宮景雯 竇培舉 高鵬 矯亞濤 秦逸涵

（.中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京100028）

無(wú)人平臺(tái)由于工藝流程簡(jiǎn)單，在以往的消防設(shè)計(jì)中，遵循簡(jiǎn)化優(yōu)化工藝流程，減少設(shè)備數(shù)量，提高設(shè)備的可靠和穩(wěn)定性的原則[1]。一般認(rèn)為其在正常作業(yè)過(guò)程中除正常油氣生產(chǎn)外無(wú)其他作業(yè)，發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，并且一旦發(fā)生火災(zāi)，平臺(tái)將實(shí)施關(guān)斷，將火災(zāi)損失降到最低。同時(shí)無(wú)人井口平臺(tái)工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備設(shè)施較少，除流程中的油氣外，基本上無(wú)其他可燃物，井口區(qū)甲板為鋼板，火災(zāi)發(fā)生、蔓延的可能性較小，并且發(fā)生火災(zāi)后由于沒(méi)有操作人員，也不會(huì)出現(xiàn)人員傷亡事故。參考多年來(lái)海洋石油行業(yè)類(lèi)似平臺(tái)火災(zāi)情況，此類(lèi)型火災(zāi)發(fā)生概率非常小，造成嚴(yán)重后果的概率也非常低[2]。因此，傳統(tǒng)的無(wú)人平臺(tái)設(shè)計(jì)中通常不設(shè)置消防泵。

近年來(lái)由于油氣資源開(kāi)采力度加大、開(kāi)采難度更高，平臺(tái)面積更大、流程更復(fù)雜且涉及到更多的工藝處理系統(tǒng)。因此，有必要進(jìn)一步探討設(shè)置消防泵的必要性。

1 規(guī)范要求及安全分析

1.1 規(guī)范要求

《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》中規(guī)定：“在安全分析的基礎(chǔ)上, 并報(bào)請(qǐng)安全辦公室批準(zhǔn), 無(wú)人駐守的簡(jiǎn)易平臺(tái)可以不設(shè)置水消防等固定式滅火系統(tǒng)”[3]《海上無(wú)人駐守井口平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)定》中規(guī)定：“不宜設(shè)置消防泵，可采用干式管網(wǎng)，鉆修井作業(yè)期間，平臺(tái)干式管網(wǎng)與鉆井船消防水總管相連通?！盵4]

以上規(guī)定主要是基于消防泵對(duì)于生命安全的保護(hù)是第一要?jiǎng)?wù)，從平臺(tái)無(wú)人角度建議無(wú)人平臺(tái)可以不用設(shè)置消防泵，而在設(shè)計(jì)消防系統(tǒng)時(shí)，容易直接引用該規(guī)范條文，而忽略對(duì)無(wú)人平臺(tái)實(shí)際消防需求以及鉆井船消防系統(tǒng)的考量。本文認(rèn)為無(wú)人平臺(tái)消防系統(tǒng)是否需要設(shè)置消防泵需要結(jié)合平臺(tái)復(fù)雜程度、鉆井船消防系統(tǒng)可靠性等因素綜合考慮，在安全分析的基礎(chǔ)上確定是否要設(shè)置消防泵。

1.2 安全分析

在以往的項(xiàng)目中，只有簡(jiǎn)易井口平臺(tái)才設(shè)置為無(wú)人平臺(tái)。一般來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)易井口平臺(tái)井?dāng)?shù)不多于6口，平臺(tái)上除了井口、油氣計(jì)量裝置外不設(shè)置其他油氣處理設(shè)施。消防用水量通常在200m3/h以?xún)?nèi)。隨著智能化平臺(tái)的出現(xiàn)，無(wú)人平臺(tái)不再限于簡(jiǎn)易井口平臺(tái)，無(wú)人平臺(tái)上井口的數(shù)量達(dá)到40口，有的無(wú)人平臺(tái)甚至設(shè)置了油氣分離器、工藝流程明顯區(qū)別于傳統(tǒng)簡(jiǎn)易井口平臺(tái)，消防用水量也達(dá)到了600m3/h左右,并且由于井口數(shù)的增多，鉆修井時(shí)間和頻率明顯提升。鑒于無(wú)人平臺(tái)的復(fù)雜化、危險(xiǎn)化、價(jià)值貴重化等因素，無(wú)人平臺(tái)的消防保護(hù)方式在慢慢發(fā)生變化。

