海上岸電平臺消防設(shè)計實例

李艷華， 許曉麗， 覃柳莎， 吳磊， 賈慶麗

（1.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451；2.中國海洋石油（中國）有限公司天津分公司 工程建設(shè)中心， 天津 300451）

當前海上油田用電均采用燃油或燃氣方式自發(fā)電［1］。 自發(fā)電方式有效地保障了海上油田開發(fā)及電力供應， 但也存在投資成本大、 能耗高、 環(huán)保排放壓力大等問題［1-2］。 發(fā)電機組技術(shù)對外依存度大，存在“卡脖子”技術(shù)風險［3］。 為解決上述問題， 并積極響應國家的“雙碳”戰(zhàn)略方針， 利用陸地電源（簡稱岸電）供應海上平臺目前已經(jīng)逐漸成為近岸海域海上油氣開發(fā)的主流用電模式。 該開發(fā)模式通常在油田群附近新建岸電平臺， 接收陸地供電并向油田群中的各平臺分配和輸送電源。 岸電平臺上的總體布局、 設(shè)備種類與傳統(tǒng)的油氣平臺存在很大的不同， 因此， 傳統(tǒng)油氣平臺的消防原理和消防系統(tǒng)配置不適用于岸電平臺。 針對岸電平臺的消防設(shè)計應以火災風險識別和風險等級評估為基礎(chǔ)， 根據(jù)岸電平臺的火災類別， 結(jié)合相關(guān)規(guī)范標準確定消防原理與消防系統(tǒng)配置。 本文以渤海某岸電平臺為例， 介紹了岸電平臺的消防系統(tǒng)設(shè)計。

1 岸電平臺整體布局介紹

與傳統(tǒng)油氣平臺上以各類原油和天然氣生產(chǎn)設(shè)施為主不同， 岸電平臺上以各類設(shè)備房間為主。 平臺整體分為上、 中、 下3 層甲板， 每層甲板層高5 m。 岸電平臺整體布置示意如圖1 所示， 上層甲板西側(cè)設(shè)置直升機甲板， 北側(cè)設(shè)有直升機候機室， 其余空間是房間設(shè)備的艙口蓋。 根據(jù)被保護對象的位置確定消防設(shè)備房間的位置， 中層甲板設(shè)有七氟丙烷設(shè)備間、 并聯(lián)電抗器房間、 繼電保護與通訊房間、變壓器房間和GIS 設(shè)備房間， 室外設(shè)置有變壓器的換熱器。 下層甲板設(shè)有高壓細水霧設(shè)備間、 暖通設(shè)備間、 應急開關(guān)間、 電池間、 接地變壓器房間、 并聯(lián)電抗器房間、 變壓器房間、 GIS 房間， 其中并聯(lián)電抗器房間， 變壓器房間、 GIS 房間層高10 m， 貫穿下層甲板和中層甲板到上層甲板的艙蓋口。

圖1 岸電平臺整體布置示意Fig.1 General layout of an onshore electrical power platform

岸電平臺通過棧橋與其供電的平臺連接， 日常操作與維護依托棧橋連接平臺工作人員。 依托平臺上設(shè)置有消防水泵。

2 岸電平臺火災特點

海上構(gòu)筑物的消防系統(tǒng)設(shè)計是按照火災類別選擇消防系統(tǒng)的。 岸電平臺各房間內(nèi)的潛在火災類別以及適宜選擇的消防系統(tǒng)如表1 所示。 岸電平臺的火災風險具有如下特點： ①岸電平臺以封閉房間內(nèi)的電氣設(shè)備和電纜即電氣火災（E 類火災）為主， 局部場合存在變壓器油、 換熱油等液態(tài)火災（B 類火災）， 同時存在少量固體火災（A 類火災）。 ②岸電平臺承擔為油田群供電的功能， 在發(fā)生單次火災事故時平臺不斷電， 屬于帶電火災。 ③平臺遠離陸地， 雖然岸電平臺多與依托平臺通過棧橋連接， 但是平臺發(fā)生火災以自救為主。 ④平臺為油田群供電，發(fā)生火災失去供電功能后將引發(fā)油田群斷電停產(chǎn)，導致嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響。 平臺消防系統(tǒng)要求技術(shù)成熟、 可靠、 響應快速、 高效。 ⑤岸電平臺本身造價高， 若發(fā)生火災將導致自身財產(chǎn)損失較大。

