王艷
(中海油研究總院,北京 100027)
海上石油平臺(tái)的電氣房間,含有平臺(tái)的控制、連接、動(dòng)力以及大量的自動(dòng)化監(jiān)控測(cè)試等重要的電氣儀表設(shè)備,對(duì)其保護(hù)十分重要。由于這些電氣房間布置相對(duì)集中,通常采用組合分配式氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù),按照其中最大的保護(hù)空間計(jì)算需要的滅火劑用量。
目前我國(guó)海上平臺(tái)各電氣房間的防護(hù),仍然以高壓全淹沒(méi)式二氧化碳滅火系統(tǒng)為主。這是因?yàn)槎趸紲缁饎﹣?lái)源廣泛、價(jià)格低廉、滅火效果好。但是,二氧化碳具有冷卻窒息的致命缺陷,對(duì)于經(jīng)常有人值守的電氣房間,如果誤噴可能會(huì)對(duì)人員的生命安全帶來(lái)一定的威脅。隨著人們對(duì)安全意識(shí)的不斷增強(qiáng),在一些新建項(xiàng)目中,陸續(xù)開(kāi)始采用全淹沒(méi)式七氟丙烷滅火系統(tǒng)對(duì)電氣房間進(jìn)行防護(hù)。七氟丙烷是一種新型高效低毒的滅火劑,適用于經(jīng)常有人工作的防護(hù)區(qū),在一定程度上彌補(bǔ)了二氧化碳滅火系統(tǒng)的不足。
本文將以南海海域某新建的鉆采綜合平臺(tái)為例,對(duì)這兩種氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的方案對(duì)比。通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的比較,確定合理可行的氣體滅火系統(tǒng)方案。
南海海域某新建的鉆采綜合平臺(tái)是八腿導(dǎo)管架鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái),是一個(gè)集鉆井/采油、生產(chǎn)/生活、動(dòng)力于一體的綜合性平臺(tái)。平臺(tái)上的電氣房間數(shù)量較多,主要包括:電潛泵變壓器間、電潛泵控制間、柴油消防泵房、應(yīng)急發(fā)電機(jī)房、中控室、主開(kāi)關(guān)間、應(yīng)急開(kāi)關(guān)間、電池間、主變壓器間。另外,在上層甲板的生活樓與鉆機(jī)模塊之間布置有一個(gè)原油發(fā)電機(jī)房,與其他電氣房間距離相對(duì)較遠(yuǎn)。各電氣房間的尺寸(長(zhǎng)×寬×高)如下:
原油發(fā)電機(jī)房注15.0m×32.0m×8.0m;
電潛泵變壓器間 20.0m×7.0m×4.0m;
電潛泵控制間 20.0m×7.0m×4.0m;
柴油消防泵房 6.0m×9.0m×4.0m;
應(yīng)急發(fā)電機(jī)房 9.0m×7.5m×8.0m;
中控室 17.0m×7.5m×4.0m;
主開(kāi)關(guān)間 28.5m×7.5m×4.0m;
應(yīng)急開(kāi)關(guān)間 8.0m×7.5m×4.0m;
電池間 7.5m×4.0m×4.0m;
主變壓器間 20.0m×7.0m×4.0m;
(注:原油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)部設(shè)有一個(gè)布置發(fā)電機(jī)輔助設(shè)施的房間,尺寸:15.0m×7.0m×8.0m。)
下面,針對(duì)該平臺(tái)各電氣房間采用的氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹,重點(diǎn)比選二氧化碳滅火系統(tǒng)和七氟丙烷滅火系統(tǒng)兩個(gè)方案。
3.1 二氧化碳滅火劑的特點(diǎn)及適用范圍
