海上平臺七氟丙烷與二氧化碳滅火系統的方案選擇

王艷

（中海油研究總院，北京 100027）

1 前言

海上石油平臺的電氣房間，含有平臺的控制、連接、動力以及大量的自動化監控測試等重要的電氣儀表設備，對其保護十分重要。由于這些電氣房間布置相對集中，通常采用組合分配式氣體滅火系統進行保護，按照其中最大的保護空間計算需要的滅火劑用量。

目前我國海上平臺各電氣房間的防護，仍然以高壓全淹沒式二氧化碳滅火系統為主。這是因為二氧化碳滅火劑來源廣泛、價格低廉、滅火效果好。但是，二氧化碳具有冷卻窒息的致命缺陷，對于經常有人值守的電氣房間，如果誤噴可能會對人員的生命安全帶來一定的威脅。隨著人們對安全意識的不斷增強，在一些新建項目中，陸續開始采用全淹沒式七氟丙烷滅火系統對電氣房間進行防護。七氟丙烷是一種新型高效低毒的滅火劑，適用于經常有人工作的防護區，在一定程度上彌補了二氧化碳滅火系統的不足。

本文將以南海海域某新建的鉆采綜合平臺為例，對這兩種氣體滅火系統進行詳細的方案對比。通過經濟技術的比較，確定合理可行的氣體滅火系統方案。

2 平臺概況

南海海域某新建的鉆采綜合平臺是八腿導管架鋼結構平臺，是一個集鉆井/采油、生產/生活、動力于一體的綜合性平臺。平臺上的電氣房間數量較多，主要包括：電潛泵變壓器間、電潛泵控制間、柴油消防泵房、應急發電機房、中控室、主開關間、應急開關間、電池間、主變壓器間。另外，在上層甲板的生活樓與鉆機模塊之間布置有一個原油發電機房，與其他電氣房間距離相對較遠。各電氣房間的尺寸（長×寬×高）如下：

原油發電機房注15.0m×32.0m×8.0m；

電潛泵變壓器間 20.0m×7.0m×4.0m；

電潛泵控制間 20.0m×7.0m×4.0m；

柴油消防泵房 6.0m×9.0m×4.0m；

應急發電機房 9.0m×7.5m×8.0m；

中控室 17.0m×7.5m×4.0m；

主開關間 28.5m×7.5m×4.0m；

應急開關間 8.0m×7.5m×4.0m；

電池間 7.5m×4.0m×4.0m；

主變壓器間 20.0m×7.0m×4.0m；

（注：原油發電機房內部設有一個布置發電機輔助設施的房間，尺寸：15.0m×7.0m×8.0m。）

下面，針對該平臺各電氣房間采用的氣體滅火系統設計方案進行詳細介紹，重點比選二氧化碳滅火系統和七氟丙烷滅火系統兩個方案。

3 采用高壓全淹沒組合分配式二氧化碳滅火系統的方案

3.1 二氧化碳滅火劑的特點及適用范圍

二氧化碳（CO2）是一種良好的滅火劑，屬于不導電、惰性氣體、滅火后不污損保護對象，且來源廣泛、生產容易、價格低廉（僅為鹵代烷1211 滅火劑的 1/50）。二氧化碳本身不燃燒、不助燃、制造方便，易于液化、便于裝罐和儲存。長期儲存不變質，且在高溫地區和低溫地區均可使用。二氧化碳氣體比空氣重，二氧化碳氣體的分子量為44，空氣的分子量為29，所以從容器釋放出來的二氧化碳氣體將往下沉積。

但是，二氧化碳對人有窒息作用，一旦發生誤噴或者人員疏散不及時會危及操作人員的生命安全。另外，二氧化碳是一種溫室氣體，對環境有一定的影響。

二氧化碳滅火系統適用于撲滅下列火災：[1]

a.滅火前可切斷氣源的氣體火災；

b.液體火災或石蠟、瀝青等可熔化的固體火災；

c.固體表面火災及棉毛、織物、紙張等部分固體深位火災；

d.電氣火災。

3.2 設計依據

平臺上電氣房間采用二氧化碳滅火系統的設計計算，主要遵循NFPA12《Standard on Carbon DioxideExtinguishingSystems》2000 Edition 以及GB50193-93《二氧化碳滅火系統設計規范》。

