海上石油平台消防水稳压系统的类型及应用

2020-01-01刘佳

石油和化工设备 2020年11期

刘佳

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

海洋油气开发具有技术复杂、投资高、风险大等特点。由于在海洋石油平台上进行油气生产，石油平台要经受各种恶劣气候和风浪的袭击，经受海洋气候的腐蚀及地震的危害；海上采出的油气具有易燃易爆性；油气生产过程可能对海洋造成污染；海洋石油平台由于空间狭小，设备布置紧凑等特点，若发生火灾往往出现叠加灾害造成更大损失，因此消防水系统是火灾发生时确保人员安全撤离和设备安全的一个关键系统。

消防水系统包括两部分：（1）消防给水系统；（2）稳压系统。平台使用最多的消防给水系统为雨淋系统，给水系统主要作用是将消防水源安全稳定地输送到消防灭火设备处。稳压系统用于保持消防管网的压力，消防时用于提高消防供水速度，而且在自动启动模式下可以降低消防水泵启动时间。

消防水稳压系统根据海上石油平台的规模、结构、功能和高度的不同，可采用不同的类型，本文综述海上石油平台上应用的不同的消防水稳压系统。

1 稳压泵与气压水罐相结合的稳压方式

该稳压方式主要依靠气压给水装置完成，气压水罐的胶囊内充满高压水并与消防给水系统管网连通，罐壁与胶囊之间则充满了一定量的压缩空气。平时由稳压泵为气压水罐提供压力，并且当压力上升至设定值时自动停泵，此时气压水罐再向管网提供稳压压力，以满足系统的水压需求。当管网压力出现下降并达到设定值时，稳压泵会再次自动启动，补充气压水罐的水量和水压，如此周而复始，保持消防系统压力的稳定[1]。

根据GB50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》，稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量，当无管网泄漏量数据时，稳压泵的设计流量宜按消防给水设计流量的1%～3%计，且不宜小于1L/s；当采用气压水罐时，其调节容积应根据稳压泵启泵次数不大于15次/h计算确定，但有效储水容积不宜小于150L[2]。

根据工程经验，当海上石油平台消防给水设计流量为500m3/h时，稳压泵流量宜为5～15m3/h，稳压泵出口压力一般设置800kPaG，气压水罐的有效容积在500～700L，其设置上下限压力控制稳压泵的启停。

早期的海上石油平台多采用稳压泵与气压水罐相结合的稳压方式，运行高效、节能，且避免稳压泵的频繁启停等优点。由于考虑到海水的腐蚀性，稳压系统一般采用平台上稀缺的淡水资源进行稳压。若使用海水介质稳压可降低水资源成本，但设备成本和日常维修保养成本较高，稳压系统消耗淡水会增加平台淡水罐的容量。

2 稳压泵直接稳压方式

海上石油平台直接采用海水水源，设计枯水流量保证率高，能够满足规范要求。消防泵和稳压泵所在甲板一般高于海平面15-25m，常用长轴泵或电潜泵。

稳压泵的流量与上述稳压泵与气压水罐相结合的方式的要求一样，根据GB50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》，稳压泵的设计压力应满足系统的自动启动和管网充满水的要求，稳压泵的设计压力应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，且增加值宜为0.07～0.10MPa[2]。

稳压泵直接稳压方式分为以下两种：

2.1 专用稳压泵直接稳压

采用专用稳压泵直接从海上抽水再输向消防管网，以保持消防水系统的压力稳定。在准工作状态时稳压泵始终保持运行状态，一旦发生火灾，则可以保证消防泵启动运行前立即投入使用。

由于需要从海洋中将海水抽至平台，无论采用电潜泵还是长轴泵均需安装护管，且设备和管道均需选用耐海水腐蚀的材料，因此设备成本和安装成本较高；专用稳压泵始终保持运行状态，比较耗能，且长时间运行会降低稳压泵的寿命，增加稳压泵的维修频率；在消防泵启动时，稳压泵的供水对由消防泵抽上的消防水产生一定的阻隔作用，加大水锤的效果，因此消防泵出口处管道应进行加强应力分析。因此除了海上石油平台无海水提升泵兼作稳压泵外，现已很少采用这种方式稳压。

2.2 海水提升泵兼作稳压泵直接稳压

采用海水提升泵兼作稳压泵直接稳压的方式，属于稳压泵直接稳压的一种形式，全天运行的海水提升泵在满足其它用户供水的条件下，通过一路管道与消防环管相连，为消防水系统稳压。在稳压管路上设置自力式调节阀，保证消防水系统的稳压压力恒定。这种稳压方式充分利用平台已有海上提升泵，为海上石油平台湿式消防系统稳压的主要方式，但海水提升泵选泵时需额外考虑该部分水量。

3 高位消防水箱的稳压方式

高位消防水箱为设置在高处直接向消防水系统重力供应初期火灾消防用水量的储水设施。高位消防水箱要求满足消防设施的静压要求，否则应设稳压泵。

由于海上石油平台采出的油气具有易燃易爆性，消防用水量一般较大，高位消防水箱所需体积较大，且海上石油平台经常出现各种恶劣气候，海上腐蚀情况严重，因此，海上石油平台一般不采用高位消防水箱稳压的方式。

4 稳压设计注意事项

4.1 稳压流量控制

稳压泵的设计流量要满足系统维持压力的功能要求，就要使其流量大于系统的泄漏量，否则无法满足稳压的作用。同时稳压泵的设计流量不能过大，因为当大于或等于消防灭火设备的流量，稳压泵的开启即可满足该消防灭火设备的使用，出现稳压泵一直运行，而消防环管的压力无法下降到消防泵启动的压力设置点。稳压泵主要是维持系统一定压力的作用，一般达不到系统灭火所需的压力，稳压泵充当消防泵是规范不允许的。

因此，需要根据稳压泵的设计流量严格控制稳压管道的管径，以免因管径选取不合适出现消防泵无法启动的情况。

4.2 稳压压力设置点

稳压压力应满足系统的自动启动和管网充满水的要求，稳压泵的设计压力应保持系统自动启动消防泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，且增加值宜为0.07～0.10MPa。消防泵启泵压力是人为设定的值，在满足规范要求的最不利点处静压前提下，启泵压力可以在一定范围内设定，但设定值越高，管网漏损的几率相应提高，维护成本增加，因此合理选定消防泵启泵压力值很关键。