海上平台二氧化碳灭火系统的组成与设计

高勋 崔荣帅 王智勇 顾芳丽

摘 要 本文介绍了二氧化碳灭火系统的灭火方式与组成，并采用局部应用灭火系统的体积法计算出了二氧化碳的设计用量，为设计提供一个依据。

关键词 二氧化碳；设计；灭火方式；体积法

中图分类号 O6 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）162-0156-02

海上固定平台的冷放空系统是海洋生产平台上非常重要的安全系统，因此泄放气流在排出点着火的情况在设计时必须进行考虑。为了在放空头管线入口处熄灭着火源，必须设计出一套二氧化碳灭火系统。

1 二氧化碳的性质

从图1可以看出，在临界点与三相点之间的二氧化碳是以气、液两相共存的。二氧化碳灭火系统就是根据这一物理特性储存二氧化碳的，储存方式有2种：1）常温储存即高压储存，储存温度为0℃～49℃；2）低温储存即低压储存，储存温度为-20℃～-18℃。

2 二氧化碳与组成

二氧化碳消防系统应当由下列主要设备及其连接管路，零部件等构成（但不限于此）：二氧化碳的储备钢瓶（主/备瓶）、二氧化碳系统释放氮气驱动装置、自动瓶头阀（安装在瓶体上）、带单向阀门的连接软管、总管汇、总管汇压力开关、总管汇安全阀、支路压力开关、瓶组自动电磁阀、瓶组旁通阀、支路自动电磁阀、支路旁通阀、喷嘴等。

2.1 瓶头阀

瓶头阀，是控制二氧化碳释放的关键阀门。该瓶头阀必须能承受最大的操作压力，在关闭时绝对不能漏气。并且要即能手动操作又能自动操作。

2.2 释放管汇及管线

二氧化碳消防系统的二氧化碳储瓶必须通过总管汇、带单向阀门的连接软管等与被保护的各区域联接起来。管路系统平时是空的，当释放操作时管路系统把二氧化碳从储存容器释放到喷嘴。由于合适的流速是灭火的关键要素，因此管道设计应该精确，这一点很重要。另外管路必须有牢固的支撑以防在释放时发生移动，并且必须采取措施防止管路收缩和膨胀。

2.3 压力开关

二氧化碳消防系统的压力开关应该安装在二氧化碳释放管线上。当二氧化碳从储存容器中释放到被保护的区域时，该压力开关应当自动启动并把二氧化碳已释放的信号送入各自的“火灾控制系统”上进行显示。

2.4 释放速率及释放喷头

根据“火灾探测报警”的信号启动二氧化碳消防系统时，二氧化碳从储存容器通过联接管线和释放喷头喷洒到被保护的区域的燃烧表面上。由于考虑到残火可能在二氧化碳释放结束完毕后重新着火，故任何燃料可能流经的邻近地区也必须被二氧化碳覆盖。因此要求二氧化碳的释放喷洒持续时间至少60s，如果需要冷却，释放喷洒持续时间应该更长。

释放喷头喷洒的流速通常设计得比较低，以防止飞溅和混入空气。释放喷头的安装位置应该保证二氧化碳能够直接释放在燃烧的表面上，以便尽快的来扑灭全部火焰。

2.5 手动释放开关

手动释放开关盒应安装在二氧化碳消防系统保护的封闭区域的外面。该开关盒本体应该用碳钢制造并为全天候式的。

2.6 释放灯和释放报警铃

尽管二氧化碳毒性较小，但当人员处于其中时会失去知觉或死亡，所以在释放二氧化碳淹没一个保护区之前，必须采取各种预防措施，保证该区的人员提前撤离。为此二氧化碳消防系统保护的封闭区域的外面应该安装有释放报警铃和释放指示灯。

2.7 系统控制

来自保护区的火灾信号首先在 “火灾控制系统”上报警，经确认后自动或手动启动二氧化碳消防系统进行消防保护。

2.8 自动控制

应将“火灾控制系统”的控制方式选择键拨到“自动”位置。如若保护区有火灾发生，“火灾控制系统”上的火灾探测器接收到火情并经鉴别后，由“火灾控制系统”上的报警和灭火控制系统发出声光报警及下达灭火命令。从而按下列程序工作：完成“联动设备”的启动（如停电、停止通风及关闭风闸等），延迟0至30s通电打开电磁启动器；继而打开二氧化碳瓶头阀、分区释放阀，释放二氧化碳实施灭火。

2.9 手动控制

应将“火灾控制系统”的控制方式选择键拨到“手动”位置。此时自动控制不起作用，当人为发现火灾或“火灾控制系统”上的火灾报警系统发出火灾信号时，即可开始操作“火灾控制系统”上的灭火手动按钮，实现灭火。

3 设计计算原理

绥中36-1油田位于渤海辽东湾南部海域，西北距绥中市约50km，油田所处海域水深为30m～32m。绥中36-1油田采取滚动式开发模式，分I期（试验区）和II期（新区）两期建成。II期由油气处理平台（CEP）和6座井口平台（WHPC、WHPD、WHPE、WHPF、WHPG、WHPH）组成，分别从2000年11月到2001年11月陆续投产。本项目是以WHPE＼F＼H＼G四个井口小平台现有的闭排系统冷放空6寸管线上改造增加1套二氧化碳灭火装置为例，针对改造中各平台冷放空管线灭火所需的二氧化碳用量进行核算，以保证平台的安全生产。二氧化碳灭火系统采用在管线内释放二氧化碳，使管内二氧化碳浓度短时间内达到窒息的浓度，不仅起到隔绝管线外空气进入的作用，而且在管线出口处，随着高浓度二氧化碳气体的排出，也达到了扑灭着火源的效果。每瓶CO2钢瓶充装45.4kgCO2。（参考NFPA），CO2灭火最大需求量不小于最大的一个保护区域所需的量，根据GB50193-1993规定，本系统属于局部应用灭火系统。

4 设计计算依据

1）NFPA 12 《二氧化碳灭火系统》；

2）API RP 2G 《近海构筑物生产设施的推荐作法》；

3）API RP 14C 《海上生产平台上部设施安全系统的分析、设计、安装和试验推荐作法》；

4）API RP 14G 《敞开式海上生产平台的消防和控制推荐作法》；

5）GB 50193-93 《二氧化碳灭火系统设计规范》。

5 二氧化碳用量核算

5.1 喷射率计算

NFPA 12中推荐二氧化碳的单位体积的喷射率按16kg/（min·m3）计，GB50193-1993（见3.3.4.2）给出的计算公式为：

5.5 计算结果

SZ36-1项目为改造项目，采用局部应用灭火系统中的体积法的原理来设计，并按照GB50193-1993规范要求，设计100%的备用量。经设计计算，本次二氧化碳气瓶设计总数应该为6瓶（3主3备）。WHPE/F/G/H4个小平台的放空管线改造项目中，每个平台所需的二氧化碳气瓶设计总数量均为6瓶（3主3备），见图2。对于海上平台冷放空管线着火时二氧化碳的设计用量，根据《二氧化碳灭火系统设计规范》中的体积法能够计算出来，这样就为以后的设计提供了一个依据。

参考文献

[1]林国锋，刘培林，孙旭.海上平台冷放空系统二氧化碳灭火释放量的设计.安全与环境工程，2007，14（2）：91-93.

[2]李祥锋，锦州21-1油田WHPA海上平台二氧化碳灭火系统设计.石油工程建设，2007，33（5）：31-33.

[3]GB50193-93，二氧化碳灭火系统设计规范.工程建设标准化，1999（6）.