高勛 崔榮帥 王智勇 顧芳麗

摘 要 本文介紹了二氧化碳滅火系統(tǒng)的滅火方式與組成，并采用局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)的體積法計(jì)算出了二氧化碳的設(shè)計(jì)用量，為設(shè)計(jì)提供一個(gè)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 二氧化碳；設(shè)計(jì)；滅火方式；體積法

中圖分類號(hào) O6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）162-0156-02

海上固定平臺(tái)的冷放空系統(tǒng)是海洋生產(chǎn)平臺(tái)上非常重要的安全系統(tǒng)，因此泄放氣流在排出點(diǎn)著火的情況在設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行考慮。為了在放空頭管線入口處熄滅著火源，必須設(shè)計(jì)出一套二氧化碳滅火系統(tǒng)。

1 二氧化碳的性質(zhì)

從圖1可以看出，在臨界點(diǎn)與三相點(diǎn)之間的二氧化碳是以氣、液兩相共存的。二氧化碳滅火系統(tǒng)就是根據(jù)這一物理特性儲(chǔ)存二氧化碳的，儲(chǔ)存方式有2種：1）常溫儲(chǔ)存即高壓儲(chǔ)存，儲(chǔ)存溫度為0℃～49℃；2）低溫儲(chǔ)存即低壓儲(chǔ)存，儲(chǔ)存溫度為-20℃～-18℃。

2 二氧化碳與組成

二氧化碳消防系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由下列主要設(shè)備及其連接管路，零部件等構(gòu)成（但不限于此）：二氧化碳的儲(chǔ)備鋼瓶（主/備瓶）、二氧化碳系統(tǒng)釋放氮?dú)怛?qū)動(dòng)裝置、自動(dòng)瓶頭閥（安裝在瓶體上）、帶單向閥門的連接軟管、總管匯、總管匯壓力開(kāi)關(guān)、總管匯安全閥、支路壓力開(kāi)關(guān)、瓶組自動(dòng)電磁閥、瓶組旁通閥、支路自動(dòng)電磁閥、支路旁通閥、噴嘴等。

2.1 瓶頭閥

瓶頭閥，是控制二氧化碳釋放的關(guān)鍵閥門。該瓶頭閥必須能承受最大的操作壓力，在關(guān)閉時(shí)絕對(duì)不能漏氣。并且要即能手動(dòng)操作又能自動(dòng)操作。

2.2 釋放管匯及管線

二氧化碳消防系統(tǒng)的二氧化碳儲(chǔ)瓶必須通過(guò)總管匯、帶單向閥門的連接軟管等與被保護(hù)的各區(qū)域聯(lián)接起來(lái)。管路系統(tǒng)平時(shí)是空的，當(dāng)釋放操作時(shí)管路系統(tǒng)把二氧化碳從儲(chǔ)存容器釋放到噴嘴。由于合適的流速是滅火的關(guān)鍵要素，因此管道設(shè)計(jì)應(yīng)該精確，這一點(diǎn)很重要。另外管路必須有牢固的支撐以防在釋放時(shí)發(fā)生移動(dòng)，并且必須采取措施防止管路收縮和膨脹。

2.3 壓力開(kāi)關(guān)

二氧化碳消防系統(tǒng)的壓力開(kāi)關(guān)應(yīng)該安裝在二氧化碳釋放管線上。當(dāng)二氧化碳從儲(chǔ)存容器中釋放到被保護(hù)的區(qū)域時(shí)，該壓力開(kāi)關(guān)應(yīng)當(dāng)自動(dòng)啟動(dòng)并把二氧化碳已釋放的信號(hào)送入各自的“火災(zāi)控制系統(tǒng)”上進(jìn)行顯示。

2.4 釋放速率及釋放噴頭

根據(jù)“火災(zāi)探測(cè)報(bào)警”的信號(hào)啟動(dòng)二氧化碳消防系統(tǒng)時(shí)，二氧化碳從儲(chǔ)存容器通過(guò)聯(lián)接管線和釋放噴頭噴灑到被保護(hù)的區(qū)域的燃燒表面上。由于考慮到殘火可能在二氧化碳釋放結(jié)束完畢后重新著火，故任何燃料可能流經(jīng)的鄰近地區(qū)也必須被二氧化碳覆蓋。因此要求二氧化碳的釋放噴灑持續(xù)時(shí)間至少60s，如果需要冷卻，釋放噴灑持續(xù)時(shí)間應(yīng)該更長(zhǎng)。

釋放噴頭噴灑的流速通常設(shè)計(jì)得比較低，以防止飛濺和混入空氣。釋放噴頭的安裝位置應(yīng)該保證二氧化碳能夠直接釋放在燃燒的表面上，以便盡快的來(lái)?yè)錅缛炕鹧妗?/p>

2.5 手動(dòng)釋放開(kāi)關(guān)

手動(dòng)釋放開(kāi)關(guān)盒應(yīng)安裝在二氧化碳消防系統(tǒng)保護(hù)的封閉區(qū)域的外面。該開(kāi)關(guān)盒本體應(yīng)該用碳鋼制造并為全天候式的。

2.6 釋放燈和釋放報(bào)警鈴

盡管二氧化碳毒性較小，但當(dāng)人員處于其中時(shí)會(huì)失去知覺(jué)或死亡，所以在釋放二氧化碳淹沒(méi)一個(gè)保護(hù)區(qū)之前，必須采取各種預(yù)防措施，保證該區(qū)的人員提前撤離。為此二氧化碳消防系統(tǒng)保護(hù)的封閉區(qū)域的外面應(yīng)該安裝有釋放報(bào)警鈴和釋放指示燈。

