另有要求，否则不应中断。(4)电缆托架内部电缆的填充率应符合规范要求。(5)电缆托架切割时形成的尖角应被打磨成圆角，并且完成表面修复(如有必要)，然后才能进行后续安装。(6)电缆托架与结构之间有垫板防电化学腐蚀时，托架两端需接地。(7)碳钢用于托架支架预制，并按防腐涂装程序涂装。托架与支架之间需安装隔离垫板如特氟龙防电化学腐蚀；⑧电缆敷设和整理完成后，安装电缆托架盖板，盖板不超过2 m固定一次，或根据电缆类别固定。

　　2.2电缆敷设和接线

　　火气系统的电缆有直流供电电缆和信号控制电缆两种。用于火气探头的24 V直流供电电缆可以和信号控制电缆可放置在一个托架中并行敷设。在此LNG工艺模块项目中，根据俄罗斯规范中的要求，火焰探头的设备接地电缆和信号电缆需要隔离，不可在一个托架中混合敷设。根据项目所采用的国际标准和项目标准将电缆敷设和接线的施工重点总结为以下方面：(1)电缆敷设时应避免受机械外力拉伸损坏电缆，同时注意对电缆外护套的保护。(2)电缆托架安装检查完成前不应进行电缆敷设工作。在敷设电缆前，需确保托架清洁、电缆路径与最新图纸一致同时应确保周围无明火作业，如焊接、切割工作等，或提供专用防火罩。任何时候电缆敷设周围现动火作业时都应提供相应保护，如果电缆敷设路径上方有焊接、喷漆作业时应使用临时防火护罩将电缆覆盖起来。(3)电缆的弯曲半径应不小于制造厂家允许的最小半径。通常，仪表电缆允许电缆弯曲半径至少为8倍电缆外径。(4)电缆应尽可能在仪表或设备安装固定完成后进行敷设并接线。水平敷设时，低压电缆的最大绑扎间距是900 mm或者4根托架横挡，取两者最小值。在竖直敷设时，低压电缆的最大绑扎间距是400 mm或者4根托架横挡，取两者最小值。(5)电缆敷设裁剪时，应记录电缆裁剪日报(包含每根电缆的电缆号、滚筒号、电缆两端的米数标记)并反馈给项目组。对不含米数标记的电缆，应使用业主认可的仪器，测量电缆长度。(6)在室外安装时，电缆应从底部或侧面经格兰孔进入接线箱。电缆终端未连接之前，电缆及线芯应临时盘卷起来，并用护罩包裹，以防止湿气进入电缆或线芯。(7)电缆/线芯在接线箱和盘柜中的长度应留有一定的空余并且排布整齐。所有的电缆接线处都应清晰且持久牢固地做好标记，且所有线芯接线处应使用塑料套管做好标记。接线箱/盘内的备用芯线要做好标记，设备内的备用芯线长度需能够延伸到接线设备内最远处的端子。剩余由于无备用端子没有接到接线端子的芯线要进行标记、盘卷、绑扎、接地并且固定在设备或线槽内。非本安电缆的备用线芯应接到备用端子上并接地，根据图纸要求安装线芯号码管。

　　2.3设备安装

　　此项目中采用的火焰探测器是X3301多光谱红外探测器，是美国DET-TRONICS公司生产的一款新型设备。X3301火焰探测器能极好地在天然气处理过程中探测到火焰，同时在设备的设计过程中考虑了最大程度上抑制错误报警的发生。这款探测器符合美标和国际标准的防爆等级，适合室内和室外应用。此款探测器安装时使用自带支架，安装完成后需要注意朝向要和设计朝向一致，同时注意探头后端填料函的紧固程度，确保供电电缆和控制电缆无扭曲和松动的质量问题。

　　此项目LNG模块上的气体探测器采用的是红外式可燃气探头，型号有美国DET-TRONICS公司生产的开路式探头和点式可燃气探头。它们都是利用气体的红外线吸收原理工作。开路式和点式的不同在于有一对传感元件，其中一个为红外线发射源，另一个为接收器，分布在探测区域的两端，通过测定接收器接收的红外线辐射源的能量来进行报警动作。在模块上的可燃气探头安装完成后，需要重点检查点式探头的标高是否正确。开路式探头安装完成后需要检查发射器和接收器之间是否存在阻挡物，同时注意在建造过程对设备的保护。

