李艷華， 許曉麗， 覃柳莎， 吳磊， 賈慶麗

（1.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451；2.中國(guó)海洋石油（中國(guó)）有限公司天津分公司 工程建設(shè)中心， 天津 300451）

當(dāng)前海上油田用電均采用燃油或燃?xì)夥绞阶园l(fā)電［1］。 自發(fā)電方式有效地保障了海上油田開(kāi)發(fā)及電力供應(yīng)， 但也存在投資成本大、 能耗高、 環(huán)保排放壓力大等問(wèn)題［1-2］。 發(fā)電機(jī)組技術(shù)對(duì)外依存度大，存在“卡脖子”技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)［3］。 為解決上述問(wèn)題， 并積極響應(yīng)國(guó)家的“雙碳”戰(zhàn)略方針， 利用陸地電源（簡(jiǎn)稱岸電）供應(yīng)海上平臺(tái)目前已經(jīng)逐漸成為近岸海域海上油氣開(kāi)發(fā)的主流用電模式。 該開(kāi)發(fā)模式通常在油田群附近新建岸電平臺(tái)， 接收陸地供電并向油田群中的各平臺(tái)分配和輸送電源。 岸電平臺(tái)上的總體布局、 設(shè)備種類與傳統(tǒng)的油氣平臺(tái)存在很大的不同， 因此， 傳統(tǒng)油氣平臺(tái)的消防原理和消防系統(tǒng)配置不適用于岸電平臺(tái)。 針對(duì)岸電平臺(tái)的消防設(shè)計(jì)應(yīng)以火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估為基礎(chǔ)， 根據(jù)岸電平臺(tái)的火災(zāi)類別， 結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)確定消防原理與消防系統(tǒng)配置。 本文以渤海某岸電平臺(tái)為例， 介紹了岸電平臺(tái)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 岸電平臺(tái)整體布局介紹

與傳統(tǒng)油氣平臺(tái)上以各類原油和天然氣生產(chǎn)設(shè)施為主不同， 岸電平臺(tái)上以各類設(shè)備房間為主。 平臺(tái)整體分為上、 中、 下3 層甲板， 每層甲板層高5 m。 岸電平臺(tái)整體布置示意如圖1 所示， 上層甲板西側(cè)設(shè)置直升機(jī)甲板， 北側(cè)設(shè)有直升機(jī)候機(jī)室， 其余空間是房間設(shè)備的艙口蓋。 根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的位置確定消防設(shè)備房間的位置， 中層甲板設(shè)有七氟丙烷設(shè)備間、 并聯(lián)電抗器房間、 繼電保護(hù)與通訊房間、變壓器房間和GIS 設(shè)備房間， 室外設(shè)置有變壓器的換熱器。 下層甲板設(shè)有高壓細(xì)水霧設(shè)備間、 暖通設(shè)備間、 應(yīng)急開(kāi)關(guān)間、 電池間、 接地變壓器房間、 并聯(lián)電抗器房間、 變壓器房間、 GIS 房間， 其中并聯(lián)電抗器房間， 變壓器房間、 GIS 房間層高10 m， 貫穿下層甲板和中層甲板到上層甲板的艙蓋口。

圖1 岸電平臺(tái)整體布置示意Fig.1 General layout of an onshore electrical power platform

岸電平臺(tái)通過(guò)棧橋與其供電的平臺(tái)連接， 日常操作與維護(hù)依托棧橋連接平臺(tái)工作人員。 依托平臺(tái)上設(shè)置有消防水泵。

2 岸電平臺(tái)火災(zāi)特點(diǎn)

海上構(gòu)筑物的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)是按照火災(zāi)類別選擇消防系統(tǒng)的。 岸電平臺(tái)各房間內(nèi)的潛在火災(zāi)類別以及適宜選擇的消防系統(tǒng)如表1 所示。 岸電平臺(tái)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)具有如下特點(diǎn)： ①岸電平臺(tái)以封閉房間內(nèi)的電氣設(shè)備和電纜即電氣火災(zāi)（E 類火災(zāi)）為主， 局部場(chǎng)合存在變壓器油、 換熱油等液態(tài)火災(zāi)（B 類火災(zāi)）， 同時(shí)存在少量固體火災(zāi)（A 類火災(zāi)）。 ②岸電平臺(tái)承擔(dān)為油田群供電的功能， 在發(fā)生單次火災(zāi)事故時(shí)平臺(tái)不斷電， 屬于帶電火災(zāi)。 ③平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地， 雖然岸電平臺(tái)多與依托平臺(tái)通過(guò)棧橋連接， 但是平臺(tái)發(fā)生火災(zāi)以自救為主。 ④平臺(tái)為油田群供電，發(fā)生火災(zāi)失去供電功能后將引發(fā)油田群斷電停產(chǎn)，導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。 平臺(tái)消防系統(tǒng)要求技術(shù)成熟、 可靠、 響應(yīng)快速、 高效。 ⑤岸電平臺(tái)本身造價(jià)高， 若發(fā)生火災(zāi)將導(dǎo)致自身財(cái)產(chǎn)損失較大。

