海上風(fēng)電場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)措施研究

吳喜

摘? 要：結(jié)合我國海上風(fēng)電發(fā)展前景、相關(guān)火災(zāi)事故案例、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、海上風(fēng)電場消防設(shè)計(jì)及技術(shù)評審實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，通過對海上風(fēng)電場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析與研究，提出了海上風(fēng)電機(jī)組和海上升壓站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控的措施建議。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電場;火災(zāi);風(fēng)險(xiǎn)防控;消防

中圖分類號：TU892? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0112-03

Abstract： Based on the practical work experience of the development prospect of offshore wind power in China， relevant fire accident cases， technical standards， and fire protection design and technical evaluation of offshore wind farms， this paper analyzes and studies the fire risk of offshore wind farms， and proposes the measures and suggestions for the prevention and control of fire risk of offshore wind turbines and offshore booster stations.

Keywords： offshore wind farm; fire; risk prevention and control; fire protection

引言

隨著海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，未來十年中國將進(jìn)入海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)階段，采用陸上、近海并重發(fā)展風(fēng)電，并開始遠(yuǎn)海風(fēng)電的示范。預(yù)測2030年全國風(fēng)電裝機(jī)量將達(dá)到4億千瓦，其中近海風(fēng)電6000萬千瓦，遠(yuǎn)海風(fēng)電500萬千瓦。我國海上風(fēng)能資源豐富，在水深不超過50米的近海海域，風(fēng)電實(shí)際可裝機(jī)容量約為5億千瓦[1]。

海上風(fēng)電機(jī)組和海上升壓站遠(yuǎn)離陸地，所處環(huán)境特殊，且電氣設(shè)備布置集中，一旦發(fā)生火災(zāi)，將影響整個(gè)海上風(fēng)電場的運(yùn)行，甚至造成人員傷亡。例如，2017年7月14日，國內(nèi)某在建海上風(fēng)電場所在海域發(fā)生強(qiáng)雷電天氣，海上升壓站一層平臺(tái)35kV電纜發(fā)生爆燃，工作人員撲救未果后組織撤離，平臺(tái)上19名工人情急下跳海求生，1人失聯(lián)。2017年8月4日，位于丹麥西部日德蘭地區(qū)Osterild試驗(yàn)風(fēng)場的一臺(tái)8MW級海上風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)起火，所幸無人員傷亡。因此，做好海上風(fēng)電場建設(shè)和運(yùn)行過程中的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控工作顯得尤為重要。

1 海上風(fēng)電場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析

海上風(fēng)電機(jī)組易發(fā)生火災(zāi)的部位包括機(jī)艙、塔架內(nèi)電纜、塔底電氣設(shè)備等;海上升壓站易發(fā)生火災(zāi)的部位包括主變壓器室、柴油機(jī)房、柴油油罐室、高低壓配電室、二次設(shè)備室、電纜夾層等。火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素主要包括電氣設(shè)備故障、電路短路、設(shè)備過載、易燃品、雷擊等，電氣設(shè)備故障是導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的主要原因[2]。另外，海上升壓站是海上風(fēng)電場的關(guān)鍵部位，一般為無人值守，在有限的空間內(nèi)布置大量電氣設(shè)備和生產(chǎn)用房，火災(zāi)發(fā)生后容易蔓延，且傳播迅速，難以得到及時(shí)滅火救援，是火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防范的重點(diǎn)區(qū)域[3]。

2 海上風(fēng)電機(jī)組消防措施

海上風(fēng)電機(jī)組距岸距離遠(yuǎn)、運(yùn)行環(huán)境惡劣，一旦發(fā)生火災(zāi)，將會(huì)面臨完全燒毀的風(fēng)險(xiǎn)，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。海上風(fēng)電機(jī)組主要由葉輪、機(jī)艙、塔架及控制系統(tǒng)等組成。風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)設(shè)備密集，齒輪箱增速機(jī)內(nèi)存有大量齒輪潤滑油，屬丙類可燃液體，當(dāng)檢修或密封不嚴(yán)時(shí)可能造成外漏，存在一定的潛在火災(zāi)隱患。而且風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙和塔筒高度一般在50m以上，常規(guī)的消防裝備無法實(shí)施滅火。因此，海上風(fēng)電機(jī)組內(nèi)推薦安裝預(yù)防性的自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)，以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠運(yùn)行。海上風(fēng)電機(jī)組消防滅火系統(tǒng)包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、滅火裝置等，主要保護(hù)場所是機(jī)艙、塔筒、輪轂，塔架底部設(shè)備等，其中機(jī)艙的火災(zāi)危險(xiǎn)性最高，是重點(diǎn)保護(hù)對象。

海上風(fēng)電機(jī)組各防護(hù)單元的火災(zāi)探測器和滅火裝置選型可參考表1、表2執(zhí)行[4]。

3 海上升壓站消防措施

海上升壓站各部位火災(zāi)危險(xiǎn)性分類及耐火分隔應(yīng)符合《風(fēng)電場工程110kV～220kV海上升壓變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》NB/T 31115的規(guī)定。海上升壓站滅火系統(tǒng)選擇宜符合表3的規(guī)定[5]。根據(jù)海上升壓站消防設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，海上升壓站滅火系統(tǒng)推薦采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、火探管式探火滅火系統(tǒng)、移動(dòng)式滅火設(shè)施、消防水炮和泡沫滅火系統(tǒng)等，并配套設(shè)置相應(yīng)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

