海上平臺二氧化碳滅火系統(tǒng)的組成與設(shè)計

高勛 崔榮帥 王智勇 顧芳麗

摘 要 本文介紹了二氧化碳滅火系統(tǒng)的滅火方式與組成，并采用局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)的體積法計算出了二氧化碳的設(shè)計用量，為設(shè)計提供一個依據(jù)。

關(guān)鍵詞 二氧化碳；設(shè)計；滅火方式；體積法

中圖分類號 O6 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）162-0156-02

海上固定平臺的冷放空系統(tǒng)是海洋生產(chǎn)平臺上非常重要的安全系統(tǒng)，因此泄放氣流在排出點著火的情況在設(shè)計時必須進行考慮。為了在放空頭管線入口處熄滅著火源，必須設(shè)計出一套二氧化碳滅火系統(tǒng)。

1 二氧化碳的性質(zhì)

從圖1可以看出，在臨界點與三相點之間的二氧化碳是以氣、液兩相共存的。二氧化碳滅火系統(tǒng)就是根據(jù)這一物理特性儲存二氧化碳的，儲存方式有2種：1）常溫儲存即高壓儲存，儲存溫度為0℃～49℃；2）低溫儲存即低壓儲存，儲存溫度為-20℃～-18℃。

2 二氧化碳與組成

二氧化碳消防系統(tǒng)應(yīng)當由下列主要設(shè)備及其連接管路，零部件等構(gòu)成（但不限于此）：二氧化碳的儲備鋼瓶（主/備瓶）、二氧化碳系統(tǒng)釋放氮氣驅(qū)動裝置、自動瓶頭閥（安裝在瓶體上）、帶單向閥門的連接軟管、總管匯、總管匯壓力開關(guān)、總管匯安全閥、支路壓力開關(guān)、瓶組自動電磁閥、瓶組旁通閥、支路自動電磁閥、支路旁通閥、噴嘴等。

2.1 瓶頭閥

瓶頭閥，是控制二氧化碳釋放的關(guān)鍵閥門。該瓶頭閥必須能承受最大的操作壓力，在關(guān)閉時絕對不能漏氣。并且要即能手動操作又能自動操作。

2.2 釋放管匯及管線

二氧化碳消防系統(tǒng)的二氧化碳儲瓶必須通過總管匯、帶單向閥門的連接軟管等與被保護的各區(qū)域聯(lián)接起來。管路系統(tǒng)平時是空的，當釋放操作時管路系統(tǒng)把二氧化碳從儲存容器釋放到噴嘴。由于合適的流速是滅火的關(guān)鍵要素，因此管道設(shè)計應(yīng)該精確，這一點很重要。另外管路必須有牢固的支撐以防在釋放時發(fā)生移動，并且必須采取措施防止管路收縮和膨脹。

2.3 壓力開關(guān)

二氧化碳消防系統(tǒng)的壓力開關(guān)應(yīng)該安裝在二氧化碳釋放管線上。當二氧化碳從儲存容器中釋放到被保護的區(qū)域時，該壓力開關(guān)應(yīng)當自動啟動并把二氧化碳已釋放的信號送入各自的“火災控制系統(tǒng)”上進行顯示。

2.4 釋放速率及釋放噴頭

根據(jù)“火災探測報警”的信號啟動二氧化碳消防系統(tǒng)時，二氧化碳從儲存容器通過聯(lián)接管線和釋放噴頭噴灑到被保護的區(qū)域的燃燒表面上。由于考慮到殘火可能在二氧化碳釋放結(jié)束完畢后重新著火，故任何燃料可能流經(jīng)的鄰近地區(qū)也必須被二氧化碳覆蓋。因此要求二氧化碳的釋放噴灑持續(xù)時間至少60s，如果需要冷卻，釋放噴灑持續(xù)時間應(yīng)該更長。

釋放噴頭噴灑的流速通常設(shè)計得比較低，以防止飛濺和混入空氣。釋放噴頭的安裝位置應(yīng)該保證二氧化碳能夠直接釋放在燃燒的表面上，以便盡快的來撲滅全部火焰。

2.5 手動釋放開關(guān)

手動釋放開關(guān)盒應(yīng)安裝在二氧化碳消防系統(tǒng)保護的封閉區(qū)域的外面。該開關(guān)盒本體應(yīng)該用碳鋼制造并為全天候式的。

2.6 釋放燈和釋放報警鈴

盡管二氧化碳毒性較小，但當人員處于其中時會失去知覺或死亡，所以在釋放二氧化碳淹沒一個保護區(qū)之前，必須采取各種預防措施，保證該區(qū)的人員提前撤離。為此二氧化碳消防系統(tǒng)保護的封閉區(qū)域的外面應(yīng)該安裝有釋放報警鈴和釋放指示燈。

