FPSO 氣體防火及安全隱患簡述

呂海龍 寇雨豐 薛風光 張健效 張德娟 王 靜

（1.煙臺中集來福士海洋工程研究院有限公司，山東煙臺 264670；2.上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，上海 200240）

FPSO 一般具有結構復雜、易燃易爆品多、電氣設備多、人員密集、相對孤立、缺乏滅火支援，以及火災損失和影響大等特點，其較高的火災風險對滅火系統提出了較高的要求。目前，FPSO 應用較多的氣體滅火系統有CO2滅火系統、七氟丙烷滅火系統、惰性氣體滅火系統。在綜述氣體滅火技術的發展過程的基礎上，研究分析FPSO 固定氣體滅火系統技術發展現狀及存在的主要問題，展望海上設施氣體滅火系統技術的前景。

1 FPSO CO2 滅火系統組成

FPSO CO2固定滅火系一般由CO2氣體儲存系統與釋放系統兩部分組成，主要由氣瓶、CO2氣體、瓶頭閥、管路、釋放控制箱、釋放控制閥、CO2氣瓶控制啟動氣瓶、總閥控制啟動空氣瓶、總閥、吹通閥、噴嘴等組成，分為有管網系統和無管網系統。FPSO CO2滅火系統組成如圖1 所示。

圖1 船舶大型CO2 滅火系統組成圖

釋放控制箱由2 個控制氣瓶、控制閥、壓力表和電源觸點等組成。2 個控制氣瓶組成2 套獨立的控制裝置單元，分別用于驅動控制分配閥和 CO2氣瓶瓶頭閥[6]。為了符合 SOLAS 公約關于“應采取切實可行的措施以確保系統按照順序操作”的要求，多數船舶采用了連鎖控制方式。

延時裝置主要由氣包和釋放器組成，作用是在釋放CO2之前給機艙人員足夠的逃生時間，使氣瓶開啟滯后于管路控制總閥，保證CO2氣體不滯留在管路中。按照 SOLAS 公約要求，CO2釋放前預報警時間應為人員撤離CO2保護處所所需時間，在CO2滅火劑釋放前應該不少于20 s，現在大多數船舶延時報警時間為40 s。

分配閥即CO2釋放總閥，有氣動和手動2 種。吹通閥是CO2總管暢通性試驗的附件，主要用于CO2管路吹通，以避免管路被雜物尤其是散貨艙中的貨物堵塞。增壓閥:手動釋放CO2時，開啟少量的CO2鋼瓶后，瓶內的氣體經過增壓閥進入控制管路，控制管路內氣體達到一定壓力后，就可以沖開相應鋼瓶瓶頭閥的薄膜，避免逐個開啟[7]。

1.1 FPSO CO2 滅火系統的主要安全隱患

船用CO2滅火系統的主要安全隱患[1-2]：（1）應建立完善的安全管理體系，船員、機器、環境和管理這4 個要素中的任何一個環節出現失誤CO2滅火系統都會出現事故，對CO2滅火系統及時檢測和試驗，并保證責任船員及替補人員進行培訓，使其真正掌握操作要領，以及對CO2滅火系統的模擬操作訓練；（2）CO2滅火系統控制站應有明顯的紅色標志，控制站內各種輔助安全用品擺放整潔、有序，站內不得堆放與本站無關的雜物，出入通道保持通暢無阻；（3）鋼瓶應為無縫鋼瓶，且每一鋼瓶均應有合格證件，對釋放過的儲瓶、相關閥件進行一次水壓強度試驗和氣密性試驗；（4）CO2鋼瓶各操控部件要經常維護保養，如發現問題應聯系專業維修人員查明原因排除故障并予重新充壓；（5）確認鋼瓶閥、管路選擇閥及壓力開關等部件應處于正常狀態，此外還應定期更換撓性軟管，間隔期不超過10 a；（6）由專業人員定期對CO2遙控施放裝置進行檢查，并作CO2施放前的聲光信號報警試驗；（7）應按照公約、法規要求提前聯系好經認可的檢測公司進行各項檢測并留存檢驗報告；（8）應該在管理體系中明確關于 CO2系統發生意外泄漏或者釋放處的處理的培訓和演習，目前很少公司的管理體系有關于 CO2系統發生意外泄漏或者釋放處的處理的培訓和演習。

總之，對CO2滅火系統主要從安全管理角度去排除可能的隱患[4-8]，要由海事機構督促船東對CO2系統加強管理，加強對CO2系統操作人員的培訓，才能使設備處于其即刻可用狀態，才能保障船員與船舶的安全。

2 七氟丙烷和全氟己酮(Novec1230)滅火系統

隨著海洋和大氣環境保護的意識逐步提高，CO2的使用情況相對于市場的對比并沒有看出增長的趨勢[9]，而七氟丙烷和全氟己酮(Novec1230)的市場使用率卻在逐步增加[6]，但在實際操作使用中要嚴格管理。

2.1 七氟丙烷滅火機制分析

七氟丙烷作為滅火劑進行滅火是通過物理滅火、化學滅火雙重作用機制達到滅火效果，物理滅火主要依靠降溫和窒息2 種滅火方式，七氟丙烷都是以液體狀態在滅火器中封存，氣化膨脹過程中會大量吸收熱量，最終達到降低火場溫度的效果。由于七氟丙烷屬于一種惰性氣體，所以能夠阻隔燃燒物與氧氣的接觸，最終達到窒息效果，有效控制火勢蔓延，裝置如圖2 所示。

