电力平台高压细水雾与FM200 相结合的应用研究

李 津，王福冲

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油安全技术服务有限公司，天津 300450）

0 引言

某海上油田群计划使用岸电供电，需要在海上建立电力平台布置变电设备。火灾是海上电力平台的主要危险、有害因素。设计合理、有效的消防系统是海上电力平台基本建设期间需要主要考虑的因素。海上平台空间紧凑，设备发生火灾后会快速蔓延，控制难度较大，且人员逃生困难，外部救援力量难以在短时间内介入。海上电力平台火灾救援以自救为主，对自动灭火系统在火灾初期迅速启动并有效扑灭火灾的需求尤为突出，对系统的及时性和有效性提出了更高的要求。

1 固定式灭火系统

海上平台应根据处所的火灾性质和危险程度，有选择地装设固定灭火系统[1]。海上电力平台常见的固定式灭火系统有泡沫灭火系统、水消防系统和气体灭火系统[2-4]（表1）。

表1 海上电力平台常见灭火设施设置

1.1 常见灭火系统

1.1.1 泡沫灭火系统

泡沫喷雾系统可以用来保护独立变电站的油浸变压器[5]。但在实际的大型油浸变压器火灾中，泡沫喷雾存在无法满足变压器灭火需求的情况[6]。

目前，CAFS 系统（Compressed Air Foam System，压缩空气泡沫灭火系统）作为一种新型、高效的灭火系统，在变压器等含油设备的固定式灭火系统中广泛应用。CAFS 系统利用泵组通过泡沫比例混合器，混合泡沫液与水产生泡沫混合液，泡沫混合液与压缩空气通过空气混合器产生压缩空气泡沫，经管道输送到末端释放装置。CAFS 系统用水量少、泡沫稳定均匀，可以有效防止复燃，灭火效能强。经有关机构的试验，压缩空气泡沫喷淋系统可以快速有效地扑灭大型油浸变压器火灾[6]。

1.1.2 气体灭火系统

气体灭火系统是以气体为灭火介质的灭火系统。气体灭火系统适用于扑救电气火灾、固体表面火灾、液体火灾以及灭火前能切断气源的气体火灾[7]。海洋工程设施常用的固定式气体灭火系统有二氧化碳灭火系统和FM200 灭火系统。

1.1.3 水消防系统

水消防系统广泛应用于海洋工程设施的火灾控制。目前，海工项目高压油浸变压器火灾的固定式灭火装置采用高压细水雾灭火系统。高压细水雾灭火系统以淡水为灭火介质，利用泵组将高压水通过特制的水雾喷头产生细水雾灭火，具有良好的冷却、惰化与附加效应。

1.2 灭火系统选型分析

选择海上设施灭火系统应考虑灭火效率、灭火剂的更换周期及对环境、人员、设备的安全性等因素[4]。

（1）CAFS 系统灭火时产生的泡沫残留可能污染环境，泡沫析液需要时间。目前CAFS 系统在海洋工程设施应用缺乏明确的规范及设计参数，设计参数需要通过真火实验进行论证。本电力平台没有采用CAFS系统。

（2）二氧化碳灭火系统的灭火效果逊于FM200 系统，灭火时释放的二氧化碳对人有窒息作用，并且灭火剂用量的经济性不如FM200 系统。本电力平台拟采用FM200 灭火系统。

（3）电力海上平台空间有限，难以布置大容量的淡水消防水箱，如果采用海水替代淡水，一旦系统启动喷射海水将对平台上的设施，尤其是电气设备造成破坏。

基于以上分析，为提高自动灭火系统扑灭火灾的效能，应确保灭火系统能够在火灾极早期即可启动，减少灭火系统的相应时间，且系统的启动应不受电气设备运行状态的影响。因此，平台自动灭火系统采用淡水作为水源的水雾介质和FM200 灭火系统，具体性能及特点见表2。

表2 细水雾和FM200 灭火系统的性能及特点对比

2 变压器火灾控制

当高压油浸式变压器内部发生严重的电故障或热故障时，会造成变压器油热解、变压器内部短路，保守计算在大约1/2 周期的时间里内会产生100 mL/kJ 的气泡[8]。气泡主要由氢和乙炔的混合物组成，会造成变压器内部压力迅速增加，导致变压器结构损坏，发生物理爆炸，大量燃易爆气体、油雾和绝缘油从油箱内喷出。如果存在点火源，就会造成火灾，并点燃漏油导致池火。如果可燃混合气体与空气混合，并在爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL）之间遇到点火源，会发生强烈的爆炸，造成巨大的破坏。

如果采用FM200 灭火系统，当高压油浸式变压器发生火灾后，FM200 灭火剂立即释放变压器房间或区域中，但其会很快消尽。FM200 灭火剂不能持续冷却裸露的热元素和表面，泄漏的可燃物质可能被再次点燃。由于FM200 系统无法减轻或防止可能再次着火的风险，所以不适用于高压油浸式变压器的火灾控制。

采用高压细水雾灭火系统，当高压油浸式变压器发生火灾后，灭火系统的喷出细水雾在火场迅速汽化，体积急剧膨胀，吸收热量，降低周围环境温度。水蒸气覆盖火场可以降低空气中的氧气浓度，防止火灾蔓延并窒息灭火。高压细水雾灭火系统适用于高压油浸式变压器的火灾控制。

3 设计方案

本工程基于各房间设备布置情况及空间特点，设计可采用的灭火系统及类型（表3）。

表3 各房间灭火系统及类型

主变室及GIS 室由于房间高度均达到10 m，而规范规定气体灭火系统喷头保护高度不宜大于6.5 m，喷头距顶面距离不宜大于0.54 m[7]。喷头安装高度太高或离顶面距离太大，使其难以对防护区形成全淹没的窒息灭火条件，因此主变室及GIS 室采用细水雾灭火系统。

实验表明，细水雾具有较强的绝缘性能，一般情况下，不会对电气设备及电子元件造成破坏，甚至在细水雾喷射的过程中仍然可以保持正常运行；细水雾本身不会对人体产生明显的人身伤害，也不会导电造成人员触电伤害，因此细水雾灭火系统广泛应用于电气火灾。

但如果二次屏柜防水性能不足，细水雾渗透进二次屏柜，有可能会在电子元件表面形成小股连续的水流，而对电子元件造成破坏。因此，在设有二次屏柜室的房间，如果二次屏柜为非防水型，采用细水雾灭火系统可能存在一定风险。电力平台为海油生产平台群提供电力供应，一旦无法正常供电，会影响生产平台的主生产工艺，造成巨大经济损失。但是对于二次屏柜来说，采用防水型设计会存在以下两个问题：①屏柜内部散热难以解决；②水喷雾无法进入屏柜内部灭火。

基于以上分析，平台各房间自动灭火系统推荐配置见表4。

表4 各房间自动灭火系统配置推荐

4 结束语

泡沫灭火系统对于高压油浸变压器火灾控制的优点和缺点都比较突出，且压缩空气泡沫系统设计参数缺乏明确的规定。综合考虑各种因素，海洋工程设施的高压油浸变压器火灾控制暂不采用泡沫灭火系统。

高压细水雾是目前海洋工程设施高压油浸变压器最有效的灭火方式，FM200 灭火系统对于电气及油类火灾非常有效，但不适于高压油浸变压器火灾控制。海上电力平台采用高压细水雾和FM200 灭火系统结合的灭火方式，可以经济、有效和可靠地控制电力平台油类及电气火灾。