以南海某無(wú)人平臺(tái)為例，該平臺(tái)依托其他油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，為1座4腿20井槽無(wú)人平臺(tái)，設(shè)有1個(gè)本地操作站、1個(gè)遠(yuǎn)程操作站，距離遠(yuǎn)程操作站14km，前期鉆井使用鉆井船，后期修井考慮液壓修井和鉆井船兩種方式。平臺(tái)共2層甲板，工藝公用系統(tǒng)設(shè)有柴油系統(tǒng)、開(kāi)排系統(tǒng)、化學(xué)藥劑系統(tǒng)、海水系統(tǒng)、閉排兼冷放空系統(tǒng)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)等。消防安全系統(tǒng)設(shè)有干式水消防系統(tǒng)、七氟丙烷滅火系統(tǒng)、輔助消防器材、直升機(jī)甲板消防、救逃生系統(tǒng)，平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了臺(tái)風(fēng)不停產(chǎn)的工況。

文章所述平臺(tái)修井方式同時(shí)考慮了兩種，一為鉆井船修井、二為考慮液壓舉升裝置修井，前者在人員進(jìn)行鉆修井作業(yè)時(shí)，需要依托鉆井船的消防水泵對(duì)平臺(tái)實(shí)施消防噴淋保護(hù)，因此在方案設(shè)計(jì)時(shí)有必要對(duì)鉆井船的消防泵能力進(jìn)行校核，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前南海鉆井船消防泵的排量均為100-200m3/h不等，而本項(xiàng)目最大火區(qū)消防水量為370m3/h，鉆井船的消防泵無(wú)法滿(mǎn)足平臺(tái)的消防要求；液壓舉升裝置在修井作業(yè)時(shí)，需要在平臺(tái)設(shè)置人住集裝箱，人員需要在平臺(tái)上居住10-15天作業(yè)，在此期間平臺(tái)可視為有人平臺(tái)，且作業(yè)期間周?chē)鷥H有守護(hù)船，無(wú)鉆井船為平臺(tái)提供消防保護(hù)。

綜合以上因素，為該平臺(tái)制定了設(shè)置消防泵的方案。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

海上有人平臺(tái)消防水系統(tǒng)主要由消防泵、消防水過(guò)濾器、消防水主環(huán)網(wǎng)、穩(wěn)壓設(shè)施、噴淋系統(tǒng)、消防軟管站和國(guó)際通岸接頭等組成[5]，無(wú)人平臺(tái)的消防水系統(tǒng)在有人平臺(tái)的設(shè)置上做了適應(yīng)性調(diào)整，圖1為南海某無(wú)人平臺(tái)消防水系統(tǒng)示意圖。

圖1 南海某無(wú)人平臺(tái)消防水系統(tǒng)示意圖

2.1 消防泵計(jì)算與配置

消防水量以及出口壓力的計(jì)算根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取[6]，計(jì)算消防水量如表1和公式1所示。

表1 各火區(qū)最高消防水量計(jì)算表

注：直升機(jī)甲板噴淋水量為最低要求。

由表1可知，該平臺(tái)最大火區(qū)消防水量為370m3/h。

消防泵所需壓力按照公式(1)計(jì)算

其中：

P為泵出口壓力 kPaG.

P1為最不利點(diǎn)處消防管道壓力，本文為750kPaG；

P2為最不利點(diǎn)處與消防泵所在位置的靜壓差，本文為160kPaG；

P3為管道損失，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，取50kPaG.

P4濾器損失, 50kPaG

經(jīng)計(jì)算消防泵排放壓力需1060 kPaG

根據(jù)表1和公式(1)計(jì)算結(jié)果，綜合考慮市場(chǎng)上消防泵的規(guī)格，最終選定消防泵規(guī)格為排量400m3/h，泵出口壓力1100kPaG,即可滿(mǎn)足本平臺(tái)的消防要求。

海底電纜供電平臺(tái)通常設(shè)置2 臺(tái)( 組) 電動(dòng)消防泵，一臺(tái)主電驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)應(yīng)急電源驅(qū)動(dòng)［7］。由于本平臺(tái)地處南海東部，夏季臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，調(diào)研以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在海上應(yīng)急機(jī)不能正常啟動(dòng)或運(yùn)行過(guò)程中報(bào)警停機(jī)情況曾多次發(fā)生過(guò)，發(fā)生臺(tái)風(fēng)或夜間時(shí)，若出現(xiàn)無(wú)人平臺(tái)失去主電且同時(shí)應(yīng)急機(jī)無(wú)法啟動(dòng)的工況，此時(shí)守護(hù)船不能靠泊，飛機(jī)不能正常起飛，無(wú)法及時(shí)過(guò)去處理故障，海管得不到及時(shí)置換會(huì)出現(xiàn)凝管的風(fēng)險(xiǎn)。為降低凝管事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，并且考慮到平臺(tái)完全失電后，發(fā)生火災(zāi)的概率極低，因此替換一臺(tái)電動(dòng)消防泵為柴油消防泵，用于平臺(tái)完全失電時(shí)通過(guò)啟動(dòng)柴油消防泵來(lái)進(jìn)行海管應(yīng)急置換。