3.3 設計計算過程[2]

以原油發電機房為例，詳細介紹一下CO2滅火劑用量的計算過程。

3.3.1 滅火設計濃度（C）的確定

依據NFPA12 中規定，取C=34%。

3.3.2 原油發電機房凈容積（V）的計算

V=15×32×8-15×7×8=3000m3。

3.3.3 CO2滅火劑的設計用量（M'）的計算

M'=K·V

其中，K--物質系數，這里取K=0.77kg CO2/m3；

則M'=2310kg。

3.3.4 CO2滅火劑的儲存量（M）的計算

M=（100+8）%·M'，（注：CO2的儲存量應為設計用量與殘余量之和，殘余量可按設計用量的8%計算）；

則M=2494.8kg。

3.3.5 CO2滅火系統儲瓶數量（N）的計算

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b.取整后，儲瓶數量N=55p。

其他各電氣房間的計算步驟同上，不再重復，以表格形式將計算結果顯示出來。

3.4 設計結果（見表1）

通過計算，本平臺一次性單獨滅火所需CO2量最大的房間為原油發電機房，一次性滅火所需CO2s瓶的數量是55瓶。考慮到該組合分配系統的100%備用，應設置2×55瓶/組的CO2瓶橇一個。

4 采用全淹沒式七氟丙烷滅火系統的方案

4.1 七氟丙烷滅火劑的特點及適用范圍

七氟丙烷滅火劑是一種氣態的潔凈的化學滅火劑。七氟丙烷滅火劑不含溴和氯元素，因而對大氣中臭氧層無破壞，全球溫室效應潛能值也比較低。大氣中存留時間也比較短，大約31～42年。七氟丙烷滅火劑是新型高效低毒的滅火劑，其毒性比1301 還要低，所以適用于經常有人工作的防護區。其滅火機理是對火產生物理變化及化學反應，而且進行全淹沒式設計，使其整個滅火過程高效、快速，而且不可能發生復燃。七氟丙烷滅火劑是不導電介質，且不含水性物質。不會對電氣設備、計算機、資料等造成損害，并能提供有效的防護。該滅火劑不含固體粉塵、油漬，它是液態儲存，氣態釋放。噴放后可自然排出或由通風系統迅速排除。現場無殘留物，不會受到污染，清理方便。

但是，七氟丙烷滅火劑在滅火過程中會分解產生對人體有傷害的氣體，主要有一氧化碳（CO）、氫氟酸（HF）以及煙氣。但通過恰當的安裝、使用及早期探測報警，此類生成物可減至最小。另外，噴出的蒸汽滅火劑遇到物體時會產生冷凝現象，遇到潮濕空氣時短時間內會降低能見度。

七氟丙烷滅火系統適用于撲救下列火災：[3]

a.電氣火災；

b.固體表面火災；

c.液體火災；

d.滅火前能切斷氣源的氣體火災。

4.2 設計依據

平臺上電氣房間采用七氟丙烷滅火系統的設計計算，主要遵循GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》。

4.3 設計計算過程[3]

