淺談高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與海上油田常用滅火系統(tǒng)比較

王 蓉

（中海油能源發(fā)展股份有限公司 油建設(shè)計(jì)研發(fā)中心 天津300452）

0 引 言

海上平臺(tái)、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪（FPSO）是目前海上油田開發(fā)常用的生產(chǎn)設(shè)施。其動(dòng)力模塊，如海上平臺(tái)的大型發(fā)電機(jī)房，F(xiàn)PSO上機(jī)泵艙、加熱燃油的凈化區(qū)域、焚燒爐等動(dòng)力、電氣設(shè)施、油料及高溫?zé)嵩吹龋呛Ｉ掀脚_(tái)及FPSO上易發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn)區(qū)，因此也是滅火系統(tǒng)重點(diǎn)保護(hù)對象之一。隨著全球越來越高的安全和環(huán)境要求，更為高效環(huán)保的滅火系統(tǒng)保護(hù)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(xì)水霧系統(tǒng)與海上油田常用滅火系統(tǒng)進(jìn)行比較，認(rèn)為高壓細(xì)水霧系統(tǒng)在節(jié)水、高效、環(huán)保等方面更適用海上油田。

1 高壓細(xì)水霧滅火機(jī)理及霧徑分級(jí)

（1）冷卻作用。根據(jù)熱工學(xué)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(shù)百倍、數(shù)千倍。高壓細(xì)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(jìn)而冷卻了燃燒反應(yīng)［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(fā)，汽化后的水霧體積大約膨脹1 700倍。水蒸汽的產(chǎn)生既稀釋了火焰附近氧氣的濃度，又能阻擋外部氧氣進(jìn)入火焰內(nèi)部，從而窒息了燃燒反應(yīng)。

（3）阻隔輻射熱作用。1 L水從液態(tài)變至汽態(tài)可以吸收2 257 kJ熱量。細(xì)水霧噴入火場后，蒸發(fā)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(dá)到防止火災(zāi)蔓延的效果［2］。

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

NFPA750標(biāo)準(zhǔn)將細(xì)水霧分為三級(jí)：Ⅰ級(jí)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(zāi)；Ⅱ級(jí)水霧，Dv0.1=200 μm、Dv0.9=400 μm、適合撲滅B類易燃液體火災(zāi)、A類固體可燃物等火災(zāi)；Ⅲ級(jí)水霧，Dv0.9＞400 μm，即為一般水霧［3］。

2 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)組成及其主要特點(diǎn)

通常情況下，工作壓力為8 MPa～12 MPa的細(xì)水霧系統(tǒng)是真正意義上的高壓細(xì)水霧系統(tǒng)。以泵組式高壓細(xì)水霧系統(tǒng)為例，系統(tǒng)主要由儲(chǔ)水罐、過濾單元、高壓泵組、水霧分配設(shè)施、管道、噴嘴、報(bào)警控制單元及探測器等組成。其主要部件功能及參數(shù)如表1所示。

表1 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)主要部件及參數(shù)

3 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與海上油田常用滅火系統(tǒng)比較

3.1 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與常用氣體滅火系統(tǒng)比較

據(jù)DNV統(tǒng)計(jì)，海上設(shè)施中，發(fā)電機(jī)房起火機(jī)率最高，其次是機(jī)泵艙和海上生活模塊。目前，海上油田的動(dòng)力模塊，如發(fā)電機(jī)房、大型電氣控制間、FPSO的機(jī)泵艙常采用氣體滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)“蒙特利爾公約”，海上油田早已淘汰鹵代烷滅火系統(tǒng)。正在服役的海上生產(chǎn)設(shè)施常采用二氧化碳滅火系統(tǒng)、七氟丙烷滅火系統(tǒng)。IG541滅火系統(tǒng)與七氟丙烷系統(tǒng)基本相似且在海上油田應(yīng)用較少，不再單獨(dú)列出。以某原油發(fā)電機(jī)房（房間體積為1 176 m3，環(huán)境溫度15℃）為例，高壓細(xì)水霧與這些常用氣體滅火系統(tǒng)在工程方面對比如表2所示。