2.7 系統(tǒng)控制

來(lái)自保護(hù)區(qū)的火災(zāi)信號(hào)首先在 “火災(zāi)控制系統(tǒng)”上報(bào)警，經(jīng)確認(rèn)后自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)二氧化碳消防系統(tǒng)進(jìn)行消防保護(hù)。

2.8 自動(dòng)控制

應(yīng)將“火災(zāi)控制系統(tǒng)”的控制方式選擇鍵撥到“自動(dòng)”位置。如若保護(hù)區(qū)有火災(zāi)發(fā)生，“火災(zāi)控制系統(tǒng)”上的火災(zāi)探測(cè)器接收到火情并經(jīng)鑒別后，由“火災(zāi)控制系統(tǒng)”上的報(bào)警和滅火控制系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警及下達(dá)滅火命令。從而按下列程序工作：完成“聯(lián)動(dòng)設(shè)備”的啟動(dòng)（如停電、停止通風(fēng)及關(guān)閉風(fēng)閘等），延遲0至30s通電打開(kāi)電磁啟動(dòng)器；繼而打開(kāi)二氧化碳瓶頭閥、分區(qū)釋放閥，釋放二氧化碳實(shí)施滅火。

2.9 手動(dòng)控制

應(yīng)將“火災(zāi)控制系統(tǒng)”的控制方式選擇鍵撥到“手動(dòng)”位置。此時(shí)自動(dòng)控制不起作用，當(dāng)人為發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或“火災(zāi)控制系統(tǒng)”上的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)信號(hào)時(shí)，即可開(kāi)始操作“火災(zāi)控制系統(tǒng)”上的滅火手動(dòng)按鈕，實(shí)現(xiàn)滅火。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算原理

綏中36-1油田位于渤海遼東灣南部海域，西北距綏中市約50km，油田所處海域水深為30m～32m。綏中36-1油田采取滾動(dòng)式開(kāi)發(fā)模式，分I期（試驗(yàn)區(qū)）和II期（新區(qū)）兩期建成。II期由油氣處理平臺(tái)（CEP）和6座井口平臺(tái)（WHPC、WHPD、WHPE、WHPF、WHPG、WHPH）組成，分別從2000年11月到2001年11月陸續(xù)投產(chǎn)。本項(xiàng)目是以WHPE＼F＼H＼G四個(gè)井口小平臺(tái)現(xiàn)有的閉排系統(tǒng)冷放空6寸管線上改造增加1套二氧化碳滅火裝置為例，針對(duì)改造中各平臺(tái)冷放空管線滅火所需的二氧化碳用量進(jìn)行核算，以保證平臺(tái)的安全生產(chǎn)。二氧化碳滅火系統(tǒng)采用在管線內(nèi)釋放二氧化碳，使管內(nèi)二氧化碳濃度短時(shí)間內(nèi)達(dá)到窒息的濃度，不僅起到隔絕管線外空氣進(jìn)入的作用，而且在管線出口處，隨著高濃度二氧化碳?xì)怏w的排出，也達(dá)到了撲滅著火源的效果。每瓶CO2鋼瓶充裝45.4kgCO2。（參考NFPA），CO2滅火最大需求量不小于最大的一個(gè)保護(hù)區(qū)域所需的量，根據(jù)GB50193-1993規(guī)定，本系統(tǒng)屬于局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)

1）NFPA 12 《二氧化碳滅火系統(tǒng)》；

2）API RP 2G 《近海構(gòu)筑物生產(chǎn)設(shè)施的推薦作法》；

3）API RP 14C 《海上生產(chǎn)平臺(tái)上部設(shè)施安全系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、安裝和試驗(yàn)推薦作法》；

4）API RP 14G 《敞開(kāi)式海上生產(chǎn)平臺(tái)的消防和控制推薦作法》；

5）GB 50193-93 《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

5 二氧化碳用量核算

5.1 噴射率計(jì)算

NFPA 12中推薦二氧化碳的單位體積的噴射率按16kg/（min·m3）計(jì)，GB50193-1993（見(jiàn)3.3.4.2）給出的計(jì)算公式為：

5.5 計(jì)算結(jié)果

SZ36-1項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，采用局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)中的體積法的原理來(lái)設(shè)計(jì)，并按照GB50193-1993規(guī)范要求，設(shè)計(jì)100%的備用量。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，本次二氧化碳?xì)馄吭O(shè)計(jì)總數(shù)應(yīng)該為6瓶（3主3備）。WHPE/F/G/H4個(gè)小平臺(tái)的放空管線改造項(xiàng)目中，每個(gè)平臺(tái)所需的二氧化碳?xì)馄吭O(shè)計(jì)總數(shù)量均為6瓶（3主3備），見(jiàn)圖2。對(duì)于海上平臺(tái)冷放空管線著火時(shí)二氧化碳的設(shè)計(jì)用量，根據(jù)《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的體積法能夠計(jì)算出來(lái)，這樣就為以后的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]林國(guó)鋒，劉培林，孫旭.海上平臺(tái)冷放空系統(tǒng)二氧化碳滅火釋放量的設(shè)計(jì).安全與環(huán)境工程，2007，14（2）：91-93.

[2]李祥鋒，錦州21-1油田WHPA海上平臺(tái)二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì).石油工程建設(shè)，2007，33（5）：31-33.

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