龍 海

（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

海上石油工程中人員和設(shè)備經(jīng)常處于或接近易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所，受海洋平臺(tái)面積所限，人員、設(shè)備高度集中。為了有效地保護(hù)人員、設(shè)備的安全，必須進(jìn)行針對(duì)性的安全設(shè)計(jì)［1］。海洋平臺(tái)發(fā)生火災(zāi)或危險(xiǎn)氣體泄漏時(shí)，為了避免助燃火災(zāi)、引爆可燃?xì)怏w或危險(xiǎn)氣體彌散，火氣探測(cè)系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)邏輯，將發(fā)生火氣報(bào)警的區(qū)域和可能遭受影響的區(qū)域的報(bào)警信號(hào)發(fā)給應(yīng)急切斷系統(tǒng)，然后應(yīng)急切斷系統(tǒng)會(huì)切斷與這些區(qū)域相關(guān)的通風(fēng)、電氣以及油泵等設(shè)備［2］。為此，合理進(jìn)行總體布置和劃分火區(qū)對(duì)平臺(tái)安全運(yùn)行非常重要。本研究以南海某海洋平臺(tái)底層甲板公用區(qū)的總體布置和火區(qū)劃分為例，發(fā)現(xiàn)總體布置和火區(qū)劃分的不足之處，給出優(yōu)化方案。

1 海洋油氣平臺(tái)總體布置與火區(qū)劃分原則

1.1 總體布置原則

在海洋油氣生產(chǎn)中，海上平臺(tái)造價(jià)昂貴，為減少設(shè)備占用面積和空間，要求工藝流程力求簡(jiǎn)化，油氣處理設(shè)備尺寸盡量緊湊。同時(shí)，由于海上平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，生產(chǎn)作業(yè)及維護(hù)成本高，要求處理設(shè)備具有較高的可靠性和耐用度，且便于維修。因此，為降低工程投資及操作成本，在設(shè)計(jì)中宜考慮通過使用新技術(shù)、新方法，簡(jiǎn)化處理流程，減少設(shè)備數(shù)量，減小設(shè)備尺寸。根據(jù)中海油《海上固定平臺(tái)總體設(shè)計(jì)規(guī)范》總體布置應(yīng)遵循以下8 點(diǎn)原則。①不同設(shè)備應(yīng)按照工藝流程布置在不同層高的甲板上，盡量減少配管長度，并充分利用位能。②設(shè)備布置應(yīng)考慮充分利用層高，盡可能將高度相近的設(shè)備集中布置，并在條件允許的情況下設(shè)置局部夾層。③成橇設(shè)備應(yīng)結(jié)合甲板層高要求，在層高允許的情況下，適當(dāng)增大橇塊的高度，減少設(shè)備長、寬尺寸，進(jìn)而減少設(shè)備的占地面積。④主發(fā)電機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、海水提升泵、電動(dòng)消防泵等大型設(shè)備應(yīng)根據(jù)設(shè)備維護(hù)要求確定合理的操作維修空間。⑤大型泵組兩側(cè)及上方應(yīng)考慮更換電機(jī)和泵頭的操作維修空間，泵組上方應(yīng)設(shè)置手動(dòng)或電動(dòng)軌道。海水提升泵、電動(dòng)消防泵等潛沒泵，應(yīng)考慮提泵作業(yè)的空間。⑥應(yīng)急發(fā)電機(jī)應(yīng)在主電源供電失效的情況下，確保在45 s之內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)和供電。⑦應(yīng)急發(fā)電機(jī)的安裝處所，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離主發(fā)電機(jī)所在的機(jī)器處所，并應(yīng)用A-60級(jí)耐火隔壁及甲板將與其相鄰的有火災(zāi)危險(xiǎn)的處所隔開。⑧主逃生通道寬度不應(yīng)大于1.2 m，非主逃生通道寬度不應(yīng)大于1.0 m，梯道凈寬不應(yīng)大于1.0 m。