2.7 系統(tǒng)控制

來自保護區(qū)的火災信號首先在 “火災控制系統(tǒng)”上報警，經(jīng)確認后自動或手動啟動二氧化碳消防系統(tǒng)進行消防保護。

2.8 自動控制

應(yīng)將“火災控制系統(tǒng)”的控制方式選擇鍵撥到“自動”位置。如若保護區(qū)有火災發(fā)生，“火災控制系統(tǒng)”上的火災探測器接收到火情并經(jīng)鑒別后，由“火災控制系統(tǒng)”上的報警和滅火控制系統(tǒng)發(fā)出聲光報警及下達滅火命令。從而按下列程序工作：完成“聯(lián)動設(shè)備”的啟動（如停電、停止通風及關(guān)閉風閘等），延遲0至30s通電打開電磁啟動器；繼而打開二氧化碳瓶頭閥、分區(qū)釋放閥，釋放二氧化碳實施滅火。

2.9 手動控制

應(yīng)將“火災控制系統(tǒng)”的控制方式選擇鍵撥到“手動”位置。此時自動控制不起作用，當人為發(fā)現(xiàn)火災或“火災控制系統(tǒng)”上的火災報警系統(tǒng)發(fā)出火災信號時，即可開始操作“火災控制系統(tǒng)”上的滅火手動按鈕，實現(xiàn)滅火。

3 設(shè)計計算原理

綏中36-1油田位于渤海遼東灣南部海域，西北距綏中市約50km，油田所處海域水深為30m～32m。綏中36-1油田采取滾動式開發(fā)模式，分I期（試驗區(qū)）和II期（新區(qū)）兩期建成。II期由油氣處理平臺（CEP）和6座井口平臺（WHPC、WHPD、WHPE、WHPF、WHPG、WHPH）組成，分別從2000年11月到2001年11月陸續(xù)投產(chǎn)。本項目是以WHPE＼F＼H＼G四個井口小平臺現(xiàn)有的閉排系統(tǒng)冷放空6寸管線上改造增加1套二氧化碳滅火裝置為例，針對改造中各平臺冷放空管線滅火所需的二氧化碳用量進行核算，以保證平臺的安全生產(chǎn)。二氧化碳滅火系統(tǒng)采用在管線內(nèi)釋放二氧化碳，使管內(nèi)二氧化碳濃度短時間內(nèi)達到窒息的濃度，不僅起到隔絕管線外空氣進入的作用，而且在管線出口處，隨著高濃度二氧化碳氣體的排出，也達到了撲滅著火源的效果。每瓶CO2鋼瓶充裝45.4kgCO2。（參考NFPA），CO2滅火最大需求量不小于最大的一個保護區(qū)域所需的量，根據(jù)GB50193-1993規(guī)定，本系統(tǒng)屬于局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)。

4 設(shè)計計算依據(jù)

1）NFPA 12 《二氧化碳滅火系統(tǒng)》；

2）API RP 2G 《近海構(gòu)筑物生產(chǎn)設(shè)施的推薦作法》；

3）API RP 14C 《海上生產(chǎn)平臺上部設(shè)施安全系統(tǒng)的分析、設(shè)計、安裝和試驗推薦作法》；

4）API RP 14G 《敞開式海上生產(chǎn)平臺的消防和控制推薦作法》；

5）GB 50193-93 《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》。

5 二氧化碳用量核算

5.1 噴射率計算

NFPA 12中推薦二氧化碳的單位體積的噴射率按16kg/（min·m3）計，GB50193-1993（見3.3.4.2）給出的計算公式為：

5.5 計算結(jié)果

SZ36-1項目為改造項目，采用局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)中的體積法的原理來設(shè)計，并按照GB50193-1993規(guī)范要求，設(shè)計100%的備用量。經(jīng)設(shè)計計算，本次二氧化碳氣瓶設(shè)計總數(shù)應(yīng)該為6瓶（3主3備）。WHPE/F/G/H4個小平臺的放空管線改造項目中，每個平臺所需的二氧化碳氣瓶設(shè)計總數(shù)量均為6瓶（3主3備），見圖2。對于海上平臺冷放空管線著火時二氧化碳的設(shè)計用量，根據(jù)《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中的體積法能夠計算出來，這樣就為以后的設(shè)計提供了一個依據(jù)。

參考文獻

[1]林國鋒，劉培林，孫旭.海上平臺冷放空系統(tǒng)二氧化碳滅火釋放量的設(shè)計.安全與環(huán)境工程，2007，14（2）：91-93.

[2]李祥鋒，錦州21-1油田WHPA海上平臺二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計.石油工程建設(shè)，2007，33（5）：31-33.

[3]GB50193-93，二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范.工程建設(shè)標準化，1999（6）.