海上平臺二氧化碳滅火系統的組成與設計

高勛 崔榮帥 王智勇 顧芳麗

摘 要 本文介紹了二氧化碳滅火系統的滅火方式與組成，并采用局部應用滅火系統的體積法計算出了二氧化碳的設計用量，為設計提供一個依據。

關鍵詞 二氧化碳；設計；滅火方式；體積法

中圖分類號 O6 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）162-0156-02

海上固定平臺的冷放空系統是海洋生產平臺上非常重要的安全系統，因此泄放氣流在排出點著火的情況在設計時必須進行考慮。為了在放空頭管線入口處熄滅著火源，必須設計出一套二氧化碳滅火系統。

1 二氧化碳的性質

從圖1可以看出，在臨界點與三相點之間的二氧化碳是以氣、液兩相共存的。二氧化碳滅火系統就是根據這一物理特性儲存二氧化碳的，儲存方式有2種：1）常溫儲存即高壓儲存，儲存溫度為0℃～49℃；2）低溫儲存即低壓儲存，儲存溫度為-20℃～-18℃。

2 二氧化碳與組成

二氧化碳消防系統應當由下列主要設備及其連接管路，零部件等構成（但不限于此）：二氧化碳的儲備鋼瓶（主/備瓶）、二氧化碳系統釋放氮氣驅動裝置、自動瓶頭閥（安裝在瓶體上）、帶單向閥門的連接軟管、總管匯、總管匯壓力開關、總管匯安全閥、支路壓力開關、瓶組自動電磁閥、瓶組旁通閥、支路自動電磁閥、支路旁通閥、噴嘴等。

2.1 瓶頭閥

瓶頭閥，是控制二氧化碳釋放的關鍵閥門。該瓶頭閥必須能承受最大的操作壓力，在關閉時絕對不能漏氣。并且要即能手動操作又能自動操作。

2.2 釋放管匯及管線

二氧化碳消防系統的二氧化碳儲瓶必須通過總管匯、帶單向閥門的連接軟管等與被保護的各區域聯接起來。管路系統平時是空的，當釋放操作時管路系統把二氧化碳從儲存容器釋放到噴嘴。由于合適的流速是滅火的關鍵要素，因此管道設計應該精確，這一點很重要。另外管路必須有牢固的支撐以防在釋放時發生移動，并且必須采取措施防止管路收縮和膨脹。

2.3 壓力開關

二氧化碳消防系統的壓力開關應該安裝在二氧化碳釋放管線上。當二氧化碳從儲存容器中釋放到被保護的區域時，該壓力開關應當自動啟動并把二氧化碳已釋放的信號送入各自的“火災控制系統”上進行顯示。

2.4 釋放速率及釋放噴頭

根據“火災探測報警”的信號啟動二氧化碳消防系統時，二氧化碳從儲存容器通過聯接管線和釋放噴頭噴灑到被保護的區域的燃燒表面上。由于考慮到殘火可能在二氧化碳釋放結束完畢后重新著火，故任何燃料可能流經的鄰近地區也必須被二氧化碳覆蓋。因此要求二氧化碳的釋放噴灑持續時間至少60s，如果需要冷卻，釋放噴灑持續時間應該更長。

釋放噴頭噴灑的流速通常設計得比較低，以防止飛濺和混入空氣。釋放噴頭的安裝位置應該保證二氧化碳能夠直接釋放在燃燒的表面上，以便盡快的來撲滅全部火焰。

2.5 手動釋放開關

手動釋放開關盒應安裝在二氧化碳消防系統保護的封閉區域的外面。該開關盒本體應該用碳鋼制造并為全天候式的。

2.6 釋放燈和釋放報警鈴

盡管二氧化碳毒性較小，但當人員處于其中時會失去知覺或死亡，所以在釋放二氧化碳淹沒一個保護區之前，必須采取各種預防措施，保證該區的人員提前撤離。為此二氧化碳消防系統保護的封閉區域的外面應該安裝有釋放報警鈴和釋放指示燈。

