海上岸电平台消防设计实例

李艳华， 许晓丽， 覃柳莎， 吴磊， 贾庆丽

（1.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451；2.中国海洋石油（中国）有限公司天津分公司 工程建设中心， 天津 300451）

当前海上油田用电均采用燃油或燃气方式自发电［1］。 自发电方式有效地保障了海上油田开发及电力供应， 但也存在投资成本大、 能耗高、 环保排放压力大等问题［1-2］。 发电机组技术对外依存度大，存在“卡脖子”技术风险［3］。 为解决上述问题， 并积极响应国家的“双碳”战略方针， 利用陆地电源（简称岸电）供应海上平台目前已经逐渐成为近岸海域海上油气开发的主流用电模式。 该开发模式通常在油田群附近新建岸电平台， 接收陆地供电并向油田群中的各平台分配和输送电源。 岸电平台上的总体布局、 设备种类与传统的油气平台存在很大的不同， 因此， 传统油气平台的消防原理和消防系统配置不适用于岸电平台。 针对岸电平台的消防设计应以火灾风险识别和风险等级评估为基础， 根据岸电平台的火灾类别， 结合相关规范标准确定消防原理与消防系统配置。 本文以渤海某岸电平台为例， 介绍了岸电平台的消防系统设计。

1 岸电平台整体布局介绍

与传统油气平台上以各类原油和天然气生产设施为主不同， 岸电平台上以各类设备房间为主。 平台整体分为上、 中、 下3 层甲板， 每层甲板层高5 m。 岸电平台整体布置示意如图1 所示， 上层甲板西侧设置直升机甲板， 北侧设有直升机候机室， 其余空间是房间设备的舱口盖。 根据被保护对象的位置确定消防设备房间的位置， 中层甲板设有七氟丙烷设备间、 并联电抗器房间、 继电保护与通讯房间、变压器房间和GIS 设备房间， 室外设置有变压器的换热器。 下层甲板设有高压细水雾设备间、 暖通设备间、 应急开关间、 电池间、 接地变压器房间、 并联电抗器房间、 变压器房间、 GIS 房间， 其中并联电抗器房间， 变压器房间、 GIS 房间层高10 m， 贯穿下层甲板和中层甲板到上层甲板的舱盖口。

图1 岸电平台整体布置示意Fig.1 General layout of an onshore electrical power platform

岸电平台通过栈桥与其供电的平台连接， 日常操作与维护依托栈桥连接平台工作人员。 依托平台上设置有消防水泵。

2 岸电平台火灾特点

海上构筑物的消防系统设计是按照火灾类别选择消防系统的。 岸电平台各房间内的潜在火灾类别以及适宜选择的消防系统如表1 所示。 岸电平台的火灾风险具有如下特点： ①岸电平台以封闭房间内的电气设备和电缆即电气火灾（E 类火灾）为主， 局部场合存在变压器油、 换热油等液态火灾（B 类火灾）， 同时存在少量固体火灾（A 类火灾）。 ②岸电平台承担为油田群供电的功能， 在发生单次火灾事故时平台不断电， 属于带电火灾。 ③平台远离陆地， 虽然岸电平台多与依托平台通过栈桥连接， 但是平台发生火灾以自救为主。 ④平台为油田群供电，发生火灾失去供电功能后将引发油田群断电停产，导致严重的经济损失和社会影响。 平台消防系统要求技术成熟、 可靠、 响应快速、 高效。 ⑤岸电平台本身造价高， 若发生火灾将导致自身财产损失较大。

表1 岸电平台各区域火灾风险识别Tab.1 Fire risk identification for EPP platform

3 岸电平台消防系统设计

3.1 岸电平台消防系统设计规范与原则

岸电平台属于新型海上固定平台， 目前还没有专门的设计规范指导海上岸电平台的消防系统设计。 岸电平台消防系统设计可以参考国内海上风电行业的海上升压站相关设计规范［4－6］。 根据岸电平台的火灾风险特点， 其消防系统设计应遵循如下原则： ①平台主动消防系统的设计原则是同一时间按1 起火灾次数考虑， 在消防系统设计合理的前提下， 火势不会从1 个防火分区蔓延到另外1 个防火分区。 ②消防系统选型以适用电气火灾为主， 兼顾A、 B 类火灾。 消防系统选型要考虑灭火后不对设备产生二次破坏。 ③消防系统以自动灭火系统为主， 系统响应速度快， 灭火速度快， 具有抑制电缆复燃的功能。 ④消防系统设计要考虑减少平台操作维护工作量和备品备件的数量， 尽量降低人员登平台操作的频率。 ⑤消防设备、 设施的尺寸和重量尽量小， 节约岸电平台投资成本。

依据平台的火灾风险分析结果和消防系统整体设计原则， 岸电平台的消防系统配置如下： ①高压细水雾灭火系统保护高压电气房间。 ②七氟丙烷灭火系统保护低压电气房间。 ③固定泡沫灭火系统保护直升机甲板。 ④手动灭火设备提供初期火灾扑救。⑤被动消防系统限制火灾扩散范围。 根据系统的适用性， 可以采用高压细水雾灭火系统保护岸电平台上所有的电气房间， 从而取消平台上的七氟丙烷灭火系统， 以减少后期消防系统的维护保养工作量。高压细水雾灭火系统在海上固定平台推广使用尚未普及， 本项目是在行业内首次将高压细水雾用在带电火灾的保护中。 平台作业方对高压细水雾的接受程度不高。 在方案设计上采取了折中， 部分设备采用高压细水雾灭火系统， 部分设备采用气体灭火系统， 平台低压电气房间采用了七氟丙烷灭火系统。

