海上无人驻守井口平台水消防系统设计探讨

宫景雯 窦培举 高鹏 矫亚涛 秦逸涵

（.中海油研究总院有限责任公司 北京100028）

无人平台由于工艺流程简单，在以往的消防设计中，遵循简化优化工艺流程，减少设备数量，提高设备的可靠和稳定性的原则[1]。一般认为其在正常作业过程中除正常油气生产外无其他作业，发生火灾的风险相对较小，并且一旦发生火灾，平台将实施关断，将火灾损失降到最低。同时无人井口平台工艺简单、设备设施较少，除流程中的油气外，基本上无其他可燃物，井口区甲板为钢板，火灾发生、蔓延的可能性较小，并且发生火灾后由于没有操作人员，也不会出现人员伤亡事故。参考多年来海洋石油行业类似平台火灾情况，此类型火灾发生概率非常小，造成严重后果的概率也非常低[2]。因此，传统的无人平台设计中通常不设置消防泵。

近年来由于油气资源开采力度加大、开采难度更高，平台面积更大、流程更复杂且涉及到更多的工艺处理系统。因此，有必要进一步探讨设置消防泵的必要性。

1 规范要求及安全分析

1.1 规范要求

《海上固定平台安全规则》中规定：“在安全分析的基础上, 并报请安全办公室批准, 无人驻守的简易平台可以不设置水消防等固定式灭火系统”[3]《海上无人驻守井口平台设计规定》中规定：“不宜设置消防泵，可采用干式管网，钻修井作业期间，平台干式管网与钻井船消防水总管相连通。”[4]

以上规定主要是基于消防泵对于生命安全的保护是第一要务，从平台无人角度建议无人平台可以不用设置消防泵，而在设计消防系统时，容易直接引用该规范条文，而忽略对无人平台实际消防需求以及钻井船消防系统的考量。本文认为无人平台消防系统是否需要设置消防泵需要结合平台复杂程度、钻井船消防系统可靠性等因素综合考虑，在安全分析的基础上确定是否要设置消防泵。

1.2 安全分析

在以往的项目中，只有简易井口平台才设置为无人平台。一般来说，简易井口平台井数不多于6口，平台上除了井口、油气计量装置外不设置其他油气处理设施。消防用水量通常在200m3/h以内。随着智能化平台的出现，无人平台不再限于简易井口平台，无人平台上井口的数量达到40口，有的无人平台甚至设置了油气分离器、工艺流程明显区别于传统简易井口平台，消防用水量也达到了600m3/h左右,并且由于井口数的增多，钻修井时间和频率明显提升。鉴于无人平台的复杂化、危险化、价值贵重化等因素，无人平台的消防保护方式在慢慢发生变化。

以南海某无人平台为例，该平台依托其他油田开发生产，为1座4腿20井槽无人平台，设有1个本地操作站、1个远程操作站，距离远程操作站14km，前期钻井使用钻井船，后期修井考虑液压修井和钻井船两种方式。平台共2层甲板，工艺公用系统设有柴油系统、开排系统、化学药剂系统、海水系统、闭排兼冷放空系统、应急发电机等。消防安全系统设有干式水消防系统、七氟丙烷灭火系统、辅助消防器材、直升机甲板消防、救逃生系统，平台在设计时考虑了台风不停产的工况。

文章所述平台修井方式同时考虑了两种，一为钻井船修井、二为考虑液压举升装置修井，前者在人员进行钻修井作业时，需要依托钻井船的消防水泵对平台实施消防喷淋保护，因此在方案设计时有必要对钻井船的消防泵能力进行校核，据统计，目前南海钻井船消防泵的排量均为100-200m3/h不等，而本项目最大火区消防水量为370m3/h，钻井船的消防泵无法满足平台的消防要求；液压举升装置在修井作业时，需要在平台设置人住集装箱，人员需要在平台上居住10-15天作业，在此期间平台可视为有人平台，且作业期间周围仅有守护船，无钻井船为平台提供消防保护。

综合以上因素，为该平台制定了设置消防泵的方案。

2 系统设计

海上有人平台消防水系统主要由消防泵、消防水过滤器、消防水主环网、稳压设施、喷淋系统、消防软管站和国际通岸接头等组成[5]，无人平台的消防水系统在有人平台的设置上做了适应性调整，图1为南海某无人平台消防水系统示意图。

图1 南海某无人平台消防水系统示意图

2.1 消防泵计算与配置

消防水量以及出口压力的计算根据相关标准选取[6]，计算消防水量如表1和公式1所示。

表1 各火区最高消防水量计算表

注：直升机甲板喷淋水量为最低要求。

由表1可知，该平台最大火区消防水量为370m3/h。

消防泵所需压力按照公式(1)计算

其中：

P为泵出口压力 kPaG.

P1为最不利点处消防管道压力，本文为750kPaG；

P2为最不利点处与消防泵所在位置的静压差，本文为160kPaG；

P3为管道损失，根据工程经验，取50kPaG.