二氧化碳(CO2)是一種良好的滅火劑,屬于不導(dǎo)電、惰性氣體、滅火后不污損保護(hù)對(duì)象,且來(lái)源廣泛、生產(chǎn)容易、價(jià)格低廉(僅為鹵代烷1211 滅火劑的 1/50)。二氧化碳本身不燃燒、不助燃、制造方便,易于液化、便于裝罐和儲(chǔ)存。長(zhǎng)期儲(chǔ)存不變質(zhì),且在高溫地區(qū)和低溫地區(qū)均可使用。二氧化碳?xì)怏w比空氣重,二氧化碳?xì)怏w的分子量為44,空氣的分子量為29,所以從容器釋放出來(lái)的二氧化碳?xì)怏w將往下沉積。
但是,二氧化碳對(duì)人有窒息作用,一旦發(fā)生誤噴或者人員疏散不及時(shí)會(huì)危及操作人員的生命安全。另外,二氧化碳是一種溫室氣體,對(duì)環(huán)境有一定的影響。
二氧化碳滅火系統(tǒng)適用于撲滅下列火災(zāi):[1]
a.滅火前可切斷氣源的氣體火災(zāi);
b.液體火災(zāi)或石蠟、瀝青等可熔化的固體火災(zāi);
c.固體表面火災(zāi)及棉毛、織物、紙張等部分固體深位火災(zāi);
d.電氣火災(zāi)。
3.2 設(shè)計(jì)依據(jù)
平臺(tái)上電氣房間采用二氧化碳滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,主要遵循NFPA12《Standard on Carbon DioxideExtinguishingSystems》2000 Edition 以及GB50193-93《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》。
3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程[2]
以原油發(fā)電機(jī)房為例,詳細(xì)介紹一下CO2滅火劑用量的計(jì)算過(guò)程。
3.3.1 滅火設(shè)計(jì)濃度(C)的確定
依據(jù)NFPA12 中規(guī)定,取C=34%。
3.3.2 原油發(fā)電機(jī)房?jī)羧莘e(V)的計(jì)算
V=15×32×8-15×7×8=3000m3。
3.3.3 CO2滅火劑的設(shè)計(jì)用量(M')的計(jì)算
M'=K·V
其中,K--物質(zhì)系數(shù),這里取K=0.77kg CO2/m3;
則M'=2310kg。
3.3.4 CO2滅火劑的儲(chǔ)存量(M)的計(jì)算
M=(100+8)%·M',(注:CO2的儲(chǔ)存量應(yīng)為設(shè)計(jì)用量與殘余量之和,殘余量可按設(shè)計(jì)用量的8%計(jì)算);
則M=2494.8kg。
3.3.5 CO2滅火系統(tǒng)儲(chǔ)瓶數(shù)量(N)的計(jì)算
?
b.取整后,儲(chǔ)瓶數(shù)量N=55p。
其他各電氣房間的計(jì)算步驟同上,不再重復(fù),以表格形式將計(jì)算結(jié)果顯示出來(lái)。
3.4 設(shè)計(jì)結(jié)果(見(jiàn)表1)
通過(guò)計(jì)算,本平臺(tái)一次性單獨(dú)滅火所需CO2量最大的房間為原油發(fā)電機(jī)房,一次性滅火所需CO2s瓶的數(shù)量是55瓶。考慮到該組合分配系統(tǒng)的100%備用,應(yīng)設(shè)置2×55瓶/組的CO2瓶橇一個(gè)。
4.1 七氟丙烷滅火劑的特點(diǎn)及適用范圍
七氟丙烷滅火劑是一種氣態(tài)的潔凈的化學(xué)滅火劑。七氟丙烷滅火劑不含溴和氯元素,因而對(duì)大氣中臭氧層無(wú)破壞,全球溫室效應(yīng)潛能值也比較低。大氣中存留時(shí)間也比較短,大約31~42年。七氟丙烷滅火劑是新型高效低毒的滅火劑,其毒性比1301 還要低,所以適用于經(jīng)常有人工作的防護(hù)區(qū)。其滅火機(jī)理是對(duì)火產(chǎn)生物理變化及化學(xué)反應(yīng),而且進(jìn)行全淹沒(méi)式設(shè)計(jì),使其整個(gè)滅火過(guò)程高效、快速,而且不可能發(fā)生復(fù)燃。七氟丙烷滅火劑是不導(dǎo)電介質(zhì),且不含水性物質(zhì)。不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備、計(jì)算機(jī)、資料等造成損害,并能提供有效的防護(hù)。該滅火劑不含固體粉塵、油漬,它是液態(tài)儲(chǔ)存,氣態(tài)釋放。噴放后可自然排出或由通風(fēng)系統(tǒng)迅速排除。現(xiàn)場(chǎng)無(wú)殘留物,不會(huì)受到污染,清理方便。