表1 岸電平臺(tái)各區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別Tab.1 Fire risk identification for EPP platform

3 岸電平臺(tái)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 岸電平臺(tái)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范與原則

岸電平臺(tái)屬于新型海上固定平臺(tái)， 目前還沒(méi)有專門(mén)的設(shè)計(jì)規(guī)范指導(dǎo)海上岸電平臺(tái)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 岸電平臺(tái)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以參考國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電行業(yè)的海上升壓站相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范［4－6］。 根據(jù)岸電平臺(tái)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)， 其消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下原則： ①平臺(tái)主動(dòng)消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是同一時(shí)間按1 起火災(zāi)次數(shù)考慮， 在消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的前提下， 火勢(shì)不會(huì)從1 個(gè)防火分區(qū)蔓延到另外1 個(gè)防火分區(qū)。 ②消防系統(tǒng)選型以適用電氣火災(zāi)為主， 兼顧A、 B 類火災(zāi)。 消防系統(tǒng)選型要考慮滅火后不對(duì)設(shè)備產(chǎn)生二次破壞。 ③消防系統(tǒng)以自動(dòng)滅火系統(tǒng)為主， 系統(tǒng)響應(yīng)速度快， 滅火速度快， 具有抑制電纜復(fù)燃的功能。 ④消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮減少平臺(tái)操作維護(hù)工作量和備品備件的數(shù)量， 盡量降低人員登平臺(tái)操作的頻率。 ⑤消防設(shè)備、 設(shè)施的尺寸和重量盡量小， 節(jié)約岸電平臺(tái)投資成本。

依據(jù)平臺(tái)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果和消防系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)原則， 岸電平臺(tái)的消防系統(tǒng)配置如下： ①高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)保護(hù)高壓電氣房間。 ②七氟丙烷滅火系統(tǒng)保護(hù)低壓電氣房間。 ③固定泡沫滅火系統(tǒng)保護(hù)直升機(jī)甲板。 ④手動(dòng)滅火設(shè)備提供初期火災(zāi)撲救。⑤被動(dòng)消防系統(tǒng)限制火災(zāi)擴(kuò)散范圍。 根據(jù)系統(tǒng)的適用性， 可以采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)保護(hù)岸電平臺(tái)上所有的電氣房間， 從而取消平臺(tái)上的七氟丙烷滅火系統(tǒng)， 以減少后期消防系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)工作量。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在海上固定平臺(tái)推廣使用尚未普及， 本項(xiàng)目是在行業(yè)內(nèi)首次將高壓細(xì)水霧用在帶電火災(zāi)的保護(hù)中。 平臺(tái)作業(yè)方對(duì)高壓細(xì)水霧的接受程度不高。 在方案設(shè)計(jì)上采取了折中， 部分設(shè)備采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)， 部分設(shè)備采用氣體滅火系統(tǒng)， 平臺(tái)低壓電氣房間采用了七氟丙烷滅火系統(tǒng)。

3.2 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵照GB 50898—2013《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》［7］和NFPA750［8］設(shè)計(jì)， 保護(hù)平臺(tái)上10.5 kV 及以上電壓等級(jí)的電氣房間。 室內(nèi)采用全淹沒(méi)方式， 室外的換熱器采用局部應(yīng)用方式。 系統(tǒng)按照最大房間所需的流量持續(xù)噴射30 min 進(jìn)行設(shè)計(jì)， 每個(gè)保護(hù)區(qū)的噴淋強(qiáng)度按照2.0 L／（m2·min）進(jìn)行初步設(shè)計(jì)， 最終根據(jù)噴頭的流量系數(shù)進(jìn)行校核。 系統(tǒng)自帶淡水罐， 由補(bǔ)水泵供水到緩沖罐， 高壓泵組從緩沖罐取水。 淡水罐通過(guò)依托平臺(tái)棧橋淡水管線供水， 滿足30 min 消防水量要求。罐內(nèi)設(shè)置液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 水位低于正常液位90%時(shí)自動(dòng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)自動(dòng)補(bǔ)水。 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)采用自動(dòng)控制方式， 由火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。 在每個(gè)被保護(hù)區(qū)內(nèi)沿房間四周設(shè)置集水槽， 用于收集高壓細(xì)水霧滅火后的廢水。 各保護(hù)區(qū)的參數(shù)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)包含的設(shè)備分別見(jiàn)表2 和表3 所示。

表3 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)組成和設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.3 Composition of high pressure water mist fire fighting system and its design parameters

3.3 七氟丙烷滅火系統(tǒng)

七氟丙烷滅火系統(tǒng)采用固定管網(wǎng)形式， 按照GB 50370—2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》［9］及NFPA 2001［10］設(shè)計(jì)， 保護(hù)平臺(tái)上10.5 kV 及以下電壓等級(jí)的電氣房間。 根據(jù)GB 50370—2005 的相關(guān)規(guī)定， 電氣房間的滅火濃度采用8%。 系統(tǒng)首選采用自動(dòng)控制模式， 啟動(dòng)后有30 s 的延遲， 保障各房間內(nèi)的人員有足夠的時(shí)間撤離。 各系統(tǒng)滅火藥劑均采用100% 備用。 平臺(tái)上七氟丙烷滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表4 所示。

