電力平臺(tái)高壓細(xì)水霧與FM200 相結(jié)合的應(yīng)用研究

李 津，王福沖

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300450）

0 引言

某海上油田群計(jì)劃使用岸電供電，需要在海上建立電力平臺(tái)布置變電設(shè)備?；馂?zāi)是海上電力平臺(tái)的主要危險(xiǎn)、有害因素。設(shè)計(jì)合理、有效的消防系統(tǒng)是海上電力平臺(tái)基本建設(shè)期間需要主要考慮的因素。海上平臺(tái)空間緊湊，設(shè)備發(fā)生火災(zāi)后會(huì)快速蔓延，控制難度較大，且人員逃生困難，外部救援力量難以在短時(shí)間內(nèi)介入。海上電力平臺(tái)火災(zāi)救援以自救為主，對自動(dòng)滅火系統(tǒng)在火災(zāi)初期迅速啟動(dòng)并有效撲滅火災(zāi)的需求尤為突出，對系統(tǒng)的及時(shí)性和有效性提出了更高的要求。

1 固定式滅火系統(tǒng)

海上平臺(tái)應(yīng)根據(jù)處所的火災(zāi)性質(zhì)和危險(xiǎn)程度，有選擇地裝設(shè)固定滅火系統(tǒng)[1]。海上電力平臺(tái)常見的固定式滅火系統(tǒng)有泡沫滅火系統(tǒng)、水消防系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)[2-4]（表1）。

表1 海上電力平臺(tái)常見滅火設(shè)施設(shè)置

1.1 常見滅火系統(tǒng)

1.1.1 泡沫滅火系統(tǒng)

泡沫噴霧系統(tǒng)可以用來保護(hù)獨(dú)立變電站的油浸變壓器[5]。但在實(shí)際的大型油浸變壓器火災(zāi)中，泡沫噴霧存在無法滿足變壓器滅火需求的情況[6]。

目前，CAFS 系統(tǒng)（Compressed Air Foam System，壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)）作為一種新型、高效的滅火系統(tǒng)，在變壓器等含油設(shè)備的固定式滅火系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。CAFS 系統(tǒng)利用泵組通過泡沫比例混合器，混合泡沫液與水產(chǎn)生泡沫混合液，泡沫混合液與壓縮空氣通過空氣混合器產(chǎn)生壓縮空氣泡沫，經(jīng)管道輸送到末端釋放裝置。CAFS 系統(tǒng)用水量少、泡沫穩(wěn)定均勻，可以有效防止復(fù)燃，滅火效能強(qiáng)。經(jīng)有關(guān)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)，壓縮空氣泡沫噴淋系統(tǒng)可以快速有效地?fù)錅绱笮陀徒儔浩骰馂?zāi)[6]。

1.1.2 氣體滅火系統(tǒng)

氣體滅火系統(tǒng)是以氣體為滅火介質(zhì)的滅火系統(tǒng)。氣體滅火系統(tǒng)適用于撲救電氣火災(zāi)、固體表面火災(zāi)、液體火災(zāi)以及滅火前能切斷氣源的氣體火災(zāi)[7]。海洋工程設(shè)施常用的固定式氣體滅火系統(tǒng)有二氧化碳滅火系統(tǒng)和FM200 滅火系統(tǒng)。

1.1.3 水消防系統(tǒng)

水消防系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于海洋工程設(shè)施的火災(zāi)控制。目前，海工項(xiàng)目高壓油浸變壓器火災(zāi)的固定式滅火裝置采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以淡水為滅火介質(zhì)，利用泵組將高壓水通過特制的水霧噴頭產(chǎn)生細(xì)水霧滅火，具有良好的冷卻、惰化與附加效應(yīng)。

1.2 滅火系統(tǒng)選型分析

選擇海上設(shè)施滅火系統(tǒng)應(yīng)考慮滅火效率、滅火劑的更換周期及對環(huán)境、人員、設(shè)備的安全性等因素[4]。

（1）CAFS 系統(tǒng)滅火時(shí)產(chǎn)生的泡沫殘留可能污染環(huán)境，泡沫析液需要時(shí)間。目前CAFS 系統(tǒng)在海洋工程設(shè)施應(yīng)用缺乏明確的規(guī)范及設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)參數(shù)需要通過真火實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證。本電力平臺(tái)沒有采用CAFS系統(tǒng)。

（2）二氧化碳滅火系統(tǒng)的滅火效果遜于FM200 系統(tǒng)，滅火時(shí)釋放的二氧化碳對人有窒息作用，并且滅火劑用量的經(jīng)濟(jì)性不如FM200 系統(tǒng)。本電力平臺(tái)擬采用FM200 滅火系統(tǒng)。

（3）電力海上平臺(tái)空間有限，難以布置大容量的淡水消防水箱，如果采用海水替代淡水，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)噴射海水將對平臺(tái)上的設(shè)施，尤其是電氣設(shè)備造成破壞。

基于以上分析，為提高自動(dòng)滅火系統(tǒng)撲滅火災(zāi)的效能，應(yīng)確保滅火系統(tǒng)能夠在火災(zāi)極早期即可啟動(dòng)，減少滅火系統(tǒng)的相應(yīng)時(shí)間，且系統(tǒng)的啟動(dòng)應(yīng)不受電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響。因此，平臺(tái)自動(dòng)滅火系統(tǒng)采用淡水作為水源的水霧介質(zhì)和FM200 滅火系統(tǒng)，具體性能及特點(diǎn)見表2。