但是,七氟丙烷滅火劑在滅火過(guò)程中會(huì)分解產(chǎn)生對(duì)人體有傷害的氣體,主要有一氧化碳(CO)、氫氟酸(HF)以及煙氣。但通過(guò)恰當(dāng)?shù)陌惭b、使用及早期探測(cè)報(bào)警,此類生成物可減至最小。另外,噴出的蒸汽滅火劑遇到物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象,遇到潮濕空氣時(shí)短時(shí)間內(nèi)會(huì)降低能見(jiàn)度。
七氟丙烷滅火系統(tǒng)適用于撲救下列火災(zāi):[3]
a.電氣火災(zāi);
b.固體表面火災(zāi);
c.液體火災(zāi);
d.滅火前能切斷氣源的氣體火災(zāi)。
4.2 設(shè)計(jì)依據(jù)
平臺(tái)上電氣房間采用七氟丙烷滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,主要遵循GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》。
4.3 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程[3]
以原油發(fā)電機(jī)房為例,詳細(xì)介紹一下七氟丙烷滅火劑用量的計(jì)算過(guò)程。
4.3.1 滅火設(shè)計(jì)濃度(C)的確定
依據(jù)GB50370-2005 中規(guī)定,取C=9%。
4.3.2 原油發(fā)電機(jī)房?jī)羧莘e(V)的計(jì)算
V=15×32×8-15×7×8=3000m3。
4.3.3 七氟丙烷滅火劑的設(shè)計(jì)用量(W)的計(jì)算
其中,W-滅火設(shè)計(jì)用量(kg);
C-滅火設(shè)計(jì)濃度(%);
S-滅火劑過(guò)熱蒸汽在101kPa 大氣壓和防護(hù)區(qū)最低保護(hù)環(huán)境下的質(zhì)量體積(m3/kg);
V-防護(hù)區(qū)凈容積(m3);
K-海拔高度修正系數(shù),這里取K=1。
b.S=0.1269+0.000513·T
其中,T-防護(hù)區(qū)最低環(huán)境溫度(℃),這里取T=20℃
則 S=0.1269+0.000513×20=0.13716(m3/kg);
則 W=1×3000/0.13716×9/91=2163.2kg。
4.3.4 七氟丙烷滅火系統(tǒng)儲(chǔ)瓶數(shù)量(N)的計(jì)算
a.選擇120L 的儲(chǔ)瓶,每瓶有效充裝量定為87kg;
c.取整后,儲(chǔ)瓶數(shù)量N=25p。
4.3.5 七氟丙烷滅火劑儲(chǔ)存量(W0)的計(jì)算
W0=W'+△W1+△W2
其中,W0——七氟丙烷滅火劑的儲(chǔ)存量(kg);
W'——按照取整后的瓶數(shù),修正后的設(shè)計(jì)用量(kg);
△W1-儲(chǔ)存容器內(nèi)的滅火劑剩余量(kg),(注:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算值,滅火劑剩余量按照每瓶殘存3kg 計(jì)算);
△W2-管道內(nèi)的滅火劑剩余量(kg),(注:均衡管網(wǎng)和只含一個(gè)封閉空間的非均衡管網(wǎng),其管網(wǎng)內(nèi)的滅火劑剩余量均可不計(jì),即△W2=0);
則 W0=87×25+3×25=2250kg。
其他各電氣房間的計(jì)算步驟同上,不再重復(fù),以表格形式將計(jì)算結(jié)果顯示出來(lái)。
4.4 設(shè)計(jì)結(jié)果
南海海域某平臺(tái)各電氣房間采用七氟丙烷滅火系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果(見(jiàn)表2)
?