2.2 穩(wěn)壓裝置

對(duì)于濕式消防水管網(wǎng)，一般需要具備穩(wěn)壓功能的泵(通常為海水泵)為管網(wǎng)提供壓力，以保證環(huán)網(wǎng)壓力穩(wěn)定在700kPaG。本平臺(tái)由于是無(wú)人平臺(tái)，海水系統(tǒng)設(shè)置了1臺(tái)150m3/h，出口壓力700kPaG的海水提升泵，用于防釣魚(yú)以及海管應(yīng)急置換用途，由于平臺(tái)正常生產(chǎn)工況下無(wú)連續(xù)海水用戶(hù)，海水泵間斷運(yùn)行，多數(shù)情況下無(wú)法提供穩(wěn)定的壓力，考慮到無(wú)人平臺(tái)在消防系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間上可以略做放寬，因此本平臺(tái)消防水管網(wǎng)采用干式管網(wǎng)，未設(shè)置穩(wěn)壓裝置。但是在修井期間，海水泵需要啟動(dòng)，此時(shí)可將海水泵作為維壓泵與消防環(huán)網(wǎng)相連，以增加系統(tǒng)可靠性。

2.3 消防管網(wǎng)及閥門(mén)

該平臺(tái)的消防環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)原則與有人平臺(tái)濕式管網(wǎng)保持一致，消防總管以環(huán)狀型式布置并以蝶閥隔離開(kāi)。最高點(diǎn)處設(shè)置自動(dòng)排氣閥，以保證在使用時(shí)管網(wǎng)內(nèi)能保持壓力穩(wěn)定。最低點(diǎn)設(shè)置了排水管線，用于消防工作完成后排出環(huán)網(wǎng)內(nèi)消防水[9]。

需要注意的是，本平臺(tái)在各防火分區(qū)并未設(shè)置雨淋閥，而是用電磁閥代替，主要原因是雨淋閥需要設(shè)置在帶壓的管網(wǎng)中，在完全干式管網(wǎng)中失去了快速啟動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。因此本平臺(tái)設(shè)置了1個(gè)8寸和1個(gè)4寸的電磁閥，用于不同火區(qū)探測(cè)到火災(zāi)時(shí)消防動(dòng)作。該電磁閥應(yīng)具備自動(dòng)開(kāi)啟和遠(yuǎn)程或手動(dòng)開(kāi)啟的功能。

同時(shí)2.1節(jié)中提到消防泵作為海水備用泵的同時(shí)，也兼顧了平臺(tái)的應(yīng)急置換泵，在去海水管路以及海管的支管均設(shè)置了關(guān)斷閥門(mén)，可保證消防泵在作為其他用途時(shí)，若發(fā)生火災(zāi)，能緊急切換到消防滅火狀態(tài)中以保障平臺(tái)的安全。

2.4 控制與操作

2.4.1 消防泵的啟停

有人平臺(tái)消防泵啟動(dòng)方式包括自動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)（現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)或中控盤(pán)），可以通過(guò)開(kāi)/閉式壓力開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，也可以通過(guò)緊急關(guān)斷系統(tǒng)、易熔回路或其它火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)作啟動(dòng)[9]。無(wú)人平臺(tái)消防泵的啟動(dòng)方式與有人平臺(tái)基本一致，在停泵方式上，目前規(guī)范對(duì)于消防泵的停泵方式規(guī)定見(jiàn)表2。

表2 消防泵停泵要求

從表2可以看出，對(duì)于消防泵停泵的條文不管是針對(duì)陸上還是海上，在消防泵出現(xiàn)啟動(dòng)以后，都不允許出現(xiàn)自動(dòng)停泵的情況，需要人工停泵，這主要考慮如果消防泵突然自動(dòng)停泵，可能造成火災(zāi)撲救的失敗，同時(shí)也會(huì)給在現(xiàn)場(chǎng)撲救火災(zāi)的消防隊(duì)員造成危險(xiǎn)。

