大型LNG碼頭消防炮系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題分析及改造

王樂(lè)

（中石化北海液化天然氣有限責(zé)任公司，廣西 北海 536000）

某大型LNG碼頭采用墩式“一字”形布置，由1個(gè)工作平臺(tái)、4個(gè)靠船墩和6個(gè)系纜墩組成，通過(guò)引橋與后方陸域銜接。該碼頭按17.5萬(wàn)m3LNG船作為主力運(yùn)輸船型設(shè)計(jì)。

LNG屬甲A類(lèi)危險(xiǎn)品，在-162℃會(huì)液化，一旦泄漏完全氣化，體積增大600倍，氣化后的天然氣與空氣混合，當(dāng)混合濃度在5%～16%范圍內(nèi)時(shí)，遇點(diǎn)火源，將發(fā)生火災(zāi)爆炸。

LNG船通常采用燃料油作為動(dòng)力， 船舶突遇惡劣天氣發(fā)生碰撞、LNG卸料臂失效時(shí)，會(huì)導(dǎo)致LNG、船用燃料油大量泄漏，引發(fā)環(huán)境污染、火災(zāi)爆炸事故。事故發(fā)生后，能否迅速有效地啟動(dòng)消防水炮和干粉炮，對(duì)控制事故起著關(guān)鍵性的作用。

1 問(wèn)題分析

1.1 消防炮工作原理

碼頭設(shè)置4個(gè)消防炮塔，每座炮塔設(shè)有1臺(tái)固定式液動(dòng)消防水炮，在炮塔上設(shè)有水幕系統(tǒng)。其中，工作平臺(tái)上的干粉炮和消防水炮共用1個(gè)消防炮塔，靠船墩2個(gè)消防炮塔上只有消防水炮。消防炮技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

遠(yuǎn)控消防水炮時(shí)，液壓站通過(guò)防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓油箱內(nèi)的油泵輸出液壓油至分配閥，再由電磁閥開(kāi)啟供至液壓電機(jī)，使其旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)消防炮轉(zhuǎn)動(dòng)。每臺(tái)消防炮由一個(gè)液壓站供給兩個(gè)液壓電機(jī)與一個(gè)液壓缸，每個(gè)液壓電機(jī)需要兩個(gè)電磁閥來(lái)控制出油與回油。啟動(dòng)電驅(qū)液壓泵，液壓缸帶動(dòng)渦桿旋轉(zhuǎn)，渦桿帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)消防炮上下、左右動(dòng)作。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，對(duì)船舶、碼頭卸料臂設(shè)施噴水冷卻。

遠(yuǎn)控干粉炮時(shí)，利用氮?dú)馄拷M內(nèi)的高壓氮?dú)饨?jīng)減壓閥減壓后，使氮?dú)膺M(jìn)入干粉罐，其中一部分被送到罐的底部松散干粉滅火劑。隨著罐內(nèi)壓力的升高，使部分干粉滅火劑隨氮?dú)膺M(jìn)入出粉管被送到干粉炮。啟動(dòng)電驅(qū)液壓泵，液壓缸帶動(dòng)渦桿旋轉(zhuǎn)，渦桿帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)干粉炮上下、左右動(dòng)作，準(zhǔn)確定位著火點(diǎn)，有效快速撲滅火源。每套干粉系統(tǒng)儲(chǔ)存干粉量3t，噴射時(shí)間滿足噴射60s的要求。干粉炮主要處置LNG卸料臂泄漏氣化的立體火災(zāi)，需要注意的是，必須確認(rèn)氣源斷掉后，方可啟動(dòng)干粉滅火系統(tǒng)，否則，滅火后繼續(xù)泄漏的氣體容易形成爆炸性混合氣，發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。

表1 消防炮技術(shù)參數(shù)

1.2 消防炮系統(tǒng)問(wèn)題分析

碼頭消防炮系統(tǒng)運(yùn)行3年后，查閱消防維保記錄，統(tǒng)計(jì)了碼頭消防炮系統(tǒng)相關(guān)組件更換數(shù)量見(jiàn)表2。

表2 消防炮系統(tǒng)相關(guān)組件更換數(shù)量

（1）消防炮系統(tǒng)組件腐蝕嚴(yán)重。消防水炮和干粉炮的液壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)、液壓缸、橡膠液壓油管、法蘭等組件常年暴露在沿海鹽霧、雨水侵蝕、溫差很大、空氣潮濕環(huán)境中，不可避免地會(huì)遭受大氣腐蝕、溫度、紫外線腐蝕，導(dǎo)致設(shè)備組件腐蝕嚴(yán)重，油管老化嚴(yán)重漏油（圖1），造成消防炮俯仰角和水平回旋角轉(zhuǎn)向遲鈍或不動(dòng)作。液壓電機(jī)本體也是由鑄鐵或鑄鋼材料制造的，內(nèi)部因有液壓油的保護(hù)不會(huì)銹蝕，但外部較容易腐蝕，經(jīng)常造成液壓電機(jī)無(wú)法正常使用。

