陳好 李長(zhǎng)偉 賈媛

摘 要：本文引出了噴射火的定義和研究方法，以及判定海上油氣生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備或材料被動(dòng)防護(hù)有效性的標(biāo)準(zhǔn)，分析了被動(dòng)防護(hù)有效性的3個(gè)判定標(biāo)準(zhǔn)之間的內(nèi)在關(guān)系，指導(dǎo)海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：海上油氣生產(chǎn)設(shè)施 被動(dòng)防護(hù) 噴射火

中圖分類號(hào)：TE9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）12（a）-0-02

一般而言，火災(zāi)主要分為兩大類型：纖維素類火災(zāi)和烴類火災(zāi)。纖維素火災(zāi)是指含纖維素的材料，如木材、紙張等發(fā)生燃燒。烴類火災(zāi)是指碳?xì)浠衔锇l(fā)生燃燒。這兩種火災(zāi)具有不同的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的被動(dòng)防護(hù)要求大不相同。針對(duì)海上油氣生產(chǎn)設(shè)施而言，烴類火災(zāi)升溫速度快，可能發(fā)生爆炸破壞后果非常嚴(yán)重，因此一直是海洋石油安全研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但是，國(guó)內(nèi)海上油氣生產(chǎn)設(shè)施消防研究的起步相對(duì)較晚，關(guān)注熱點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間停留在研究烴類池火[1]，而對(duì)烴類噴射火及相應(yīng)被動(dòng)防護(hù)的研究仍然非常薄弱，亟待進(jìn)一步提升。

1 噴射火定義及其研究方法

對(duì)于纖維素類火災(zāi)和烴類池火，人為規(guī)定一種能反映、模擬一般火災(zāi)規(guī)律的標(biāo)準(zhǔn)溫升條件，把它繪制成曲線稱為時(shí)間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線，以表征現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)發(fā)展?fàn)顩r，統(tǒng)一防火材料耐火時(shí)間的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)別于烴類池火，烴類噴射火是快速持續(xù)泄露的高壓氣態(tài)、氣液兩相、純液態(tài)碳?xì)浠衔飫×胰紵纬傻臄U(kuò)散火焰[2]。烴類噴射火強(qiáng)度范圍過(guò)于寬泛，不宜采用統(tǒng)一的火災(zāi)升溫曲線，取而代之以標(biāo)準(zhǔn)熱輻射強(qiáng)度約束和重復(fù)噴射火模擬。目前，國(guó)際上公認(rèn)的噴射火防火測(cè)試方法是在1988年英國(guó)北海油田的Piper Alpha海洋平臺(tái)發(fā)生了一場(chǎng)以167條生命為代價(jià)的火災(zāi)后而進(jìn)行研究得出的，利用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴噴射并燃燒丙烷（0.3kg/sec）產(chǎn)生的水平火焰模仿海洋平臺(tái)面臨的強(qiáng)烈噴射火。英國(guó)從1990年開始實(shí)施該試驗(yàn)方法測(cè)定被動(dòng)防火材料的抗噴射火性能，并逐步在世界范圍內(nèi)的海洋平臺(tái)上應(yīng)用，現(xiàn)已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 22899第1部分（ISO 22899-1）和HSE第OTI 95 634號(hào)（OTI95-634）采納[3，4]。

嚴(yán)格按照ISO 22899-1[3]和OTI95-634[4]提供的測(cè)試方法，數(shù)分鐘內(nèi)樣本表面溫度可達(dá)到1150℃～1250℃，獲得的標(biāo)準(zhǔn)熱輻射強(qiáng)度為250～320kW/m2，高于典型的烴類池火熱輻射強(qiáng)度200kW/m2（如圖1所示）。然而，ISO 22899-1和 OTI 95-634規(guī)定的測(cè)試條件，無(wú)法滿足實(shí)際高熱輻射強(qiáng)度（HHF，超過(guò)350kW/m2）噴射火的測(cè)試需要。為彌補(bǔ)不足，必須對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法中規(guī)定的測(cè)試條件進(jìn)行必要的擴(kuò)展，才能獲得熱輻射強(qiáng)度超過(guò)350kW/m2。