1.2 火區(qū)劃分原則

火區(qū)劃分的目的在于火氣探測(cè)，安全消防的安裝和設(shè)計(jì)?；饏^(qū)的劃分與消防規(guī)模的大小密切相關(guān)。目前平臺(tái)火區(qū)的劃分并沒有國家規(guī)定或相關(guān)規(guī)范要求，以下原則是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的。第一，按距離和防火隔斷為邊緣劃分；第二，需要同時(shí)考慮危險(xiǎn)區(qū)域的劃分；第三，應(yīng)考慮平臺(tái)關(guān)斷等級(jí)的設(shè)定；第四，兩個(gè)相鄰的火區(qū)在消防狀態(tài)無法隔離開來，應(yīng)考慮設(shè)為一個(gè)火區(qū)；第五，甲板上下兩層應(yīng)考慮為兩個(gè)不同的火區(qū)；第六，火區(qū)應(yīng)為一個(gè)立體的空間；第七，應(yīng)考慮逃生路線，火區(qū)不應(yīng)阻擋逃生路線。

2 南海某平臺(tái)相關(guān)狀況與初始布局

南海某海洋平臺(tái)設(shè)主發(fā)電機(jī)，為獨(dú)立供電模式。主發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)、海水冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等。當(dāng)任意一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，主發(fā)電機(jī)均需停止運(yùn)行。

2.1 配電形式

該平臺(tái)電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、配電裝置、配電電網(wǎng)和負(fù)載4 部分組成。發(fā)電機(jī)分為主發(fā)電機(jī)和應(yīng)急發(fā)電機(jī)。配電裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的統(tǒng)一分配并具有監(jiān)測(cè)、保護(hù)、測(cè)量、控制功能，主要由主配電盤、應(yīng)急配電盤和分電箱組成。配電電網(wǎng)是配電網(wǎng)絡(luò)的總稱，分為主配電網(wǎng)、應(yīng)急配電網(wǎng)、照明電網(wǎng)等。負(fù)載包括平臺(tái)所有的用電設(shè)備。正常狀態(tài)時(shí)由主發(fā)電機(jī)提供電源輸送到主配電盤，主配電盤經(jīng)過變壓輸送到應(yīng)急配電盤。電動(dòng)消防泵由應(yīng)急配電盤供電，應(yīng)急發(fā)電機(jī)應(yīng)在主電源供電失效的情況下，確保在45 s 之內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)和供電。應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)滿足由其供電的應(yīng)急負(fù)載要求。

2.2 消防形式

該平臺(tái)包含水消防系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)等。為了達(dá)到冷卻保護(hù)的目的，應(yīng)對(duì)油、氣處理系統(tǒng)中的容器和設(shè)備以及管匯進(jìn)行水噴淋保護(hù)，其供水率應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選取。該研究涉及的區(qū)域采取的雨噴淋也屬于水消防系統(tǒng)形式，由消防泵、消防管網(wǎng)、雨淋閥和噴頭組成［3］。海水經(jīng)過消防泵進(jìn)入主消防管網(wǎng)環(huán)路，然后連接消防雨淋閥，出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)消防泵打開所在區(qū)域的雨淋閥，消防水經(jīng)過噴頭進(jìn)行滅火。消防泵包括柴油消防泵和電動(dòng)消防泵，電動(dòng)消防泵作為主消防泵，柴油消防泵作為備用消防泵。

2.3 消防泵啟用邏輯

如果主消防管網(wǎng)環(huán)路壓力下降到500 kPaG，主消防泵自動(dòng)啟動(dòng)。如果主消防泵啟動(dòng)失敗應(yīng)立即啟動(dòng)備用消防泵，主消防泵啟動(dòng)后，如果30 s 內(nèi)壓力不能上升到900 kPaG，備用消防泵需立即啟動(dòng)。中控室的應(yīng)急操作臺(tái)也設(shè)置消防泵氣動(dòng)按鈕和選擇開關(guān)，以便人工啟動(dòng)消防泵。

底層甲板公用區(qū)，由4 個(gè)房間和室外部分組成，原方案分為5 個(gè)火區(qū)，四個(gè)房間各自為一個(gè)火區(qū)，整個(gè)室外部分為一個(gè)火區(qū)（FZ-1302），每個(gè)房間各自為一個(gè)火區(qū)。本研究主要分析火區(qū)FZ-1302，主要包括應(yīng)急發(fā)電機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)柴油艙、海水提升泵、注水泵、陶瓷膜過濾撬、柴油消防泵以及室外過道等。具體如圖1（圖中的FZ-1307 將在下文中描述）所示。