表4 七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.4 Design parameters of HFC-227 fire extinguishing system

3.4 固定泡沫滅火系統(tǒng)

直升機(jī)甲板的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自直升機(jī)的燃油，屬于乙類（B 類）火災(zāi)， 根據(jù)火災(zāi)類型選擇固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。 泡沫滅火系統(tǒng)采用水成膜抗醇（AFFF－AR）泡沫， 低倍數(shù)發(fā)泡， 混合比為3%， 采用壓力式比例混合裝置， 泡沫發(fā)生器采用泡沫炮。 根據(jù)《固定平臺(tái)安全規(guī)則》的要求， 單位面積的泡沫混合液的噴淋強(qiáng)度是6 L／（min·m2）， 泡沫液持續(xù)噴淋時(shí)間為10 min。 泡沫滅火系統(tǒng)采用手動(dòng)控制。 直升機(jī)甲板兩側(cè)各設(shè)置1 柄泡沫槍作為泡沫炮的補(bǔ)充， 泡沫槍噴射流量為25 m3／h， 泡沫噴射持續(xù)時(shí)間為20 min。 固定泡沫滅火系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)：泡沫液儲(chǔ)存量為1 000 L； 泡沫炮射程不低于45 m，流量為144 m3／h， 設(shè)計(jì)工作壓力為700 kPa（G）； 比例混合器采用文丘里比例混合器， 混合比為3%， 流量為144 m3／h； 系統(tǒng)自持時(shí)間為10 min。

3.5 平臺(tái)手動(dòng)消防設(shè)備配置

除了上述固定消防系統(tǒng)之外， 平臺(tái)上還配備了消防軟管站和滅火器等手動(dòng)消防設(shè)備， 供操作人員撲救初期火災(zāi)。 根據(jù)《固定平臺(tái)安全規(guī)則》， 手提式滅火器的位置和數(shù)量保證平臺(tái)上人員能夠到達(dá)的任何一點(diǎn)到滅火器的步行距離不超過(guò)10 m。 軟管站和岸電平臺(tái)滅火器的配置見(jiàn)表5。

表5 手動(dòng)消防設(shè)備配置Tab.5 Manual operated fire fighting equipment design on EPP

4 結(jié)語(yǔ)

海上岸電平臺(tái)作為一種新的平臺(tái)形式， 在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)的原油和天然氣生產(chǎn)平臺(tái)具有很大的不同， 如火災(zāi)類型不同， 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)降低， 以封閉房間為主等， 不能按照傳統(tǒng)油氣平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行岸電平臺(tái)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 本項(xiàng)目消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)發(fā)證檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的驗(yàn)收， 設(shè)計(jì)過(guò)程中有以下幾個(gè)方面需要開(kāi)展進(jìn)一步研究：

首先是大空間、 大尺度房間的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如GIS 房間等， 高度超過(guò)10 m， 體積接近4 000 m3，在傳統(tǒng)油氣平臺(tái)上幾乎沒(méi)有。 常規(guī)的高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和全淹沒(méi)的氣體滅火系統(tǒng)在該場(chǎng)合下受到系統(tǒng)規(guī)模、 占地面積等多重限制。 本項(xiàng)目在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上， 將大的防火分區(qū)分隔為若干小的防火分區(qū)， 相鄰防火分區(qū)同時(shí)啟動(dòng)消防系統(tǒng)保護(hù)的設(shè)計(jì)得到了發(fā)證檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)和認(rèn)可， 在以后的項(xiàng)目中可以參考借鑒， 另一方面可以嘗試消防炮滅火系統(tǒng)或者防火分區(qū)技術(shù)在此類平臺(tái)上的應(yīng)用。

其次是房間內(nèi)消防水的收集和排放設(shè)計(jì)。 高壓細(xì)水霧絕緣性能滿足工程要求， 在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮滅火后形成冷凝水的排放問(wèn)題， 以便滅火后人員可以快速進(jìn)入房間， 避免由于消防水的存在導(dǎo)致人員觸電。 在房間內(nèi)設(shè)置集水槽， 通過(guò)管道直排海面可以解決消防水排放問(wèn)題， 但是排水管道穿越電氣房間也帶來(lái)了漏水風(fēng)險(xiǎn)， 在后期項(xiàng)目中要進(jìn)一步優(yōu)化解決。

最后是岸電平臺(tái)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 目前岸電平臺(tái)的設(shè)計(jì)遵循《固定平臺(tái)安全規(guī)則》的要求， 在每層甲板設(shè)置了消防軟管站， 需要消防水源和消防主管。 岸電平臺(tái)以電氣房間為主， 房間外發(fā)生火災(zāi)的概率非常低。 房間內(nèi)電氣火災(zāi)不適宜采用水槍滅火， 從火災(zāi)適用性考慮可以取消消防水主管網(wǎng)和軟管站的設(shè)計(jì)， 簡(jiǎn)化整個(gè)平臺(tái)的消防系統(tǒng)配置。