海上石油平臺(tái)消防水穩(wěn)壓系統(tǒng)的類型及應(yīng)用

劉佳

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

海洋油氣開(kāi)發(fā)具有技術(shù)復(fù)雜、投資高、風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)。由于在海洋石油平臺(tái)上進(jìn)行油氣生產(chǎn)，石油平臺(tái)要經(jīng)受各種惡劣氣候和風(fēng)浪的襲擊，經(jīng)受海洋氣候的腐蝕及地震的危害；海上采出的油氣具有易燃易爆性；油氣生產(chǎn)過(guò)程可能對(duì)海洋造成污染；海洋石油平臺(tái)由于空間狹小，設(shè)備布置緊湊等特點(diǎn)，若發(fā)生火災(zāi)往往出現(xiàn)疊加災(zāi)害造成更大損失，因此消防水系統(tǒng)是火災(zāi)發(fā)生時(shí)確保人員安全撤離和設(shè)備安全的一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)。

消防水系統(tǒng)包括兩部分：（1）消防給水系統(tǒng)；（2）穩(wěn)壓系統(tǒng)。平臺(tái)使用最多的消防給水系統(tǒng)為雨淋系統(tǒng)，給水系統(tǒng)主要作用是將消防水源安全穩(wěn)定地輸送到消防滅火設(shè)備處。穩(wěn)壓系統(tǒng)用于保持消防管網(wǎng)的壓力，消防時(shí)用于提高消防供水速度，而且在自動(dòng)啟動(dòng)模式下可以降低消防水泵啟動(dòng)時(shí)間。

消防水穩(wěn)壓系統(tǒng)根據(jù)海上石油平臺(tái)的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、功能和高度的不同，可采用不同的類型，本文綜述海上石油平臺(tái)上應(yīng)用的不同的消防水穩(wěn)壓系統(tǒng)。

1 穩(wěn)壓泵與氣壓水罐相結(jié)合的穩(wěn)壓方式

該穩(wěn)壓方式主要依靠氣壓給水裝置完成，氣壓水罐的膠囊內(nèi)充滿高壓水并與消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)連通，罐壁與膠囊之間則充滿了一定量的壓縮空氣。平時(shí)由穩(wěn)壓泵為氣壓水罐提供壓力，并且當(dāng)壓力上升至設(shè)定值時(shí)自動(dòng)停泵，此時(shí)氣壓水罐再向管網(wǎng)提供穩(wěn)壓壓力，以滿足系統(tǒng)的水壓需求。當(dāng)管網(wǎng)壓力出現(xiàn)下降并達(dá)到設(shè)定值時(shí)，穩(wěn)壓泵會(huì)再次自動(dòng)啟動(dòng)，補(bǔ)充氣壓水罐的水量和水壓，如此周而復(fù)始，保持消防系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定[1]。

根據(jù)GB50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量不應(yīng)小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)流量，當(dāng)無(wú)管網(wǎng)泄漏量數(shù)據(jù)時(shí)，穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量宜按消防給水設(shè)計(jì)流量的1%～3%計(jì)，且不宜小于1L/s；當(dāng)采用氣壓水罐時(shí)，其調(diào)節(jié)容積應(yīng)根據(jù)穩(wěn)壓泵啟泵次數(shù)不大于15次/h計(jì)算確定，但有效儲(chǔ)水容積不宜小于150L[2]。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)海上石油平臺(tái)消防給水設(shè)計(jì)流量為500m3/h時(shí)，穩(wěn)壓泵流量宜為5～15m3/h，穩(wěn)壓泵出口壓力一般設(shè)置800kPaG，氣壓水罐的有效容積在500～700L，其設(shè)置上下限壓力控制穩(wěn)壓泵的啟停。

早期的海上石油平臺(tái)多采用穩(wěn)壓泵與氣壓水罐相結(jié)合的穩(wěn)壓方式，運(yùn)行高效、節(jié)能，且避免穩(wěn)壓泵的頻繁啟停等優(yōu)點(diǎn)。由于考慮到海水的腐蝕性，穩(wěn)壓系統(tǒng)一般采用平臺(tái)上稀缺的淡水資源進(jìn)行穩(wěn)壓。若使用海水介質(zhì)穩(wěn)壓可降低水資源成本，但設(shè)備成本和日常維修保養(yǎng)成本較高，穩(wěn)壓系統(tǒng)消耗淡水會(huì)增加平臺(tái)淡水罐的容量。

2 穩(wěn)壓泵直接穩(wěn)壓方式

海上石油平臺(tái)直接采用海水水源，設(shè)計(jì)枯水流量保證率高，能夠滿足規(guī)范要求。消防泵和穩(wěn)壓泵所在甲板一般高于海平面15-25m，常用長(zhǎng)軸泵或電潛泵。

穩(wěn)壓泵的流量與上述穩(wěn)壓泵與氣壓水罐相結(jié)合的方式的要求一樣，根據(jù)GB50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)滿足系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)和管網(wǎng)充滿水的要求，穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)保持系統(tǒng)自動(dòng)啟泵壓力設(shè)置點(diǎn)處的壓力在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)大于系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)啟泵壓力值，且增加值宜為0.07～0.10MPa[2]。