以原油發電機房為例，詳細介紹一下七氟丙烷滅火劑用量的計算過程。

4.3.1 滅火設計濃度（C）的確定

依據GB50370-2005 中規定，取C=9%。

4.3.2 原油發電機房凈容積（V）的計算

V=15×32×8-15×7×8=3000m3。

4.3.3 七氟丙烷滅火劑的設計用量（W）的計算

其中，W-滅火設計用量（kg）；

C-滅火設計濃度（%）；

S-滅火劑過熱蒸汽在101kPa 大氣壓和防護區最低保護環境下的質量體積（m3/kg）；

V-防護區凈容積（m3）；

K-海拔高度修正系數，這里取K=1。

b.S=0.1269+0.000513·T

其中，T-防護區最低環境溫度（℃），這里取T=20℃

則 S=0.1269+0.000513×20=0.13716（m3/kg）；

則 W=1×3000/0.13716×9/91=2163.2kg。

4.3.4 七氟丙烷滅火系統儲瓶數量（N）的計算

a.選擇120L 的儲瓶，每瓶有效充裝量定為87kg；

c.取整后，儲瓶數量N=25p。

4.3.5 七氟丙烷滅火劑儲存量（W0）的計算

W0=W'+△W1+△W2

其中，W0——七氟丙烷滅火劑的儲存量（kg）；

W'——按照取整后的瓶數，修正后的設計用量（kg）；

△W1-儲存容器內的滅火劑剩余量（kg），（注：根據經驗計算值，滅火劑剩余量按照每瓶殘存3kg 計算）；

△W2-管道內的滅火劑剩余量（kg），（注：均衡管網和只含一個封閉空間的非均衡管網，其管網內的滅火劑剩余量均可不計，即△W2=0）；

則 W0=87×25+3×25=2250kg。

其他各電氣房間的計算步驟同上，不再重復，以表格形式將計算結果顯示出來。

4.4 設計結果

南海海域某平臺各電氣房間采用七氟丙烷滅火系統的計算結果（見表2）

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考慮到防護區實際應用的濃度不應大于滅火設計濃度的1.1倍。管網的管道內容積，不應大于流經該管網的七氟丙烷儲存量體積的80%。最后通過計算，七氟丙烷滅火系統共設置了3套。一套為單元獨立系統，另外兩套為組合分配系統。本平臺一次性單獨滅火所需七氟丙烷滅火劑量最大的房間為原油發電機房，在該房間設置一套2×25瓶/組的單元獨立系統，互為備用。另外，在柴油消防泵房、應急開關間、電池間設置一套2×2瓶/組的組合分配系統，在其余電氣房間設置一套2×7瓶/組的組合分配系統。

5 經濟比較

根據現階段向廠家詢價的情況看，二氧化碳系統中按照藥劑和儲瓶整體計價，單個瓶的價格在2萬元左右，那么整套二氧化碳系統（110瓶）的總價格在220萬元左右。而七氟丙烷系統的藥劑成本較高，計算總成本時通常藥劑和容器單獨計費。經過計算，該系統的藥劑總量6148kg，藥劑的單價按照300元/kg 考慮，那么總的藥劑費用為184.44萬元。在藥劑費用的基礎上，考慮整套容器的價格122.4萬元，則整套七氟丙烷滅火系統的價格在307萬元左右。（注：以上兩個氣體滅火系統總報價中，不包括去各自保護空間的管材以及探測報警系統的費用。）

單從成本的角度分析，二氧化碳滅火系統在價格上是具有一定優勢的，僅相當于七氟丙烷滅火系統總成本的70%左右。但是，由于二氧化碳滅火系統對人員的安全性帶來一定的風險，因此，正在呈現逐漸減少應用的趨勢。而七氟丙烷滅火系統在這方面的優勢明顯，恰恰可以彌補二氧化碳系統的不足，可用于有人值守的電氣房間的安全防護。

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6 綜合對比分析

下面，將二氧化碳與七氟丙烷滅火系統在本項目中的比選情況，以表格的形式量化出來。（見表3）

7 結論

經過綜合對比論證，本項目最終采用了七氟丙烷滅火系統的設計方案。這主要是以下幾個方面的原因：

7.1 結合海洋工程項目的特點，一般氣體滅火系統投資占項目總投資的比例很小。雖然七氟丙烷系統的投資比二氧化碳系統高，但高出的并不多，為二氧化碳系統的1.4倍，多投資了87萬元，以這樣的代價換取操作人員的生命安全與環境保護還是值得的。

7.2 隨著人們安全環保意識的不斷提高，結合“以人為本”的理念，從高度重視人員安全的角度出發，采用七氟丙烷滅火系統無疑是更好的選擇。

7.3 隨著七氟丙烷藥劑成本的逐漸降低，七氟丙烷滅火系統更加具有競爭優勢，在今后的工程項目中值得推廣應用。

[1]GB50193-93，二氧化碳滅火系統設計規范[P].北京：中國計劃出版社，1993

[2]NFPA12,Standard on Carbon Dioxide Extinguishing Systems.USA:National Fire Protection Association,2000

[3]GB50370-2005，氣體滅火系統設計規范[P].北京：中國計劃出版社，2006