3.2 高压细水雾灭火系统设计

高压细水雾灭火系统的设计遵照GB 50898—2013《细水雾灭火系统技术规范》［7］和NFPA750［8］设计， 保护平台上10.5 kV 及以上电压等级的电气房间。 室内采用全淹没方式， 室外的换热器采用局部应用方式。 系统按照最大房间所需的流量持续喷射30 min 进行设计， 每个保护区的喷淋强度按照2.0 L／（m2·min）进行初步设计， 最终根据喷头的流量系数进行校核。 系统自带淡水罐， 由补水泵供水到缓冲罐， 高压泵组从缓冲罐取水。 淡水罐通过依托平台栈桥淡水管线供水， 满足30 min 消防水量要求。罐内设置液位监测系统， 水位低于正常液位90%时自动发送报警信号自动补水。 高压细水雾灭火系统采用自动控制方式， 由火灾探测系统自动启动。 在每个被保护区内沿房间四周设置集水槽， 用于收集高压细水雾灭火后的废水。 各保护区的参数和高压细水雾灭火系统包含的设备分别见表2 和表3 所示。

表3 高压细水雾灭火系统组成和设计参数Tab.3 Composition of high pressure water mist fire fighting system and its design parameters

3.3 七氟丙烷灭火系统

七氟丙烷灭火系统采用固定管网形式， 按照GB 50370—2005《气体灭火系统设计规范》［9］及NFPA 2001［10］设计， 保护平台上10.5 kV 及以下电压等级的电气房间。 根据GB 50370—2005 的相关规定， 电气房间的灭火浓度采用8%。 系统首选采用自动控制模式， 启动后有30 s 的延迟， 保障各房间内的人员有足够的时间撤离。 各系统灭火药剂均采用100% 备用。 平台上七氟丙烷灭火系统的设计参数见表4 所示。

表4 七氟丙烷灭火系统设计参数Tab.4 Design parameters of HFC-227 fire extinguishing system

3.4 固定泡沫灭火系统

直升机甲板的火灾风险来自直升机的燃油，属于乙类（B 类）火灾， 根据火灾类型选择固定式低倍数泡沫灭火系统进行保护。 泡沫灭火系统采用水成膜抗醇（AFFF－AR）泡沫， 低倍数发泡， 混合比为3%， 采用压力式比例混合装置， 泡沫发生器采用泡沫炮。 根据《固定平台安全规则》的要求， 单位面积的泡沫混合液的喷淋强度是6 L／（min·m2）， 泡沫液持续喷淋时间为10 min。 泡沫灭火系统采用手动控制。 直升机甲板两侧各设置1 柄泡沫枪作为泡沫炮的补充， 泡沫枪喷射流量为25 m3／h， 泡沫喷射持续时间为20 min。 固定泡沫灭火系统的各项设计参数：泡沫液储存量为1 000 L； 泡沫炮射程不低于45 m，流量为144 m3／h， 设计工作压力为700 kPa（G）； 比例混合器采用文丘里比例混合器， 混合比为3%， 流量为144 m3／h； 系统自持时间为10 min。

3.5 平台手动消防设备配置

除了上述固定消防系统之外， 平台上还配备了消防软管站和灭火器等手动消防设备， 供操作人员扑救初期火灾。 根据《固定平台安全规则》， 手提式灭火器的位置和数量保证平台上人员能够到达的任何一点到灭火器的步行距离不超过10 m。 软管站和岸电平台灭火器的配置见表5。

表5 手动消防设备配置Tab.5 Manual operated fire fighting equipment design on EPP

4 结语

海上岸电平台作为一种新的平台形式， 在火灾风险和消防系统设计上与传统的原油和天然气生产平台具有很大的不同， 如火灾类型不同， 火灾风险降低， 以封闭房间为主等， 不能按照传统油气平台的设计方法进行岸电平台的消防系统设计。 本项目消防系统的设计已经通过发证检验机构的验收， 设计过程中有以下几个方面需要开展进一步研究：

首先是大空间、 大尺度房间的消防系统设计，如GIS 房间等， 高度超过10 m， 体积接近4 000 m3，在传统油气平台上几乎没有。 常规的高压细水雾灭火系统和全淹没的气体灭火系统在该场合下受到系统规模、 占地面积等多重限制。 本项目在火灾风险分析的基础上， 将大的防火分区分隔为若干小的防火分区， 相邻防火分区同时启动消防系统保护的设计得到了发证检验机构的批准和认可， 在以后的项目中可以参考借鉴， 另一方面可以尝试消防炮灭火系统或者防火分区技术在此类平台上的应用。

其次是房间内消防水的收集和排放设计。 高压细水雾绝缘性能满足工程要求， 在设计中应充分考虑灭火后形成冷凝水的排放问题， 以便灭火后人员可以快速进入房间， 避免由于消防水的存在导致人员触电。 在房间内设置集水槽， 通过管道直排海面可以解决消防水排放问题， 但是排水管道穿越电气房间也带来了漏水风险， 在后期项目中要进一步优化解决。

最后是岸电平台消防水系统设计。 目前岸电平台的设计遵循《固定平台安全规则》的要求， 在每层甲板设置了消防软管站， 需要消防水源和消防主管。 岸电平台以电气房间为主， 房间外发生火灾的概率非常低。 房间内电气火灾不适宜采用水枪灭火， 从火灾适用性考虑可以取消消防水主管网和软管站的设计， 简化整个平台的消防系统配置。