穩(wěn)壓泵直接穩(wěn)壓方式分為以下兩種：

2.1 專用穩(wěn)壓泵直接穩(wěn)壓

采用專用穩(wěn)壓泵直接從海上抽水再輸向消防管網(wǎng)，以保持消防水系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)穩(wěn)壓泵始終保持運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)生火災(zāi)，則可以保證消防泵啟動(dòng)運(yùn)行前立即投入使用。

由于需要從海洋中將海水抽至平臺(tái)，無(wú)論采用電潛泵還是長(zhǎng)軸泵均需安裝護(hù)管，且設(shè)備和管道均需選用耐海水腐蝕的材料，因此設(shè)備成本和安裝成本較高；專用穩(wěn)壓泵始終保持運(yùn)行狀態(tài)，比較耗能，且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)降低穩(wěn)壓泵的壽命，增加穩(wěn)壓泵的維修頻率；在消防泵啟動(dòng)時(shí)，穩(wěn)壓泵的供水對(duì)由消防泵抽上的消防水產(chǎn)生一定的阻隔作用，加大水錘的效果，因此消防泵出口處管道應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)應(yīng)力分析。因此除了海上石油平臺(tái)無(wú)海水提升泵兼作穩(wěn)壓泵外，現(xiàn)已很少采用這種方式穩(wěn)壓。

2.2 海水提升泵兼作穩(wěn)壓泵直接穩(wěn)壓

采用海水提升泵兼作穩(wěn)壓泵直接穩(wěn)壓的方式，屬于穩(wěn)壓泵直接穩(wěn)壓的一種形式，全天運(yùn)行的海水提升泵在滿足其它用戶供水的條件下，通過(guò)一路管道與消防環(huán)管相連，為消防水系統(tǒng)穩(wěn)壓。在穩(wěn)壓管路上設(shè)置自力式調(diào)節(jié)閥，保證消防水系統(tǒng)的穩(wěn)壓壓力恒定。這種穩(wěn)壓方式充分利用平臺(tái)已有海上提升泵，為海上石油平臺(tái)濕式消防系統(tǒng)穩(wěn)壓的主要方式，但海水提升泵選泵時(shí)需額外考慮該部分水量。

3 高位消防水箱的穩(wěn)壓方式

高位消防水箱為設(shè)置在高處直接向消防水系統(tǒng)重力供應(yīng)初期火災(zāi)消防用水量的儲(chǔ)水設(shè)施。高位消防水箱要求滿足消防設(shè)施的靜壓要求，否則應(yīng)設(shè)穩(wěn)壓泵。

由于海上石油平臺(tái)采出的油氣具有易燃易爆性，消防用水量一般較大，高位消防水箱所需體積較大，且海上石油平臺(tái)經(jīng)常出現(xiàn)各種惡劣氣候，海上腐蝕情況嚴(yán)重，因此，海上石油平臺(tái)一般不采用高位消防水箱穩(wěn)壓的方式。

4 穩(wěn)壓設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1 穩(wěn)壓流量控制

穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量要滿足系統(tǒng)維持壓力的功能要求，就要使其流量大于系統(tǒng)的泄漏量，否則無(wú)法滿足穩(wěn)壓的作用。同時(shí)穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量不能過(guò)大，因?yàn)楫?dāng)大于或等于消防滅火設(shè)備的流量，穩(wěn)壓泵的開(kāi)啟即可滿足該消防滅火設(shè)備的使用，出現(xiàn)穩(wěn)壓泵一直運(yùn)行，而消防環(huán)管的壓力無(wú)法下降到消防泵啟動(dòng)的壓力設(shè)置點(diǎn)。穩(wěn)壓泵主要是維持系統(tǒng)一定壓力的作用，一般達(dá)不到系統(tǒng)滅火所需的壓力，穩(wěn)壓泵充當(dāng)消防泵是規(guī)范不允許的。

因此，需要根據(jù)穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量嚴(yán)格控制穩(wěn)壓管道的管徑，以免因管徑選取不合適出現(xiàn)消防泵無(wú)法啟動(dòng)的情況。

4.2 穩(wěn)壓壓力設(shè)置點(diǎn)

穩(wěn)壓壓力應(yīng)滿足系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)和管網(wǎng)充滿水的要求，穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)保持系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)消防泵壓力設(shè)置點(diǎn)處的壓力在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)大于系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)啟泵壓力值，且增加值宜為0.07～0.10MPa。消防泵啟泵壓力是人為設(shè)定的值，在滿足規(guī)范要求的最不利點(diǎn)處?kù)o壓前提下，啟泵壓力可以在一定范圍內(nèi)設(shè)定，但設(shè)定值越高，管網(wǎng)漏損的幾率相應(yīng)提高，維護(hù)成本增加，因此合理選定消防泵啟泵壓力值很關(guān)鍵。

4.3 防超壓措施

消防給水的超壓危害較大，降低滅火時(shí)系統(tǒng)的可靠性，增加了維修工作量。因此，可采取的措施包括：選用揚(yáng)程與流量曲線平緩的水泵；在水泵出口處安裝適當(dāng)?shù)乃匍]止回閥、減壓閥等裝置，避免停泵時(shí)產(chǎn)生水錘、水擊等現(xiàn)象。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 張銀山.建筑消防中給水穩(wěn)壓系統(tǒng)研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，(14)：183-184.

[2] GB50974-2014，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].