對(duì)于本平臺(tái)而言，在消防泵出現(xiàn)啟動(dòng)后(不管是火災(zāi)啟動(dòng)或是誤啟動(dòng))，相關(guān)人員均無(wú)法及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)判斷火情。根據(jù)NFPA20規(guī)定“Manual Electric Control at Remote Station. Where additional control stations for causing nonautomatic continuousoperation of the pumping unit, independent of the pressure-actuated switch or control valve, are provided at locations remote from the controller, such stations shall not beoperable to stop the engine”[11]，消防泵也不可遠(yuǎn)程停泵。即使通過(guò)合理布置監(jiān)控判斷滅火進(jìn)度，考慮到監(jiān)控布置存在盲區(qū)或火災(zāi)狀態(tài)下監(jiān)控可能遭到損壞，存在消防狀態(tài)下誤停泵或者是無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)火情情況下盲目停泵的可能性。因此，對(duì)于無(wú)人平臺(tái)的消防泵，建議維持人工就地停泵的方式。

2.4.2 消防泵的維修和巡檢

根據(jù)API14G規(guī)定[12]，，對(duì)于常規(guī)平臺(tái)，消防泵需要每周啟動(dòng)一次以維持性能。對(duì)于無(wú)人平臺(tái)、作業(yè)人員登臺(tái)的頻率較低，多數(shù)情況下都無(wú)法做到每周登臺(tái)測(cè)試。因此建議按照NFPA20中關(guān)于消防泵測(cè)試期間的自動(dòng)啟停規(guī)定，增加消防泵自動(dòng)巡檢功能，即在消防泵的現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)內(nèi)增加自動(dòng)巡檢的功能，同時(shí)把檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)回遠(yuǎn)程中控，該做法可有效減少人員現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)巡檢工作量，未來(lái)可做為無(wú)人平臺(tái)消防泵巡檢的研究方向。需注意的是，測(cè)試期間需要保證有視頻等設(shè)施監(jiān)控消防泵運(yùn)行狀態(tài)。

3 直升機(jī)甲板消防

對(duì)于設(shè)置直升機(jī)甲板的無(wú)人平臺(tái)，以往的做法是設(shè)置消防炮，而無(wú)人平臺(tái)只有巡檢、維修才會(huì)上人，那么起降時(shí)沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)人員操作消防炮，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際的直升機(jī)起降時(shí)的消防要求。本平臺(tái)設(shè)置一種自動(dòng)式直升機(jī)甲板綜合消防系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要設(shè)備包括泡沫比例混合器，泡沫罐、電磁蝶閥等，在直升機(jī)甲板下設(shè)置彈出式噴頭。消防水源來(lái)自消防泵，流程圖如圖2所示。

圖2 南海某無(wú)人平臺(tái)直升機(jī)甲板消防系統(tǒng)示意圖

周邊有人平臺(tái)中控人員通過(guò)CCTV攝像頭遠(yuǎn)程確認(rèn)火災(zāi)后，可啟動(dòng)噴淋保護(hù)。本系統(tǒng)相對(duì)于消防炮，具有響應(yīng)時(shí)間短、動(dòng)作快、全面積噴淋覆蓋、無(wú)需人員操控的優(yōu)勢(shì)。填補(bǔ)了無(wú)人平臺(tái)直升機(jī)甲板消防的短板，極大增加了直升機(jī)甲板消防系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)論

在進(jìn)行無(wú)人平臺(tái)消防設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)其消防安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待，需要充分根據(jù)平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)置特點(diǎn)，比如系統(tǒng)是否復(fù)雜，依托設(shè)施是夠可靠，識(shí)別火災(zāi)危險(xiǎn)因素。

本平臺(tái)在考慮消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案時(shí)，除了根據(jù)國(guó)內(nèi)外規(guī)范設(shè)置外，還充分考慮了其他專(zhuān)業(yè)（工藝、海管）的需求，無(wú)人平臺(tái)空間緊張，維修保護(hù)條件受限，各個(gè)系統(tǒng)都力求簡(jiǎn)化。消防系統(tǒng)在有一定安全保護(hù)的前提下，允許作為海水泵或應(yīng)急置換泵的備用泵，可減少動(dòng)設(shè)備數(shù)量，增加平臺(tái)可靠性。

此外無(wú)人平臺(tái)的設(shè)計(jì)和管理理念直接影響平臺(tái)簡(jiǎn)易化程度，管理上需要制定針對(duì)無(wú)人化平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)可接受的準(zhǔn)則以及平臺(tái)消防泵維護(hù)策略，這些應(yīng)該有別于常規(guī)平臺(tái)。