海洋石油281泡沫滅火管路設計與計算

梁舒凡　李俊來

摘要：以海洋石油281為例，介紹了海洋鉆井平臺泡沫滅火的設計原理以及管路的布置要求，旨在從泡沫滅火系統的設計、布局、計算等過程出發，確保海洋鉆井平臺泡沫滅火系統的完整、可用和有效，以期為海洋鉆井平臺的安全開發提供參考。

關鍵詞：海洋石油281；海洋鉆井平臺；泡沫滅火

0 引言

2010年4月20日，英國BP石油公司位于墨西哥灣的“深水地平線”鉆井平臺發生爆炸并引發大火，導致大量原油泄漏，給當地的經濟、海洋環境造成了無法估量的損失，其造成的生態災難至少需要數十年的時間才能消除。這次事故給我們重重地敲了一個警鐘，一個安全有效的消防系統對于海洋平臺的安全來說至關重要。海洋鉆井平臺作業避免不了與大量的油氣接觸，預防、撲滅油氣所引發的火災對于海洋平臺的研究來說是一個重要的課題，為此本文將以海洋石油281為例介紹海洋平臺泡沫滅火分類、應用和泡沫需求量的計算。

1 泡沫滅火工作原理

泡沫滅火系統主要由驅動泵、混合水源、泡沫液儲存裝置、泡沫比例混合裝置、泡沫發生裝置、泡沫混合液管道及控制閥門組成，它是通過泡沫比例混合器將泡沫液與水按比例混合成泡沫混合液，再經泡沫產（發）生裝置制成泡沫并通過流淌，覆蓋釋放到著火對象上實施滅火的系統，圖1所示是泡沫滅火系統的滅火過程示意圖。

1.1 泡沫滅火分類

按照不同的分類方法，泡沫滅火可分為很多不同的類型：

①按照滅火劑種類不同分為：化學泡沫滅火劑和空氣泡沫滅火劑。

②按照泡沫滅火劑的發泡性能的不同分為：低倍數泡沫滅火系統、中倍數泡沫滅火系統和高倍數泡沫滅火系統。

③按照噴射方式的不同分為：液上泡沫滅火系統和液下泡沫滅火系統。

④按照安裝方式的不同分為：固定式、半固定式和移動式。

⑤按照滅火范圍的不同分為：全淹沒式和局部應用式。

根據《2005海上移動平臺入級與建造規范》（以下簡稱《規范》），海洋平臺防火區域分為井口區、油、氣、水處理區、原油貯存區、通用機械區、鉆井液（泥漿）處理區、生活區、危險區，這些區域都需被泡沫滅火系統覆蓋，不同的區域可采用不同的泡沫滅火方式，或者多種滅火方式的組合，以達到最優的滅火效果。

1.2 泡沫比例混合裝置

泡沫比例混合裝置主要由比例混合器、泡沫液儲罐、控制閥門及管道組成，它是泡沫滅火系統的核心設備，其作用是將泡沫原液與水按一定比例混合形成具有理想滅火效果的泡沫混合液。

目前使用的主要是環泵式比例混合器、壓力式比例混合器和平衡壓力式比例混合器三種。

（1）環泵式泡沫比例混合器：進水管接在離心泵揚水管上，泡沫混合液出口接在離心泵的吸水管上，利用水泵吸水管的負壓和水射器的原理吸入泡沫液并混合。

（2）壓力式泡沫比例混合器：加壓水注入混合器，使水和泡沫按一定比例自動混合并輸出泡沫混合液。

（3）平衡壓力式比例混合器：配備小流量高揚程泡沫液泵和水泵，從泡沫液儲罐內吸取泡沫液，從水池或給水管道內吸水，經混合后加入泡沫消防泵的吸水管或壓水管上翻。

2 海洋石油281泡沫滅火管路系統設計

2.1 海洋石油281簡介

海洋石油281是由深圳招商重工公司為中海油能源發展公司建造，該平臺于2009年6月交付使用，在渤海灣開展生活支持、鉆井支持等多功能作業服務。平臺主尺寸為總長76m，型寬49.8m，作業水深40m。

2.2 海洋石油281泡沫滅火管路系統布局

海洋石油281泡沫滅火主要應用的區域為泥漿艙、鍋爐艙、鉆桿堆場、應急發電機房、直升飛機平臺，其中泥漿艙由于面積較廣，場地較為空曠，主要使用固定式泡沫噴頭滅火；直升機平臺位于平臺的制高點適合布置消防水炮來協助主甲板上其他區域滅火；鉆桿堆場位于室外受直升機平臺上消防水炮保護的同時布置消防栓機動滅火；鍋爐艙、應急發電機房位于室內機械設備較多不宜布置高壓的消防水炮和固定的泡沫噴頭，而應使用較為靈活的消防栓。

海洋石油281使用PHYM3/48-15壓力式泡沫比例混合裝置。

當泡沫滅火系統工作時消防泵和泡沫泵同時工作將海水艙和淡水艙中的水抽出產生壓力水流進入泡沫儲罐，將其中的泡沫壓出形成泡沫水混合液，再經過泡沫產生裝置產生空氣泡沫從輸出口輸出進入泡沫輸送管道到達消防炮、消防槍、噴頭等裝置。

用于制作泡沫的藥劑可以從甲板上的加藥口加入，位于甲板上的透氣口可以是儲存罐內的氣壓與大氣相同，使高壓水流和泡沫能夠順利進入，噴出。

整個泡沫滅火系統的原理如圖2所示

2.3 海洋石油281泡沫滅火系統泡沫液需求量計算

根據《規范》的相關標準和要求，泡沫供給速率取6.5L/min.m²，所需最大泡沫流量為：

q=泡沫供給速率×供給面積

根據所需的最大泡沫流量選取合適的消防設備，所選的消防設備的流量需大于最大要求值，這樣才能確保在火災狀況下泡沫系統可以正常工作。

由所選用的消防設備的泡沫流量通過公式：

v=所需泡沫流量×供給時間

可以得到所需泡沫的體積，因為泡沫是由泡沫劑與水按一定比例a%混合而成，故理想狀況下所需泡沫劑的體積為：

v=所需泡沫體積×a%

泡沫由低處輸往高處會有一定的高度水頭損失，在管道中流動還會有延程水頭損失，總和考慮選取一個管道余量b%，可以得出實際所需的泡沫劑的體積。

v=聯想狀況下泡沫劑體積×（1+h%）

海洋石油281泡沫滅火管路設計時，混合比例a%取3%，管道余量b%取15%。表1為海洋石油281部分場地的泡沫滅火管路計算數據：

3 結論

泡沫消防系統對于海洋鉆井平臺來說是十分重要的一個組成部分，它與海洋平臺的正常運作以及保障平臺的安全和平臺工作人員的人身安全有重要意義。根據《規范》泡沫滅火劑的總容量需根據所保護區域的甲板面積和泡沫供給率來定，還需綜合考慮泡沫與水的混合比例以及管道延程的損失量。泡沫泵的選擇應該能夠滿足泡沫消防的需要，同時還應與消防泵相并聯，互為備用。對于滅火裝置的選用與布置，分區域考慮，主甲板因面積較廣，環境開闊宜在平臺的高處固定樁上安裝消防炮消防，同時輔助設置消防槍來應對消防死角，艙內一般采用噴頭和消防槍組合的方式來實施消防。