圖1 某平臺(tái)底層甲板公用區(qū)總體布置圖

3 火氣關(guān)斷功能分析以及問題描述

3.1 火氣關(guān)斷功能分析

設(shè)置火氣關(guān)斷功能的目的是當(dāng)火焰或可燃?xì)馓筋^探測(cè)到火區(qū)的火災(zāi)或者可燃?xì)庑孤r(shí)，通過火氣控制系統(tǒng)采取一系列的安全措施，如報(bào)警、關(guān)斷、消防來保證平臺(tái)人員和設(shè)施的安全。本平臺(tái)分為開放區(qū)域和房間區(qū)域。開放區(qū)域通常屬于危險(xiǎn)區(qū)，用于布置各種生產(chǎn)處理設(shè)施；房間區(qū)域通常屬于安全區(qū)，用于布置各種控制盤柜和消防設(shè)施等。開放區(qū)域確認(rèn)火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，切斷相應(yīng)層的照明和維修插座電源、電伴熱電源及相關(guān)設(shè)備電源。房間區(qū)域確認(rèn)火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，總體斷電原則與開放區(qū)域一致，同時(shí)需要延時(shí)5 s 切斷UPS 控制電源［4］。該平臺(tái)開放區(qū)域單個(gè)探測(cè)器報(bào)警僅觸發(fā)操作站和應(yīng)急操作盤報(bào)警，開放區(qū)域確認(rèn)火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏觸發(fā)操作站、應(yīng)急操作盤、PAGA 和平臺(tái)狀態(tài)燈報(bào)警，并切斷相應(yīng)區(qū)域電源，啟動(dòng)消防泵和開啟雨淋閥，向緊急關(guān)斷系統(tǒng)和鉆修機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。主發(fā)電機(jī)區(qū)域確認(rèn)火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，應(yīng)關(guān)停主發(fā)電機(jī)。其他區(qū)域確認(rèn)火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，不關(guān)停主發(fā)電機(jī)。空壓機(jī)區(qū)域確認(rèn)火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，關(guān)停空壓機(jī)。其他區(qū)域確認(rèn)火災(zāi)或者可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，不關(guān)?？諌簷C(jī)。

圖1 中室外火區(qū)火氣關(guān)斷邏輯分析如下。根據(jù)火區(qū)的火氣系統(tǒng)關(guān)斷原則，F(xiàn)Z-1302 中任意一處著火或可燃?xì)怏w泄漏，則要對(duì)整個(gè)FZ-1302 的用電設(shè)備進(jìn)行電隔離（停止電力供應(yīng)），同時(shí)啟動(dòng)消防泵，打開此區(qū)域的雨淋閥。應(yīng)急發(fā)電機(jī)布置在此火區(qū)，在著火情況下應(yīng)急發(fā)電機(jī)應(yīng)處于抑制啟動(dòng)狀態(tài)。

3.2 問題描述

FZ-1302 出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，海水提升泵被電隔離而停止工作，主發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)由于需要海水冷卻，所以主發(fā)電機(jī)也被迫停止工作，導(dǎo)致平臺(tái)主電網(wǎng)失去電力，主電網(wǎng)失去電力之后應(yīng)立即啟用應(yīng)急發(fā)電機(jī)。但是應(yīng)急發(fā)電機(jī)也在火區(qū)FZ-1302 內(nèi)，火災(zāi)時(shí)不能啟動(dòng)。此刻主發(fā)電機(jī)和應(yīng)急發(fā)電機(jī)均不能工作，所以主配電配和應(yīng)急配電盤均不能提電力，電動(dòng)消防泵作為負(fù)載掛在應(yīng)急配電盤之下，導(dǎo)致電動(dòng)消防泵無法啟動(dòng)。然而在極端情況下，如果柴油消防泵起火，而無法工作。電動(dòng)消防泵和柴油消防泵都不能啟動(dòng)，導(dǎo)致整個(gè)平臺(tái)無法進(jìn)行滅火，不滿足安全消防要求。