P4滤器损失, 50kPaG

经计算消防泵排放压力需1060 kPaG

根据表1和公式(1)计算结果，综合考虑市场上消防泵的规格，最终选定消防泵规格为排量400m3/h，泵出口压力1100kPaG,即可满足本平台的消防要求。

海底电缆供电平台通常设置2 台( 组) 电动消防泵，一台主电驱动，一台应急电源驱动［7］。由于本平台地处南海东部，夏季台风频发，调研以往生产经验，在海上应急机不能正常启动或运行过程中报警停机情况曾多次发生过，发生台风或夜间时，若出现无人平台失去主电且同时应急机无法启动的工况，此时守护船不能靠泊，飞机不能正常起飞，无法及时过去处理故障，海管得不到及时置换会出现凝管的风险。为降低凝管事故发生的风险，并且考虑到平台完全失电后，发生火灾的概率极低，因此替换一台电动消防泵为柴油消防泵，用于平台完全失电时通过启动柴油消防泵来进行海管应急置换。

2.2 稳压装置

对于湿式消防水管网，一般需要具备稳压功能的泵(通常为海水泵)为管网提供压力，以保证环网压力稳定在700kPaG。本平台由于是无人平台，海水系统设置了1台150m3/h，出口压力700kPaG的海水提升泵，用于防钓鱼以及海管应急置换用途，由于平台正常生产工况下无连续海水用户，海水泵间断运行，多数情况下无法提供稳定的压力，考虑到无人平台在消防系统启动时间上可以略做放宽，因此本平台消防水管网采用干式管网，未设置稳压装置。但是在修井期间，海水泵需要启动，此时可将海水泵作为维压泵与消防环网相连，以增加系统可靠性。

2.3 消防管网及阀门

该平台的消防环网设计原则与有人平台湿式管网保持一致，消防总管以环状型式布置并以蝶阀隔离开。最高点处设置自动排气阀，以保证在使用时管网内能保持压力稳定。最低点设置了排水管线，用于消防工作完成后排出环网内消防水[9]。

需要注意的是，本平台在各防火分区并未设置雨淋阀，而是用电磁阀代替，主要原因是雨淋阀需要设置在带压的管网中，在完全干式管网中失去了快速启动的优势。因此本平台设置了1个8寸和1个4寸的电磁阀，用于不同火区探测到火灾时消防动作。该电磁阀应具备自动开启和远程或手动开启的功能。

同时2.1节中提到消防泵作为海水备用泵的同时，也兼顾了平台的应急置换泵，在去海水管路以及海管的支管均设置了关断阀门，可保证消防泵在作为其他用途时，若发生火灾，能紧急切换到消防灭火状态中以保障平台的安全。

2.4 控制与操作

2.4.1 消防泵的启停

有人平台消防泵启动方式包括自动启动和手动启动（现场控制盘或中控盘），可以通过开/闭式压力开关实现自动启动，也可以通过紧急关断系统、易熔回路或其它火灾探测系统的动作启动[9]。无人平台消防泵的启动方式与有人平台基本一致，在停泵方式上，目前规范对于消防泵的停泵方式规定见表2。

表2 消防泵停泵要求

从表2可以看出，对于消防泵停泵的条文不管是针对陆上还是海上，在消防泵出现启动以后，都不允许出现自动停泵的情况，需要人工停泵，这主要考虑如果消防泵突然自动停泵，可能造成火灾扑救的失败，同时也会给在现场扑救火灾的消防队员造成危险。

对于本平台而言，在消防泵出现启动后(不管是火灾启动或是误启动)，相关人员均无法及时到达现场判断火情。根据NFPA20规定“Manual Electric Control at Remote Station. Where additional control stations for causing nonautomatic continuousoperation of the pumping unit, independent of the pressure-actuated switch or control valve, are provided at locations remote from the controller, such stations shall not beoperable to stop the engine”[11]，消防泵也不可远程停泵。即使通过合理布置监控判断灭火进度，考虑到监控布置存在盲区或火灾状态下监控可能遭到损坏，存在消防状态下误停泵或者是无法现场确认火情情况下盲目停泵的可能性。因此，对于无人平台的消防泵，建议维持人工就地停泵的方式。

2.4.2 消防泵的维修和巡检

根据API14G规定[12]，，对于常规平台，消防泵需要每周启动一次以维持性能。对于无人平台、作业人员登台的频率较低，多数情况下都无法做到每周登台测试。因此建议按照NFPA20中关于消防泵测试期间的自动启停规定，增加消防泵自动巡检功能，即在消防泵的现场控制盘内增加自动巡检的功能，同时把检测数据发回远程中控，该做法可有效减少人员现场维护巡检工作量，未来可做为无人平台消防泵巡检的研究方向。需注意的是，测试期间需要保证有视频等设施监控消防泵运行状态。

3 直升机甲板消防

对于设置直升机甲板的无人平台，以往的做法是设置消防炮，而无人平台只有巡检、维修才会上人，那么起降时没有现场人员操作消防炮，无法满足实际的直升机起降时的消防要求。本平台设置一种自动式直升机甲板综合消防系统，该系统主要设备包括泡沫比例混合器，泡沫罐、电磁蝶阀等，在直升机甲板下设置弹出式喷头。消防水源来自消防泵，流程图如图2所示。

图2 南海某无人平台直升机甲板消防系统示意图

周边有人平台中控人员通过CCTV摄像头远程确认火灾后，可启动喷淋保护。本系统相对于消防炮，具有响应时间短、动作快、全面积喷淋覆盖、无需人员操控的优势。填补了无人平台直升机甲板消防的短板，极大增加了直升机甲板消防系统的可靠性。

4 结论

在进行无人平台消防设计时，对其消防安全系统设计应严谨对待，需要充分根据平台的系统设置特点，比如系统是否复杂，依托设施是够可靠，识别火灾危险因素。

本平台在考虑消防系统设计方案时，除了根据国内外规范设置外，还充分考虑了其他专业（工艺、海管）的需求，无人平台空间紧张，维修保护条件受限，各个系统都力求简化。消防系统在有一定安全保护的前提下，允许作为海水泵或应急置换泵的备用泵，可减少动设备数量，增加平台可靠性。

此外无人平台的设计和管理理念直接影响平台简易化程度，管理上需要制定针对无人化平台的风险可接受的准则以及平台消防泵维护策略，这些应该有别于常规平台。