表2 細(xì)水霧和FM200 滅火系統(tǒng)的性能及特點(diǎn)對比

2 變壓器火災(zāi)控制

當(dāng)高壓油浸式變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重的電故障或熱故障時(shí)，會(huì)造成變壓器油熱解、變壓器內(nèi)部短路，保守計(jì)算在大約1/2 周期的時(shí)間里內(nèi)會(huì)產(chǎn)生100 mL/kJ 的氣泡[8]。氣泡主要由氫和乙炔的混合物組成，會(huì)造成變壓器內(nèi)部壓力迅速增加，導(dǎo)致變壓器結(jié)構(gòu)損壞，發(fā)生物理爆炸，大量燃易爆氣體、油霧和絕緣油從油箱內(nèi)噴出。如果存在點(diǎn)火源，就會(huì)造成火災(zāi)，并點(diǎn)燃漏油導(dǎo)致池火。如果可燃混合氣體與空氣混合，并在爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL）之間遇到點(diǎn)火源，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸，造成巨大的破壞。

如果采用FM200 滅火系統(tǒng)，當(dāng)高壓油浸式變壓器發(fā)生火災(zāi)后，F(xiàn)M200 滅火劑立即釋放變壓器房間或區(qū)域中，但其會(huì)很快消盡。FM200 滅火劑不能持續(xù)冷卻裸露的熱元素和表面，泄漏的可燃物質(zhì)可能被再次點(diǎn)燃。由于FM200 系統(tǒng)無法減輕或防止可能再次著火的風(fēng)險(xiǎn)，所以不適用于高壓油浸式變壓器的火災(zāi)控制。

采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，當(dāng)高壓油浸式變壓器發(fā)生火災(zāi)后，滅火系統(tǒng)的噴出細(xì)水霧在火場迅速汽化，體積急劇膨脹，吸收熱量，降低周圍環(huán)境溫度。水蒸氣覆蓋火場可以降低空氣中的氧氣濃度，防止火災(zāi)蔓延并窒息滅火。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)適用于高壓油浸式變壓器的火災(zāi)控制。

3 設(shè)計(jì)方案

本工程基于各房間設(shè)備布置情況及空間特點(diǎn)，設(shè)計(jì)可采用的滅火系統(tǒng)及類型（表3）。

表3 各房間滅火系統(tǒng)及類型

主變室及GIS 室由于房間高度均達(dá)到10 m，而規(guī)范規(guī)定氣體滅火系統(tǒng)噴頭保護(hù)高度不宜大于6.5 m，噴頭距頂面距離不宜大于0.54 m[7]。噴頭安裝高度太高或離頂面距離太大，使其難以對防護(hù)區(qū)形成全淹沒的窒息滅火條件，因此主變室及GIS 室采用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)水霧具有較強(qiáng)的絕緣性能，一般情況下，不會(huì)對電氣設(shè)備及電子元件造成破壞，甚至在細(xì)水霧噴射的過程中仍然可以保持正常運(yùn)行；細(xì)水霧本身不會(huì)對人體產(chǎn)生明顯的人身傷害，也不會(huì)導(dǎo)電造成人員觸電傷害，因此細(xì)水霧滅火系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電氣火災(zāi)。

但如果二次屏柜防水性能不足，細(xì)水霧滲透進(jìn)二次屏柜，有可能會(huì)在電子元件表面形成小股連續(xù)的水流，而對電子元件造成破壞。因此，在設(shè)有二次屏柜室的房間，如果二次屏柜為非防水型，采用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可能存在一定風(fēng)險(xiǎn)。電力平臺(tái)為海油生產(chǎn)平臺(tái)群提供電力供應(yīng)，一旦無法正常供電，會(huì)影響生產(chǎn)平臺(tái)的主生產(chǎn)工藝，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。但是對于二次屏柜來說，采用防水型設(shè)計(jì)會(huì)存在以下兩個(gè)問題：①屏柜內(nèi)部散熱難以解決；②水噴霧無法進(jìn)入屏柜內(nèi)部滅火。

基于以上分析，平臺(tái)各房間自動(dòng)滅火系統(tǒng)推薦配置見表4。

表4 各房間自動(dòng)滅火系統(tǒng)配置推薦

4 結(jié)束語

泡沫滅火系統(tǒng)對于高壓油浸變壓器火災(zāi)控制的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都比較突出，且壓縮空氣泡沫系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)缺乏明確的規(guī)定。綜合考慮各種因素，海洋工程設(shè)施的高壓油浸變壓器火災(zāi)控制暫不采用泡沫滅火系統(tǒng)。

高壓細(xì)水霧是目前海洋工程設(shè)施高壓油浸變壓器最有效的滅火方式，F(xiàn)M200 滅火系統(tǒng)對于電氣及油類火災(zāi)非常有效，但不適于高壓油浸變壓器火災(zāi)控制。海上電力平臺(tái)采用高壓細(xì)水霧和FM200 滅火系統(tǒng)結(jié)合的滅火方式，可以經(jīng)濟(jì)、有效和可靠地控制電力平臺(tái)油類及電氣火災(zāi)。