2.7 系統控制

來自保護區的火災信號首先在 “火災控制系統”上報警，經確認后自動或手動啟動二氧化碳消防系統進行消防保護。

2.8 自動控制

應將“火災控制系統”的控制方式選擇鍵撥到“自動”位置。如若保護區有火災發生，“火災控制系統”上的火災探測器接收到火情并經鑒別后，由“火災控制系統”上的報警和滅火控制系統發出聲光報警及下達滅火命令。從而按下列程序工作：完成“聯動設備”的啟動（如停電、停止通風及關閉風閘等），延遲0至30s通電打開電磁啟動器；繼而打開二氧化碳瓶頭閥、分區釋放閥，釋放二氧化碳實施滅火。

2.9 手動控制

應將“火災控制系統”的控制方式選擇鍵撥到“手動”位置。此時自動控制不起作用，當人為發現火災或“火災控制系統”上的火災報警系統發出火災信號時，即可開始操作“火災控制系統”上的滅火手動按鈕，實現滅火。

3 設計計算原理

綏中36-1油田位于渤海遼東灣南部海域，西北距綏中市約50km，油田所處海域水深為30m～32m。綏中36-1油田采取滾動式開發模式，分I期（試驗區）和II期（新區）兩期建成。II期由油氣處理平臺（CEP）和6座井口平臺（WHPC、WHPD、WHPE、WHPF、WHPG、WHPH）組成，分別從2000年11月到2001年11月陸續投產。本項目是以WHPE＼F＼H＼G四個井口小平臺現有的閉排系統冷放空6寸管線上改造增加1套二氧化碳滅火裝置為例，針對改造中各平臺冷放空管線滅火所需的二氧化碳用量進行核算，以保證平臺的安全生產。二氧化碳滅火系統采用在管線內釋放二氧化碳，使管內二氧化碳濃度短時間內達到窒息的濃度，不僅起到隔絕管線外空氣進入的作用，而且在管線出口處，隨著高濃度二氧化碳氣體的排出，也達到了撲滅著火源的效果。每瓶CO2鋼瓶充裝45.4kgCO2。（參考NFPA），CO2滅火最大需求量不小于最大的一個保護區域所需的量，根據GB50193-1993規定，本系統屬于局部應用滅火系統。

4 設計計算依據

1）NFPA 12 《二氧化碳滅火系統》；

2）API RP 2G 《近海構筑物生產設施的推薦作法》；

3）API RP 14C 《海上生產平臺上部設施安全系統的分析、設計、安裝和試驗推薦作法》；

4）API RP 14G 《敞開式海上生產平臺的消防和控制推薦作法》；

5）GB 50193-93 《二氧化碳滅火系統設計規范》。

5 二氧化碳用量核算

5.1 噴射率計算

NFPA 12中推薦二氧化碳的單位體積的噴射率按16kg/（min·m3）計，GB50193-1993（見3.3.4.2）給出的計算公式為：

5.5 計算結果

SZ36-1項目為改造項目，采用局部應用滅火系統中的體積法的原理來設計，并按照GB50193-1993規范要求，設計100%的備用量。經設計計算，本次二氧化碳氣瓶設計總數應該為6瓶（3主3備）。WHPE/F/G/H4個小平臺的放空管線改造項目中，每個平臺所需的二氧化碳氣瓶設計總數量均為6瓶（3主3備），見圖2。對于海上平臺冷放空管線著火時二氧化碳的設計用量，根據《二氧化碳滅火系統設計規范》中的體積法能夠計算出來，這樣就為以后的設計提供了一個依據。

參考文獻

[1]林國鋒，劉培林，孫旭.海上平臺冷放空系統二氧化碳滅火釋放量的設計.安全與環境工程，2007，14（2）：91-93.

[2]李祥鋒，錦州21-1油田WHPA海上平臺二氧化碳滅火系統設計.石油工程建設，2007，33（5）：31-33.

[3]GB50193-93，二氧化碳滅火系統設計規范.工程建設標準化，1999（6）.