2 設(shè)備或材料被動(dòng)防護(hù)的有效性

衡量海上油氣生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備或材料被動(dòng)防護(hù)是否有效，存在3個(gè)基本的判定準(zhǔn)則[5]：（1）穩(wěn)定性。在火焰作用下，承重構(gòu)件截面積縮小，承載能力和剛度下降，承受不了原設(shè)計(jì)的荷載而發(fā)生跨塌或變形量超過(guò)規(guī)定值，則表明構(gòu)件失去支撐穩(wěn)定性。（2）完整性。在火焰作用下，構(gòu)件發(fā)生爆裂或局部塌落，形成孔隙或穿透性裂縫。火焰和高溫氣體穿過(guò)構(gòu)件，使其背面可燃物發(fā)生燃燒或炭化，則表明構(gòu)件的完整性被破壞。（3）隔熱性。在火焰高溫作用下，構(gòu)件背火面測(cè)得的平均溫度超過(guò)140℃，或背火面任一點(diǎn)溫升超過(guò)180℃時(shí)，則表明構(gòu)件失去隔絕過(guò)量熱傳導(dǎo)的性能。

被動(dòng)防護(hù)有效性的3個(gè)判定標(biāo)準(zhǔn)之間實(shí)質(zhì)是連續(xù)的遞進(jìn)關(guān)系。如果構(gòu)件的穩(wěn)定性不符合要求，則直接認(rèn)定構(gòu)件的完整性和隔熱性不符合要求，即考慮維護(hù)構(gòu)件完整性和隔熱性的前提是保證其穩(wěn)定性。同理，如果構(gòu)件的完整性已不符合要求，則直接認(rèn)定構(gòu)件的隔熱性也不符合要求，即考慮維護(hù)構(gòu)件隔熱性的前提是保證其完整性。換個(gè)角度理解，對(duì)于某一特定的構(gòu)件，可以只考慮保證穩(wěn)定性，不用考慮其完整性和隔熱性的要求；或者，只考慮保證穩(wěn)定性和完整性，而不考慮隔熱性的要求。以A0級(jí)鋼質(zhì)耐火分隔材料為例，須能在1h的實(shí)驗(yàn)條件下維持鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)的支撐穩(wěn)定性，防止煙和火焰的通過(guò)，但并不評(píng)估材料的隔熱性。

3 設(shè)備或材料被動(dòng)防護(hù)的功能性要求

噴射火火災(zāi)工況下，為保證關(guān)鍵工藝設(shè)備執(zhí)行特定功能，海上油氣生產(chǎn)設(shè)施上的設(shè)備和材料其表面允許最高溫度必須滿足：（1）鋼質(zhì)工藝設(shè)備和管線（容器、塔和換熱器等），內(nèi)部介質(zhì)為氣態(tài)、液態(tài)或液化烴類，不得高于350℃。（2）立管支撐，不得高于400℃。（3）緊急關(guān)斷閥、立管和油氣外輸管道，不得高于200℃。（4）消防泵和應(yīng)急發(fā)電機(jī)，不得高于200℃。對(duì)于自動(dòng)控制閥門，執(zhí)行機(jī)構(gòu)元器件的表面允許最高溫度一般要求為100℃，可根據(jù)廠家提供的信息進(jìn)行修正。

噴射火火災(zāi)工況下，為了最大程度保障人員和設(shè)備的安全，延遲和減緩其持續(xù)暴露于火焰的破壞和危害，故為海上油氣生產(chǎn)相關(guān)設(shè)施或系統(tǒng)提供被動(dòng)防火保護(hù)，其最短保護(hù)時(shí)間必須滿足：（1）無(wú)法泄壓的存烴設(shè)備，不小于2h。（2）疏散、逃生與救援的設(shè)施，不小于2h。（3）非危險(xiǎn)區(qū)避難所，不小于1h。（4）可緊急泄壓的存烴設(shè)備，不小于1h。

4 結(jié)語(yǔ)

海上油氣生產(chǎn)設(shè)施一旦發(fā)生噴射火，危害十分嚴(yán)重。噴射火危害機(jī)理和被動(dòng)防護(hù)有效性的相關(guān)研究，必將有助于預(yù)防和控制海上油氣生產(chǎn)設(shè)施發(fā)生重大安全事故，從而實(shí)現(xiàn)海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋雪飛，陸建輝.海洋平臺(tái)池火火災(zāi)模型概述[J].石油工程建設(shè)，2011，37（2）：1-5.

[2] API RP 2218， Recommended Practice for Fireproofing Practices in Petroleum and Petrochemical Processing Plants [S].Third Edition， Washington，2013.

[3] ISO 22899-1：2007， Determination of the resistance to jet fires of passive fire protection materials—Part 1： General requirements[S].First Edition， Geneva，2007.

[4] Health and Safety Executive， OTI 92/634， Jet-fire resistance test of passive fire protection materials[R].First Edition，1996.

[5] GB 50016-2014，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].2015.