　　此项目要求所有的火气探头和报警设备的安装，需要满足GOSTR51330/52350(等同于IEC60079)的检验要求。因为LNG模块根据危险等级划分为不同的危险区域，火气设备在设计、安装和使用过程中要具有在危险区域中使用的防爆要求。因此，火气系统的建造施工要符合防爆检查的检验要求。

　　根据项目所采用的国际标准和项目标准将设备安装的施工重点总结为以下方面：(1)带有安装板/遮阳板/接线盒/及其他附件的火气探头，在运输到安装现场前，设备应在储存区域内组装完毕。(2)检查确认安装所需的支架、螺栓、垫圈等连接材料的完好状态，并且应符合图纸/规格书的要求。(3)不锈钢设备与碳钢支架之间采用特氟龙板进行隔离。(4)火气探头支架应按照批准的图纸、支架典型图、布置图和设计模型进行预制和安装。(5)在支架上固定仪表用的连接螺栓、螺母应采用316SS材质。(6)火气探头设备应安装在支柱、墙壁或其他支撑上，保证定位和导向正确，符合设计规格书要求。火气探头设备外壳凡有接地标志的均应按照各自的要求良好接地，安装后应对设备及其附件进行必要的保护。安装时应该在给定坐标范围内安装，方向应符合火气典型图，否则设备的位置需要重新确认。(7)现场安装的火气探测器、手动按钮、易熔塞、报警灯、报警器和接线箱应按照定位图、安装详图、厂家说明，S3D模型及火气典型图安装就位。开放式燃气探测器的安装应保证接收器有一个清晰的接收视野。接线箱安装要根据设计布置图安放，要立在结构梁上，甲板距接线箱中心线的高度参照典型安装图和规格书要求。(8)所有仪表接线箱的安装要使用支架，支架的设计要符合典型图和接线箱数据。仪表接线箱安装完成后应防止弄脏、损坏或喷漆。电缆进线开口处应使用合格的堵头密封以保证进线口的清洁。接线箱安装应留有足够的空间用于打开箱盖。(9)盘柜安装之前应按照图纸要求预制并且安装完底座，底座螺栓固定孔应采用机械方法钻孔，锐边被磨平并表面修复(有必要的话)。钻孔后，孔应该被临时密封防止灰尘进入。火气控制盘柜安装在底座之前应放置在方木上，并且确保其牢固及安全，如需要可以附加支撑以保证其安全。火气控制盘柜应小心地安装在其底座上并排列整齐，其垂直度、水平度及盘间隙应满足规范要求。盘柜的底座以及底座和相邻盘柜之间需要用胶木绝缘。火气控制盘柜应当受到恰当的保护，以避免灰尘、污物、金属颗粒等物质的侵入，也应避免机械损伤和虫害。

　　3建造完成后的最终验收

　　为了满足俄罗斯规范要求和项目要求，此项目聘请了具有俄罗斯境内消防安装资质的公司派遣专家进行建造全程的监造和验收。验收的重点主要集中在电缆的敷设绑扎质量是否良好；电缆在设备端的悬空是否过长；火焰探头的朝向是否符合设计要求；可燃气探头的高度是否正确。为了满足防爆要求，俄罗斯专家在验收时着重检验了填料函的制作质量和接线质量。根据专家的验收意见，施工单位整改不符合项。意见整改合格后，俄罗斯专家会出具满足俄罗斯消防法规的合格证书(ACT)。

　　根据项目所采用的国际标准和项目标准将火气系统质量检验重点总结为以下方面：(1)组装检验和审查必须确保所有使用的材料，组装、保护和支撑都满足规格书、程序、图纸和厂家建议及培训的要求。(2)定位控制应测量现场实际坐标，并记录在相应报检表格中。(3)全部安装完成后，一份记录有设计坐标和实际坐标的完整的火气探头清单，应提交给设计方以便后续计算核实。

　　4结语

　　火气系统在LNG生产过程中有危险检测和报警的作用，对LNG模块的安全运行有着重要的影响，因此，在LNG建造过程中，须严格按照火气系统施工程序进行安装，从而保证其安装质量以提升后期LNG工艺模块的运行寿命。

　　参考文献：

　　[1]杨光，董新.开路式红外气体探测器的应用[J].化工自动化及仪表，2013，40(7)：927-928，946.

　　[2]靳俊芳.石油化工企业中火气系统设计浅析[J].自动化与仪器仪表，2010(5)：105-107.

　　[3]张若楠.海洋石油自动化仪表设计及安装调试技术探讨[J].石化技术，2020，27(11)：60-61.