表1 岸電平臺各區(qū)域火災風險識別Tab.1 Fire risk identification for EPP platform

3 岸電平臺消防系統(tǒng)設(shè)計

3.1 岸電平臺消防系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范與原則

岸電平臺屬于新型海上固定平臺， 目前還沒有專門的設(shè)計規(guī)范指導海上岸電平臺的消防系統(tǒng)設(shè)計。 岸電平臺消防系統(tǒng)設(shè)計可以參考國內(nèi)海上風電行業(yè)的海上升壓站相關(guān)設(shè)計規(guī)范［4－6］。 根據(jù)岸電平臺的火災風險特點， 其消防系統(tǒng)設(shè)計應遵循如下原則： ①平臺主動消防系統(tǒng)的設(shè)計原則是同一時間按1 起火災次數(shù)考慮， 在消防系統(tǒng)設(shè)計合理的前提下， 火勢不會從1 個防火分區(qū)蔓延到另外1 個防火分區(qū)。 ②消防系統(tǒng)選型以適用電氣火災為主， 兼顧A、 B 類火災。 消防系統(tǒng)選型要考慮滅火后不對設(shè)備產(chǎn)生二次破壞。 ③消防系統(tǒng)以自動滅火系統(tǒng)為主， 系統(tǒng)響應速度快， 滅火速度快， 具有抑制電纜復燃的功能。 ④消防系統(tǒng)設(shè)計要考慮減少平臺操作維護工作量和備品備件的數(shù)量， 盡量降低人員登平臺操作的頻率。 ⑤消防設(shè)備、 設(shè)施的尺寸和重量盡量小， 節(jié)約岸電平臺投資成本。

依據(jù)平臺的火災風險分析結(jié)果和消防系統(tǒng)整體設(shè)計原則， 岸電平臺的消防系統(tǒng)配置如下： ①高壓細水霧滅火系統(tǒng)保護高壓電氣房間。 ②七氟丙烷滅火系統(tǒng)保護低壓電氣房間。 ③固定泡沫滅火系統(tǒng)保護直升機甲板。 ④手動滅火設(shè)備提供初期火災撲救。⑤被動消防系統(tǒng)限制火災擴散范圍。 根據(jù)系統(tǒng)的適用性， 可以采用高壓細水霧滅火系統(tǒng)保護岸電平臺上所有的電氣房間， 從而取消平臺上的七氟丙烷滅火系統(tǒng)， 以減少后期消防系統(tǒng)的維護保養(yǎng)工作量。高壓細水霧滅火系統(tǒng)在海上固定平臺推廣使用尚未普及， 本項目是在行業(yè)內(nèi)首次將高壓細水霧用在帶電火災的保護中。 平臺作業(yè)方對高壓細水霧的接受程度不高。 在方案設(shè)計上采取了折中， 部分設(shè)備采用高壓細水霧滅火系統(tǒng)， 部分設(shè)備采用氣體滅火系統(tǒng)， 平臺低壓電氣房間采用了七氟丙烷滅火系統(tǒng)。

3.2 高壓細水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計

高壓細水霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計遵照GB 50898—2013《細水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》［7］和NFPA750［8］設(shè)計， 保護平臺上10.5 kV 及以上電壓等級的電氣房間。 室內(nèi)采用全淹沒方式， 室外的換熱器采用局部應用方式。 系統(tǒng)按照最大房間所需的流量持續(xù)噴射30 min 進行設(shè)計， 每個保護區(qū)的噴淋強度按照2.0 L／（m2·min）進行初步設(shè)計， 最終根據(jù)噴頭的流量系數(shù)進行校核。 系統(tǒng)自帶淡水罐， 由補水泵供水到緩沖罐， 高壓泵組從緩沖罐取水。 淡水罐通過依托平臺棧橋淡水管線供水， 滿足30 min 消防水量要求。罐內(nèi)設(shè)置液位監(jiān)測系統(tǒng)， 水位低于正常液位90%時自動發(fā)送報警信號自動補水。 高壓細水霧滅火系統(tǒng)采用自動控制方式， 由火災探測系統(tǒng)自動啟動。 在每個被保護區(qū)內(nèi)沿房間四周設(shè)置集水槽， 用于收集高壓細水霧滅火后的廢水。 各保護區(qū)的參數(shù)和高壓細水霧滅火系統(tǒng)包含的設(shè)備分別見表2 和表3 所示。

表3 高壓細水霧滅火系統(tǒng)組成和設(shè)計參數(shù)Tab.3 Composition of high pressure water mist fire fighting system and its design parameters

3.3 七氟丙烷滅火系統(tǒng)

七氟丙烷滅火系統(tǒng)采用固定管網(wǎng)形式， 按照GB 50370—2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》［9］及NFPA 2001［10］設(shè)計， 保護平臺上10.5 kV 及以下電壓等級的電氣房間。 根據(jù)GB 50370—2005 的相關(guān)規(guī)定， 電氣房間的滅火濃度采用8%。 系統(tǒng)首選采用自動控制模式， 啟動后有30 s 的延遲， 保障各房間內(nèi)的人員有足夠的時間撤離。 各系統(tǒng)滅火藥劑均采用100% 備用。 平臺上七氟丙烷滅火系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)見表4 所示。