表2 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)與氣體滅火系統(tǒng)對比

續(xù)表

3.2 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)與水噴霧滅火系統(tǒng)比較

除海上油田動(dòng)力模塊外，高壓細(xì)水霧還能對人員集中的生活模塊進(jìn)行保護(hù)。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(xì)水霧及水噴霧滅火系統(tǒng)保護(hù)，兩者工程主要方面對比如表3。

3.3 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)流程圖及控制框圖

高壓細(xì)水霧系統(tǒng)流程圖見圖1。

表3 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)與水噴霧系統(tǒng)對比

圖1 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)流程圖

高壓細(xì)水霧系統(tǒng)控制框圖如圖2所示。

圖2 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)控制框圖

該系統(tǒng)具有自動(dòng)、手動(dòng)、機(jī)械應(yīng)急手動(dòng)三種啟動(dòng)方式。當(dāng)探測器探測到防護(hù)區(qū)火情時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制器輸出信號(hào)啟動(dòng)高壓泵組、分區(qū)控制閥、噴頭噴放實(shí)現(xiàn)滅火。若火災(zāi)蔓延至另一防護(hù)區(qū)，火災(zāi)報(bào)警控制器可再輸出信號(hào)，打開該防護(hù)區(qū)的分區(qū)控制閥，實(shí)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(tǒng)比較，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)。但筆者認(rèn)為應(yīng)對其進(jìn)行更為全面合理的認(rèn)識(shí)，并需考慮以下問題：

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)按 Darcy-Weishach公式計(jì)算。其噴頭的設(shè)置間距、與墻體的距離、距障礙物的距離以及與吊頂?shù)木嚯x應(yīng)根據(jù)各種噴頭的特性而定［4］。系統(tǒng)重要設(shè)備高壓水泵應(yīng)考慮備用，且系統(tǒng)供電應(yīng)保證兩路供電，即主電源和應(yīng)急電源供電。

（2）局限性。由于高壓和噴嘴的作用噴出細(xì)水霧，因此為避免噴嘴堵塞，系統(tǒng)對水質(zhì)要求較高。對于海上油田，應(yīng)向系統(tǒng)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(zhì)均應(yīng)滿足系統(tǒng)要求。因此，不同海域，海上油田對于水質(zhì)的預(yù)處理也不同。設(shè)計(jì)者應(yīng)從整個(gè)油田開發(fā)規(guī)模及成本選取適合該油田的滅火系統(tǒng)。此外，細(xì)水霧系統(tǒng)多應(yīng)用于封閉空間，如機(jī)泵艙、發(fā)電機(jī)房、生活模塊等，雖然實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)可用于戶外工藝設(shè)備，但考慮到目前尚未出臺(tái)相應(yīng)的規(guī)范，且海上環(huán)境惡劣，實(shí)際噴放效果有待進(jìn)一步確認(rèn)。

5 結(jié) 論

海上環(huán)境存在諸多挑戰(zhàn)。在船舶和石油平臺(tái)設(shè)計(jì)中，空間和重量的限制是個(gè)大問題。隨著國內(nèi)海上油田逐步走向深海，人員集中、設(shè)備集中，使得對海上人員及環(huán)境的安全要求更加嚴(yán)格。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的清潔、高效、環(huán)保及在空間和重量上的優(yōu)勢預(yù)示著其廣闊的應(yīng)用前景。我們應(yīng)根據(jù)海上油田的實(shí)際情況深入研究，使細(xì)水霧滅火系統(tǒng)更有效地服務(wù)于海上油田。

［1］劉志，楊欣，馬建民.細(xì)水霧——21世紀(jì)的綠色消防技術(shù)［J］.給水排水，2007，增刊，33：171-177.

［2］郭虎城.高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在石化企業(yè)熱油泵區(qū)的應(yīng)用［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2011，30（1）：52-54.

［3］龍蕓.細(xì)水霧滅火系統(tǒng)現(xiàn)狀及其應(yīng)用［J］.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2004（12）：63-67.

［4］張峰.淺談細(xì)水霧滅火系統(tǒng)［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，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.