海上石油平臺消防水系統壓力設計優化

侯辰光，吳 磊，薛春芳，鄭 路，冀光峰

(1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設中心 天津 300459；2. 海洋石油工程股份有限公司設計公司 天津 300459)

0 引 言

海上石油平臺消防水系統的設計壓力與消防泵的揚程有關，根據NFPA 20的規定消防水系統的設計壓力不低于消防泵的關死點壓力[1]，消防泵的關死點壓力由消防泵廠家在送審文件中提供。而實際采辦消防泵所需的時間比較長，嚴重影響消防水系統的設計。根據NFPA 20規定消防泵關死點揚程不高于泵額定揚程的140%[1]，設計時會把消防泵額定揚程的1.4倍再減去泵的安裝高度和阻力損失作為泵的關死點壓力，此種情況確定的設計壓力偏保守，一般在1 700～1 850 kPaG范圍內。消防水系統中的雨淋閥需要有消防產品認證證書，而認證的壓力不超過1 600 kPaG，造成采辦困難。

1 海上石油平臺消防水系統介紹

海上石油平臺由于空間狹小，設備布置密集，發生火災時會出現疊加造成更大的損失，因此保證平臺的安全是設計須重點考慮的。消防水系統是最為有效的、使用最為廣泛的滅火系統，是平臺消防系統的重要組成部分。海上石油平臺的消防水滅火系統一般采用固定式自動水噴淋滅火系統，該系統主要包括消防泵(電動或柴油機驅動)、籃式濾器、穩壓系統(淡水或海水穩壓)、消防總管和主環網、消防軟管站、雨淋閥、噴淋頭等[2]。在設計時采用的標準規范主要包括《海水固定平臺安全規則》、NFPA 13、NFPA 15、NFPA 20、API RP 2030等。

2 海上石油平臺消防水系統壓力設計

海上石油平臺消防水系統的設計壓力取決于消防泵出口最大壓力。根據消防泵的性能曲線，可以看出零流量工況時(關死點)消防泵揚程最大。圖1是消防泵的性能曲線。

確定消防泵關死點壓力應先計算泵的額定揚程，消防泵額定揚程應滿足平臺最不利點的需求，對于有生活樓的平臺，最不利點為保護直升機而設置消防炮，通常消防炮的工作壓力至少為700 kPaG。消防泵的額定壓力可以通過下式進行計算[3]。

式中：P為消防泵額定壓力，kPaG；P1為消防炮工作壓力，700 kPaG；P2為消防泵吸水口到消防炮之間的靜壓，kPaG；P3為總阻力損失，包括管線摩擦阻力損失、濾器阻力損失等，kPaG。

再根據100 kPaG的壓力換算成揚程約為10 m，把額定壓力換算成額定揚程。

根據以上確定的消防水系統的設計壓力比較大，一般在1 700～1 850 kPaG范圍內。表1是幾個項目的消防水系統設計壓力統計。

表1 海上石油平臺消防水系統設計壓力統計Tab.1 Design pressure statistics of fire water system on offshore platform

3 海上石油平臺消防水系統設計優化思路

雨淋閥是海上石油平臺消防水系統的重要組成部分，雨淋閥的質量好壞對消防水系統是否能正常工作有很大影響。因此，設計時會要求雨淋閥應有消防產品認證書，雨淋閥認證的壓力為1 600 kPaG，如果消防水系統的設計壓力高于1 600 kPaG，則采辦不到符合設計要求的雨淋閥。

同時，根據NFPA 15消防水系統的水壓試驗壓力為設計壓力加上350 kPaG，故系統的設計壓力高，水壓試驗壓力也高。

通過參考以往項目的設計資料、海上石油平臺消防水系統的實際運行狀態，以及國內的相關設計規范GB 50219—2014《水噴霧滅火系統技術規范》，改進了消防水系統設計壓力的設計思路。通過綜合采取下列措施，將海上石油平臺消防水系統的設計壓力設置為不超過1 600 kPaG。

對于設置有柴油消防泵的消防水系統，柴油消防泵出口管線上的壓力安全閥(PSV)設定點最高設置為1 600 kPaG。

對于設置有電動消防泵的消防水系統，如果關死點壓力超過1 600 kPaG，則在電動消防泵出口管線上設置壓力安全閥(PSV)，且安全閥的設定點設置為1 600 kPaG。

4 應用推廣效果

將優化后的海上石油平臺消防水系統設計壓力的設計原則在蓬萊19-3油田1/3/8/9區綜合調整項目、旅大21-2/旅大16-3油田區域開發項目、曹妃甸11-1/11-6油田綜合調整項目、曹妃甸6-4油田開發項目、渤中19-6項目等渤海項目中進行推廣使用，既降低了雨淋閥采購的難度，又節約了采購成本，同時也降低了消防水系統的水壓試驗壓力，取得了良好的應用效果。■