考慮到防護(hù)區(qū)實(shí)際應(yīng)用的濃度不應(yīng)大于滅火設(shè)計(jì)濃度的1.1倍。管網(wǎng)的管道內(nèi)容積,不應(yīng)大于流經(jīng)該管網(wǎng)的七氟丙烷儲(chǔ)存量體積的80%。最后通過(guò)計(jì)算,七氟丙烷滅火系統(tǒng)共設(shè)置了3套。一套為單元獨(dú)立系統(tǒng),另外兩套為組合分配系統(tǒng)。本平臺(tái)一次性單獨(dú)滅火所需七氟丙烷滅火劑量最大的房間為原油發(fā)電機(jī)房,在該房間設(shè)置一套2×25瓶/組的單元獨(dú)立系統(tǒng),互為備用。另外,在柴油消防泵房、應(yīng)急開(kāi)關(guān)間、電池間設(shè)置一套2×2瓶/組的組合分配系統(tǒng),在其余電氣房間設(shè)置一套2×7瓶/組的組合分配系統(tǒng)。
根據(jù)現(xiàn)階段向廠家詢價(jià)的情況看,二氧化碳系統(tǒng)中按照藥劑和儲(chǔ)瓶整體計(jì)價(jià),單個(gè)瓶的價(jià)格在2萬(wàn)元左右,那么整套二氧化碳系統(tǒng)(110瓶)的總價(jià)格在220萬(wàn)元左右。而七氟丙烷系統(tǒng)的藥劑成本較高,計(jì)算總成本時(shí)通常藥劑和容器單獨(dú)計(jì)費(fèi)。經(jīng)過(guò)計(jì)算,該系統(tǒng)的藥劑總量6148kg,藥劑的單價(jià)按照300元/kg 考慮,那么總的藥劑費(fèi)用為184.44萬(wàn)元。在藥劑費(fèi)用的基礎(chǔ)上,考慮整套容器的價(jià)格122.4萬(wàn)元,則整套七氟丙烷滅火系統(tǒng)的價(jià)格在307萬(wàn)元左右。(注:以上兩個(gè)氣體滅火系統(tǒng)總報(bào)價(jià)中,不包括去各自保護(hù)空間的管材以及探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的費(fèi)用。)
單從成本的角度分析,二氧化碳滅火系統(tǒng)在價(jià)格上是具有一定優(yōu)勢(shì)的,僅相當(dāng)于七氟丙烷滅火系統(tǒng)總成本的70%左右。但是,由于二氧化碳滅火系統(tǒng)對(duì)人員的安全性帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn),因此,正在呈現(xiàn)逐漸減少應(yīng)用的趨勢(shì)。而七氟丙烷滅火系統(tǒng)在這方面的優(yōu)勢(shì)明顯,恰恰可以彌補(bǔ)二氧化碳系統(tǒng)的不足,可用于有人值守的電氣房間的安全防護(hù)。
?
下面,將二氧化碳與七氟丙烷滅火系統(tǒng)在本項(xiàng)目中的比選情況,以表格的形式量化出來(lái)。(見(jiàn)表3)
經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比論證,本項(xiàng)目最終采用了七氟丙烷滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。這主要是以下幾個(gè)方面的原因:
7.1 結(jié)合海洋工程項(xiàng)目的特點(diǎn),一般氣體滅火系統(tǒng)投資占項(xiàng)目總投資的比例很小。雖然七氟丙烷系統(tǒng)的投資比二氧化碳系統(tǒng)高,但高出的并不多,為二氧化碳系統(tǒng)的1.4倍,多投資了87萬(wàn)元,以這樣的代價(jià)換取操作人員的生命安全與環(huán)境保護(hù)還是值得的。
7.2 隨著人們安全環(huán)保意識(shí)的不斷提高,結(jié)合“以人為本”的理念,從高度重視人員安全的角度出發(fā),采用七氟丙烷滅火系統(tǒng)無(wú)疑是更好的選擇。
7.3 隨著七氟丙烷藥劑成本的逐漸降低,七氟丙烷滅火系統(tǒng)更加具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),在今后的工程項(xiàng)目中值得推廣應(yīng)用。
[1]GB50193-93,二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[P].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1993
[2]NFPA12,Standard on Carbon Dioxide Extinguishing Systems.USA:National Fire Protection Association,2000
[3]GB50370-2005,氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[P].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2006