4 問題解決方案以及對(duì)比分析

為了達(dá)到安全消防要求，根據(jù)《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》，消防泵及其動(dòng)力源和吸水源的布置應(yīng)保證當(dāng)任何一個(gè)處所失火時(shí)不能使兩臺(tái)消防泵同時(shí)失去效用。

4.1 方案1：增加火區(qū)

將原火區(qū)FZ-1302 分割為兩個(gè)火區(qū)：FZ-1302和FZ-1307。如圖1 所示，在應(yīng)急發(fā)電機(jī)區(qū)域增加一個(gè)防火分隔墻，形成FZ-1307 火區(qū)，包括應(yīng)急發(fā)電機(jī)和應(yīng)急發(fā)電機(jī)柴油艙。如果火區(qū)FZ-1302 著火，主發(fā)電機(jī)停止工作，應(yīng)急發(fā)電機(jī)在此火區(qū)無法啟動(dòng)，應(yīng)急配電盤正常工作，從而保證電動(dòng)消防泵啟動(dòng)，滿足安全消防要求。如果FZ-1307 著火，且極端情況下柴油消防泵著火，柴油消防泵和應(yīng)急發(fā)電機(jī)雖然不能啟動(dòng)，但是主發(fā)電機(jī)正常工作，應(yīng)急配電盤由主配電盤供電，整個(gè)電網(wǎng)正常運(yùn)行，也能保證電動(dòng)消防泵正常啟動(dòng)。

4.2 方案2：更改總體布置圖

問題的主要矛盾在于海水提升泵、應(yīng)急發(fā)電機(jī)和柴油消防泵處于同一火區(qū)，火區(qū)著火導(dǎo)致安全消防失效，所以考慮將應(yīng)三者中的任意一個(gè)設(shè)備移出火區(qū)FZ-1302。由于海水提升泵應(yīng)盡量靠近海面以方便利用海水，所以移出海水提升泵不太合理。如果將應(yīng)急發(fā)電機(jī)移出火區(qū)FZ-1302，火區(qū)FZ-1302 著火后，海水提升泵斷電，主發(fā)電機(jī)停止工作后，應(yīng)急發(fā)電機(jī)立即啟動(dòng)，滿足安全消防要求。但是應(yīng)急發(fā)電機(jī)緊靠應(yīng)急發(fā)電機(jī)艙，移出應(yīng)急發(fā)電機(jī)也要將應(yīng)急發(fā)電機(jī)艙一并移出，所以改動(dòng)工程量也比較大。故而將柴油消防泵移出火區(qū)FZ-1302?；饏^(qū)FZ-1302 著火后，電動(dòng)消防泵不能啟動(dòng)，但是柴油消防泵能夠保證啟動(dòng)，也滿足要求。所以綜合考慮，本方案選擇將柴油消防泵移出火區(qū)。

4.3 方案對(duì)比

將方案1、方案2 與原方案做了一個(gè)因果矩陣圖，對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 因果邏輯矩陣

5 結(jié)語

該研究論述了海洋油氣平臺(tái)的總體布置原則和火區(qū)劃分原則，并通過實(shí)例分析了總體布置和火區(qū)劃分中出現(xiàn)的問題。從功能上看，增加火區(qū)和移出柴油消防泵都是合理方案。如果考慮到經(jīng)濟(jì)因素，增加火區(qū)需增加防火分隔墻，那么方案2 移出柴油消防泵是比較合理的；考慮減少總體布置的改動(dòng)，那么方案1 增加火區(qū)是比較合理的。由于海洋油氣平臺(tái)離大陸較遠(yuǎn)，本身危險(xiǎn)性極高，平臺(tái)安全顯得尤為重要。在平臺(tái)設(shè)計(jì)初期，要對(duì)平臺(tái)設(shè)備進(jìn)行合理地總體布局和火區(qū)劃分。該研究對(duì)海洋油氣平臺(tái)的總體布置和火區(qū)的優(yōu)化措施是基于實(shí)際工程實(shí)踐得出的，希望對(duì)相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員具有一定的借鑒和參考價(jià)值。