圖2 七氟丙烷滅火裝置示意圖

從化學角度，七氟丙烷滅火劑可以在火災中吸熱熱解，并產生含氟的自由基，燃燒反應過程中產生支鏈反應的 H+、OH-、O2等活性自由基可以和氣相產生作用，最終在燃燒過程中產生連鎖化學反應。所以，其滅火的根本原理在于通過反應讓火場中的自由基惰化，在穩定之后在進行鏈式反應阻斷，自由基惰化以后，火勢會被逐漸控制。七氟丙烷在產生反應滅火的過程中也會從周圍環境吸收熱量，繼續進行物理降溫，讓溫度低于燃點，從而控制火勢。

2.2 全氟己酮(Novec1230)的滅火性能

全氟己酮滅火劑的滅火機理為：一是釋放后會迅速汽化而從火災現場吸收熱量，通過降低火場溫度來進行滅火；二是會迅速分解成氟化烷自由基，中斷燃燒過程中化學反應鏈，使燃燒過程的連鎖反應中斷而滅火。

全氟己酮對于正庚烷燃料的臨界滅火濃度為4.6%，比七氟丙烷臨界滅火濃度低約28%，是現有潔凈化學氣體滅火劑中滅火濃度最低的[3]。全氟己酮滅火效率高，可用于全淹沒滅火系統和局部應用滅火系統，比較適用于小空間的早期火災。

2.3 安全隱患

同樣，在使用七氟丙烷和全氟己酮滅火系統的時候也存在一定的安全隱患，按照風險分級管控，隱患排查治理的分析方法，船舶設備設施安全隱患主要分為人的不安全行為、物的不安全狀態、管理因素缺失等幾類歸因。

（1）人的不安全行為主要指的就是船員的操作能力。對船舶安檢情況進行綜合分析后發現，船員操作不合格的缺陷占到CO2滅火系統總缺陷數的68%。許多船員僅僅了解如何進行釋放，如果情況稍微發生一些變化便不知如何處理。（2）物的不安全狀態就是指系統設備沒有處于法規要求的狀態，情況比較多，在這里主要分析幾種常見情況：①通風系統：無論是自然還是機械方式都要求CO2間有足夠的通風，防止CO2或者其他有害氣體積聚。②隨時可用狀態：系統隨時可用是滅火的關鍵，但是在檢查過程中經常遇到控制系統或者人工釋放方式被鎖死、瓶頭閥被綁扎等情況。一旦發生險情，船員需要較長時間才能進行釋放操作。③管路保養：少部分船舶存在管路保養不足的問題。例如管路銹穿、連接松動等。④瓶頭閥的安全銷：是否需要拔掉安全銷主要依據是瓶頭閥的自身結構。由于安全銷的作用是鎖住瓶頭閥的手柄，所以如果遙控釋放狀態下啟動氣體打開瓶頭閥不需要經過手柄，則不需要拔掉安全銷；反之，則需要拔掉安全銷來保證遙控釋放的有效性。（3）管理因素缺失主要體現在各類規范性管理文檔缺失或者不足。

3 惰性氣體滅火系統

惰性氣體滅火系統有IG100（氮氣）、IG01（氬氣）、IG55（氬氣、氮氣）、IG541（又稱煙烙盡，主要成分有N2、Argon、CO2）滅火系統，其中IG541 滅火系統應用最為廣泛，如圖3 所示。IG541（混合體積比為：52%N2，40%Ar，8%CO2）滅火劑具有無污染、無毒、無腐蝕、電絕緣性好，設計滅火濃度下對人無影響等優勢，并且其對臭氧耗損潛能值（ODP）和溫室效應潛能值（GWP）均為零，是目前國際上公認的可替代鹵代烷的綠色環保滅火劑。

圖3 惰性氣體滅火系統

3.1 安全隱患

FPSO 惰性氣體滅火系統操作風險主要集中在洗艙前、洗艙作業過程中，最穩妥的方法是將其他艙室洗艙關系全部加裝盲板，只保留要清洗艙室暢通，并做好氧氣及可燃氣體濃度檢測，申請有限空間作業證及告知相關監護人員開始清洗作業。洗艙過程中需要連續監測氧氣及可燃氣體濃度，如惰氣系統發生故障應立即停止作業。驅氣置換可燃氣過程和檢查、維修過程除氣新鮮空氣置換艙內惰性氣體的作業過程中尤其要注意，新鮮空氣竄到其他油艙，會造成其他油艙氧氣含量迅速上升到爆炸范圍，要制定嚴格的作業審批手續并審批到最高管理層。在整個不停產海水洗艙作業過程中，驅氣和除氣過程危險度最高，操作人員應嚴格按操作規范進行操作，仔細檢查相關的隔離狀態，控制洗艙作業的風險，保證洗艙作業安全順利完成。

4 結 語

對比幾類常見氣體滅火介質的特性,結合FPSO 生產、處理和儲存石油油氣的特點，分析CO2滅火系統、七氟丙烷滅火系統、全氟己酮滅火系統及惰性氣體滅火系統在FPSO 上的應用情況，總結FPSO 氣體滅火系統的設計、組成及控制。氣體滅火系統具有高效、環保、適用范圍廣等優點，尤其在環保性能和經濟價值角度是其他滅火系統無法比擬的。但氣體滅火系統與氣體滅火系統一樣存在各種安全隱患，只有加強對FPSO 氣體滅火系統的管理并及時更新相關技術才能提升FPSO 火災隱患防控能力。