淺談高壓細水霧滅火系統與海上油田常用滅火系統比較

王 蓉

（中海油能源發展股份有限公司 油建設計研發中心 天津300452）

0 引 言

海上平臺、浮式生產儲油輪（FPSO）是目前海上油田開發常用的生產設施。其動力模塊，如海上平臺的大型發電機房，FPSO上機泵艙、加熱燃油的凈化區域、焚燒爐等動力、電氣設施、油料及高溫熱源等，是海上平臺及FPSO上易發火災的危險區，因此也是滅火系統重點保護對象之一。隨著全球越來越高的安全和環境要求，更為高效環保的滅火系統保護海上油田越來越受到重視。筆者就目前備受全球各國重視的高壓細水霧系統與海上油田常用滅火系統進行比較，認為高壓細水霧系統在節水、高效、環保等方面更適用海上油田。

1 高壓細水霧滅火機理及霧徑分級

（1）冷卻作用。根據熱工學原理，單位體積水的吸熱能力與水微粒總表面積的大小成正比。單位體積的水霧化以后，可使總表面積增大數百倍、數千倍。高壓細水霧極大地增加了單位體積水微粒的表面積；而表面積的增大更容易吸收火場的熱量，進而冷卻了燃燒反應［1］。

（2）窒息作用。吸收了火場熱能后的水微粒很容易汽化、蒸發，汽化后的水霧體積大約膨脹1 700倍。水蒸汽的產生既稀釋了火焰附近氧氣的濃度，又能阻擋外部氧氣進入火焰內部，從而窒息了燃燒反應。

（3）阻隔輻射熱作用。1 L水從液態變至汽態可以吸收2 257 kJ熱量。細水霧噴入火場后，蒸發形成的蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙羽籠罩，對火焰的輻射熱具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱引燃周圍其他物品，達到防止火災蔓延的效果［2］。

（4）除煙作用。高壓細水霧具有吸附火場煙炭（soot）微粒的功能，且細水霧的水微粒尺寸越小、密度越大，除煙的效果就越好。

NFPA750標準將細水霧分為三級：Ⅰ級水霧，Dv0.1=100 μm、Dv0.9=200 μm、適合撲滅 B 類易燃液體及電氣等火災；Ⅱ級水霧，Dv0.1=200 μm、Dv0.9=400 μm、適合撲滅B類易燃液體火災、A類固體可燃物等火災；Ⅲ級水霧，Dv0.9＞400 μm，即為一般水霧［3］。

2 高壓細水霧系統組成及其主要特點

通常情況下，工作壓力為8 MPa～12 MPa的細水霧系統是真正意義上的高壓細水霧系統。以泵組式高壓細水霧系統為例，系統主要由儲水罐、過濾單元、高壓泵組、水霧分配設施、管道、噴嘴、報警控制單元及探測器等組成。其主要部件功能及參數如表1所示。

表1 高壓細水霧系統主要部件及參數

3 高壓細水霧滅火系統與海上油田常用滅火系統比較

3.1 高壓細水霧滅火系統與常用氣體滅火系統比較

據DNV統計，海上設施中，發電機房起火機率最高，其次是機泵艙和海上生活模塊。目前，海上油田的動力模塊，如發電機房、大型電氣控制間、FPSO的機泵艙常采用氣體滅火系統進行保護。根據“蒙特利爾公約”，海上油田早已淘汰鹵代烷滅火系統。正在服役的海上生產設施常采用二氧化碳滅火系統、七氟丙烷滅火系統。IG541滅火系統與七氟丙烷系統基本相似且在海上油田應用較少，不再單獨列出。以某原油發電機房（房間體積為1 176 m3，環境溫度15℃）為例，高壓細水霧與這些常用氣體滅火系統在工程方面對比如表2所示。

表2 高壓細水霧系統與氣體滅火系統對比

續表

3.2 高壓細水霧滅火系統與水噴霧滅火系統比較

除海上油田動力模塊外，高壓細水霧還能對人員集中的生活模塊進行保護。以90人生活樓（生活樓為36.7 m×14 m，四層）為例，對其分別用高壓細水霧及水噴霧滅火系統保護，兩者工程主要方面對比如表3。

3.3 高壓細水霧系統流程圖及控制框圖

高壓細水霧系統流程圖見圖1。

表3 高壓細水霧系統與水噴霧系統對比

圖1 高壓細水霧系統流程圖

高壓細水霧系統控制框圖如圖2所示。

圖2 高壓細水霧系統控制框圖

該系統具有自動、手動、機械應急手動三種啟動方式。當探測器探測到防護區火情時，火災報警控制器輸出信號啟動高壓泵組、分區控制閥、噴頭噴放實現滅火。若火災蔓延至另一防護區，火災報警控制器可再輸出信號，打開該防護區的分區控制閥，實施滅火。

4 需考慮的問題

通過上述與海上油田常用滅火系統比較，高壓細水霧系統有很多優點。但筆者認為應對其進行更為全面合理的認識，并需考慮以下問題：

（1）系統設計方面。系統設計應按 Darcy-Weishach公式計算。其噴頭的設置間距、與墻體的距離、距障礙物的距離以及與吊頂的距離應根據各種噴頭的特性而定［4］。系統重要設備高壓水泵應考慮備用，且系統供電應保證兩路供電，即主電源和應急電源供電。

（2）局限性。由于高壓和噴嘴的作用噴出細水霧，因此為避免噴嘴堵塞，系統對水質要求較高。對于海上油田，應向系統提供兩路水源，即淡水水源和海水水源，但不論何種水源，水質均應滿足系統要求。因此，不同海域，海上油田對于水質的預處理也不同。設計者應從整個油田開發規模及成本選取適合該油田的滅火系統。此外，細水霧系統多應用于封閉空間，如機泵艙、發電機房、生活模塊等，雖然實驗表明該系統可用于戶外工藝設備，但考慮到目前尚未出臺相應的規范，且海上環境惡劣，實際噴放效果有待進一步確認。

5 結 論

海上環境存在諸多挑戰。在船舶和石油平臺設計中，空間和重量的限制是個大問題。隨著國內海上油田逐步走向深海，人員集中、設備集中，使得對海上人員及環境的安全要求更加嚴格。細水霧滅火系統的清潔、高效、環保及在空間和重量上的優勢預示著其廣闊的應用前景。我們應根據海上油田的實際情況深入研究，使細水霧滅火系統更有效地服務于海上油田。

［1］劉志，楊欣，馬建民.細水霧——21世紀的綠色消防技術［J］.給水排水，2007，增刊，33：171-177.

［2］郭虎城.高壓細水霧滅火系統在石化企業熱油泵區的應用［J］.消防科學與技術，2011，30（1）：52-54.

［3］龍蕓.細水霧滅火系統現狀及其應用［J］.消防技術與產品信息，2004（12）：63-67.

［4］張峰.淺談細水霧滅火系統［J］.消防科學與技術，2006，25（3）：39-40.

［5］NFPA 750，Standard on water mist fire protection system［S］.Standards Council，NPFA，1Bayyetymarch Park，P.O.Box 9101，Quincy，MA 02269-9101.