（2）消防炮系統(tǒng)組件故障問(wèn)題多。液壓系統(tǒng)電磁換向閥腐蝕嚴(yán)重或閥芯磨損或者油垢雜質(zhì)卡死閥芯，經(jīng)常導(dǎo)致?lián)Q向閥不動(dòng)作（圖2）。液壓缸沒(méi)拆下來(lái)時(shí)，由于缸內(nèi)液壓作用，轉(zhuǎn)不動(dòng)手輪，現(xiàn)場(chǎng)拆下液壓缸，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，部分消防炮上下、左右轉(zhuǎn)不動(dòng)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，渦桿上的軸承生銹嚴(yán)重，導(dǎo)致渦輪渦桿傳動(dòng)故障。另外，手輪安裝位置空間狹窄，操作手輪困難，容易延誤消防應(yīng)急時(shí)機(jī)。

（3）限位方式安全可靠性不足。消防水炮采用液壓電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)消防炮，液壓電機(jī)不自帶限位，需要另外設(shè)置限位。消防炮回轉(zhuǎn)限位通常采用機(jī)械限位或接近開(kāi)關(guān)限位，機(jī)械限位會(huì)使液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力升高，達(dá)到一定壓力時(shí)才會(huì)停機(jī)，對(duì)液壓站的性能影響較大，液壓站需要供給3個(gè)液壓電機(jī)，每臺(tái)需要2KW的供電容量，供電功率偏大，且遠(yuǎn)距離無(wú)法識(shí)別是否到位。接近開(kāi)關(guān)限位采用隔爆型，露天安裝，元件易遭腐蝕，使用壽命不長(zhǎng)。

圖1 液壓缸和液壓油管腐蝕

圖2 電磁換向閥腐蝕

2 改造方案

針對(duì)液控消防炮系統(tǒng)組件故障多、更換頻繁等問(wèn)題，經(jīng)廠家、運(yùn)行等單位技術(shù)人員會(huì)診，決定將消防炮控制方式由液壓系統(tǒng)控制改造成電動(dòng)執(zhí)行器控制，消防炮其他壓力、流量等技術(shù)參數(shù)保持不變。

（1）更換消防炮系統(tǒng)組件。更換后的消防水炮、干粉炮、防爆接線盒防爆等級(jí)為EexdⅡBT4，消防炮體、炮頭、接線盒等采用不銹鋼316材質(zhì)，渦輪材質(zhì)為青銅，蝸桿采用不銹鋼，消防設(shè)備必須持有效的經(jīng)國(guó)家固定滅火系統(tǒng)和構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心或國(guó)家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心頒發(fā)的檢驗(yàn)報(bào)告。

（2）優(yōu)選電動(dòng)執(zhí)行器。采用3個(gè)370W隔爆型電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)消防炮動(dòng)作，帶自停式驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)含位置變送器、熱過(guò)載開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、扭矩開(kāi)關(guān)。內(nèi)部設(shè)有可調(diào)節(jié)的限位開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)要求調(diào)整回轉(zhuǎn)角度。在執(zhí)行器上設(shè)置操作手輪，可保證消防水炮在水平±135°、俯仰±70°內(nèi)任意角度開(kāi)停及直流噴霧轉(zhuǎn)換的任何形態(tài)開(kāi)停，可不受內(nèi)部限位影響，在斷電的情況下可以機(jī)械操作消防炮動(dòng)作。消防炮回轉(zhuǎn)部分采用變速齒輪的方式將其轉(zhuǎn)速變慢，可以實(shí)現(xiàn)超限位回轉(zhuǎn)。電動(dòng)執(zhí)行器外部油漆采用耐海水侵蝕油漆，保證其使用壽命。

（3）現(xiàn)場(chǎng)改造控制柜及線路。需要現(xiàn)場(chǎng)修改控制柜，將液壓控制改為電動(dòng)控制，滿足遠(yuǎn)程控制、無(wú)線遙控控制、應(yīng)急手輪操作三種操作方式。采用CAN總線方式通訊，集中控制柜給每座炮塔的驅(qū)動(dòng)箱內(nèi)布一路電源，每個(gè)驅(qū)動(dòng)箱布置光纜供集中柜采集數(shù)據(jù)。消防炮塔每臺(tái)消防炮布3根電力電纜及1根控制電纜，從炮塔驅(qū)動(dòng)箱接入消防炮本體接線盒內(nèi)，供消防炮控制與供電用。

3 結(jié)語(yǔ)

改造前，消防炮液壓控制存在故障多、更換頻繁、維護(hù)成本高等問(wèn)題。改造后，電動(dòng)執(zhí)行器控制消防水炮輕巧、節(jié)能、靈活，維護(hù)成本低，安全可靠。目前，電動(dòng)控制消防炮系統(tǒng)已運(yùn)行1.5年，一直安全平穩(wěn)，保障了消防炮系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)。