海上石油平台消防水系统压力设计优化

侯辰光，吴 磊，薛春芳，郑 路，冀光峰

(1. 中海石油(中国)有限公司天津分公司工程建设中心 天津 300459；2. 海洋石油工程股份有限公司设计公司 天津 300459)

0 引 言

海上石油平台消防水系统的设计压力与消防泵的扬程有关，根据NFPA 20的规定消防水系统的设计压力不低于消防泵的关死点压力[1]，消防泵的关死点压力由消防泵厂家在送审文件中提供。而实际采办消防泵所需的时间比较长，严重影响消防水系统的设计。根据NFPA 20规定消防泵关死点扬程不高于泵额定扬程的140%[1]，设计时会把消防泵额定扬程的1.4倍再减去泵的安装高度和阻力损失作为泵的关死点压力，此种情况确定的设计压力偏保守，一般在1 700～1 850 kPaG范围内。消防水系统中的雨淋阀需要有消防产品认证证书，而认证的压力不超过1 600 kPaG，造成采办困难。

1 海上石油平台消防水系统介绍

海上石油平台由于空间狭小，设备布置密集，发生火灾时会出现叠加造成更大的损失，因此保证平台的安全是设计须重点考虑的。消防水系统是最为有效的、使用最为广泛的灭火系统，是平台消防系统的重要组成部分。海上石油平台的消防水灭火系统一般采用固定式自动水喷淋灭火系统，该系统主要包括消防泵(电动或柴油机驱动)、篮式滤器、稳压系统(淡水或海水稳压)、消防总管和主环网、消防软管站、雨淋阀、喷淋头等[2]。在设计时采用的标准规范主要包括《海水固定平台安全规则》、NFPA 13、NFPA 15、NFPA 20、API RP 2030等。

2 海上石油平台消防水系统压力设计

海上石油平台消防水系统的设计压力取决于消防泵出口最大压力。根据消防泵的性能曲线，可以看出零流量工况时(关死点)消防泵扬程最大。图1是消防泵的性能曲线。

确定消防泵关死点压力应先计算泵的额定扬程，消防泵额定扬程应满足平台最不利点的需求，对于有生活楼的平台，最不利点为保护直升机而设置消防炮，通常消防炮的工作压力至少为700 kPaG。消防泵的额定压力可以通过下式进行计算[3]。

式中：P为消防泵额定压力，kPaG；P1为消防炮工作压力，700 kPaG；P2为消防泵吸水口到消防炮之间的静压，kPaG；P3为总阻力损失，包括管线摩擦阻力损失、滤器阻力损失等，kPaG。

再根据100 kPaG的压力换算成扬程约为10 m，把额定压力换算成额定扬程。

根据以上确定的消防水系统的设计压力比较大，一般在1 700～1 850 kPaG范围内。表1是几个项目的消防水系统设计压力统计。

表1 海上石油平台消防水系统设计压力统计Tab.1 Design pressure statistics of fire water system on offshore platform

3 海上石油平台消防水系统设计优化思路

雨淋阀是海上石油平台消防水系统的重要组成部分，雨淋阀的质量好坏对消防水系统是否能正常工作有很大影响。因此，设计时会要求雨淋阀应有消防产品认证书，雨淋阀认证的压力为1 600 kPaG，如果消防水系统的设计压力高于1 600 kPaG，则采办不到符合设计要求的雨淋阀。

同时，根据NFPA 15消防水系统的水压试验压力为设计压力加上350 kPaG，故系统的设计压力高，水压试验压力也高。

通过参考以往项目的设计资料、海上石油平台消防水系统的实际运行状态，以及国内的相关设计规范GB 50219—2014《水喷雾灭火系统技术规范》，改进了消防水系统设计压力的设计思路。通过综合采取下列措施，将海上石油平台消防水系统的设计压力设置为不超过1 600 kPaG。

对于设置有柴油消防泵的消防水系统，柴油消防泵出口管线上的压力安全阀(PSV)设定点最高设置为1 600 kPaG。

对于设置有电动消防泵的消防水系统，如果关死点压力超过1 600 kPaG，则在电动消防泵出口管线上设置压力安全阀(PSV)，且安全阀的设定点设置为1 600 kPaG。

4 应用推广效果

将优化后的海上石油平台消防水系统设计压力的设计原则在蓬莱19-3油田1/3/8/9区综合调整项目、旅大21-2/旅大16-3油田区域开发项目、曹妃甸11-1/11-6油田综合调整项目、曹妃甸6-4油田开发项目、渤中19-6项目等渤海项目中进行推广使用，既降低了雨淋阀采购的难度，又节约了采购成本，同时也降低了消防水系统的水压试验压力，取得了良好的应用效果。■