表4 七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)Tab.4 Design parameters of HFC-227 fire extinguishing system

3.4 固定泡沫滅火系統(tǒng)

直升機甲板的火災風險來自直升機的燃油，屬于乙類（B 類）火災， 根據(jù)火災類型選擇固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)進行保護。 泡沫滅火系統(tǒng)采用水成膜抗醇（AFFF－AR）泡沫， 低倍數(shù)發(fā)泡， 混合比為3%， 采用壓力式比例混合裝置， 泡沫發(fā)生器采用泡沫炮。 根據(jù)《固定平臺安全規(guī)則》的要求， 單位面積的泡沫混合液的噴淋強度是6 L／（min·m2）， 泡沫液持續(xù)噴淋時間為10 min。 泡沫滅火系統(tǒng)采用手動控制。 直升機甲板兩側(cè)各設(shè)置1 柄泡沫槍作為泡沫炮的補充， 泡沫槍噴射流量為25 m3／h， 泡沫噴射持續(xù)時間為20 min。 固定泡沫滅火系統(tǒng)的各項設(shè)計參數(shù)：泡沫液儲存量為1 000 L； 泡沫炮射程不低于45 m，流量為144 m3／h， 設(shè)計工作壓力為700 kPa（G）； 比例混合器采用文丘里比例混合器， 混合比為3%， 流量為144 m3／h； 系統(tǒng)自持時間為10 min。

3.5 平臺手動消防設(shè)備配置

除了上述固定消防系統(tǒng)之外， 平臺上還配備了消防軟管站和滅火器等手動消防設(shè)備， 供操作人員撲救初期火災。 根據(jù)《固定平臺安全規(guī)則》， 手提式滅火器的位置和數(shù)量保證平臺上人員能夠到達的任何一點到滅火器的步行距離不超過10 m。 軟管站和岸電平臺滅火器的配置見表5。

表5 手動消防設(shè)備配置Tab.5 Manual operated fire fighting equipment design on EPP

4 結(jié)語

海上岸電平臺作為一種新的平臺形式， 在火災風險和消防系統(tǒng)設(shè)計上與傳統(tǒng)的原油和天然氣生產(chǎn)平臺具有很大的不同， 如火災類型不同， 火災風險降低， 以封閉房間為主等， 不能按照傳統(tǒng)油氣平臺的設(shè)計方法進行岸電平臺的消防系統(tǒng)設(shè)計。 本項目消防系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)通過發(fā)證檢驗機構(gòu)的驗收， 設(shè)計過程中有以下幾個方面需要開展進一步研究：

首先是大空間、 大尺度房間的消防系統(tǒng)設(shè)計，如GIS 房間等， 高度超過10 m， 體積接近4 000 m3，在傳統(tǒng)油氣平臺上幾乎沒有。 常規(guī)的高壓細水霧滅火系統(tǒng)和全淹沒的氣體滅火系統(tǒng)在該場合下受到系統(tǒng)規(guī)模、 占地面積等多重限制。 本項目在火災風險分析的基礎(chǔ)上， 將大的防火分區(qū)分隔為若干小的防火分區(qū)， 相鄰防火分區(qū)同時啟動消防系統(tǒng)保護的設(shè)計得到了發(fā)證檢驗機構(gòu)的批準和認可， 在以后的項目中可以參考借鑒， 另一方面可以嘗試消防炮滅火系統(tǒng)或者防火分區(qū)技術(shù)在此類平臺上的應用。

其次是房間內(nèi)消防水的收集和排放設(shè)計。 高壓細水霧絕緣性能滿足工程要求， 在設(shè)計中應充分考慮滅火后形成冷凝水的排放問題， 以便滅火后人員可以快速進入房間， 避免由于消防水的存在導致人員觸電。 在房間內(nèi)設(shè)置集水槽， 通過管道直排海面可以解決消防水排放問題， 但是排水管道穿越電氣房間也帶來了漏水風險， 在后期項目中要進一步優(yōu)化解決。

最后是岸電平臺消防水系統(tǒng)設(shè)計。 目前岸電平臺的設(shè)計遵循《固定平臺安全規(guī)則》的要求， 在每層甲板設(shè)置了消防軟管站， 需要消防水源和消防主管。 岸電平臺以電氣房間為主， 房間外發(fā)生火災的概率非常低。 房間內(nèi)電氣火災不適宜采用水槍滅火， 從火災適用性考慮可以取消消防水主管網(wǎng)和軟管站的設(shè)計， 簡化整個平臺的消防系統(tǒng)配置。