表3 海上升壓站滅火系統(tǒng)選擇

3.1 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)具有霧滴顆粒小、滅火效果好、用水量小的優(yōu)點(diǎn)，是目前比較適合海上升壓站使用的高效滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)由高壓泵組、補(bǔ)水增壓裝置、區(qū)域閥組、不銹鋼管路、高壓噴頭、噴槍及其配件等組成[7]。

海上升壓站宜采用噴頭工作壓力不小于10MPa的高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。海上升壓站設(shè)備區(qū)宜采用開式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，開式系統(tǒng)以抑制火災(zāi)或撲滅火災(zāi)為主，閉式系統(tǒng)主要用于控制火災(zāi)，設(shè)備區(qū)存在可燃液體，火災(zāi)工況復(fù)雜危害性高，應(yīng)使用開式系統(tǒng)盡快撲滅火災(zāi)。設(shè)計(jì)參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB 50898的有關(guān)規(guī)定選用，未有規(guī)定時(shí)， 宜根據(jù)火災(zāi)模擬試驗(yàn)確定[7]。由于細(xì)水霧產(chǎn)品差異較大，一般需要火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性，如果有類似工程實(shí)例已做過驗(yàn)證也可參考其經(jīng)驗(yàn)取值。對主變壓器的防護(hù)噴頭宜采用分層布置。主變室是高大空間，主變充油量大，燃燒負(fù)荷高，火災(zāi)模擬試驗(yàn)證明對主變壓器采用分層布置噴頭，可以取得良好的滅火效果。系統(tǒng)噴霧時(shí)間參考美國消防協(xié)會(huì)《Standard on water mist fire protection systems》NFPA750的有關(guān)規(guī)定，設(shè)計(jì)噴霧時(shí)間為30min，開式系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于30s[8]。閉式系統(tǒng)的配水管道充水時(shí)間不宜大于2min。海上升壓站宜在每層設(shè)置細(xì)水霧噴槍（亦可為移動(dòng)式高壓細(xì)水霧滅火裝置）。細(xì)水霧噴槍具有良好的可操作性和滅火效果，可供救援人員使用。在水源得到保障的前提下兼作沖洗甲板工具，效果良好。

3.2 火探管式探火滅火系統(tǒng)

海上升壓站電氣盤柜室中電氣盤柜是主要的火災(zāi)危險(xiǎn)源并需要滅火保護(hù)，對該局部火災(zāi)危險(xiǎn)性高的設(shè)備優(yōu)先選用火探管式探火滅火系統(tǒng)進(jìn)行局部保護(hù)，而不必采用大型自動(dòng)滅火系統(tǒng)保護(hù)整個(gè)空間的辦法?；鹛焦苁阶詣?dòng)探火滅火裝置由裝有高效滅火劑的壓力容器、集成容器閥組、無源報(bào)警器以及能自動(dòng)釋放滅火器的火探管組成。火探管滅火劑推薦采用七氟丙烷滅火劑。七氟丙烷為清潔氣體滅火劑，無色、無味，不導(dǎo)電、易揮發(fā)、災(zāi)后無殘余，在大自然中的存留時(shí)間短，對環(huán)境基本無害。七氟丙烷滅火機(jī)理為化學(xué)滅火，滅火效率高且在一定設(shè)計(jì)濃度下對設(shè)備無毒無害，對人體損傷較小。

3.3 移動(dòng)式滅火設(shè)施

海上升壓站移動(dòng)式滅火設(shè)施主要包括干粉滅火器、二氧化碳滅火器、消防員裝備等。海上升壓站滅火器應(yīng)布置在受火災(zāi)損壞的可能性最小的位置。各層甲板配置一定數(shù)量的手提式滅火器，在有潛在著火可能性的每層甲板上，距離樓梯3m范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置2具干粉滅火器。在電氣設(shè)備集中布置的封閉區(qū)域應(yīng)設(shè)置1具二氧化碳滅火器。每臺(tái)吊機(jī)或其附近應(yīng)設(shè)置2具干粉滅火器。直升機(jī)甲板及附近配備總?cè)萘坎簧儆?5kg的干粉滅火器、總?cè)萘坎簧儆?8kg的二氧化碳滅火器。

海上升壓站滅火器的安裝應(yīng)保證在一旦著火時(shí)人員易于到達(dá)和隨時(shí)使用，應(yīng)安裝在人員可以看得見并不受阻礙的地方。手提式滅火器應(yīng)安裝在箱體內(nèi)或托架上，滅火器底部與甲板間應(yīng)有足夠距離，以防止鹽水腐蝕。

海上升壓站宜配備不少于2套消防員裝備箱，每套裝備包括防護(hù)服、消防靴、手套、頭盔、有絕緣木柄的消防斧、能連續(xù)使用3h的手提式安全燈以及30min自持式空氣呼吸器各1套。

3.4 消防水炮和泡沫滅火系統(tǒng)

對于設(shè)有直升機(jī)平臺(tái)和水消防系統(tǒng)的海上升壓站，在直升機(jī)甲板的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)消防軟管站和水/泡沫兩用炮式噴射器，保證上述設(shè)備在任何情況下足以噴射到直升機(jī)甲板的任何部位。配備1套固定式泡沫滅火系統(tǒng)，其能力按不少于6L/min·m2配置，噴灑泡沫液時(shí)間至少10min，其防護(hù)面積為以直升機(jī)總長為直徑的圓面積。

3.5 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)用于監(jiān)測海上升壓站及陸上集控中心的火災(zāi)狀況，并可根據(jù)消防要求進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，采用編碼傳輸總線制火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器應(yīng)具有通信串行口或網(wǎng)口與風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)相連，以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警信號和聯(lián)動(dòng)控制狀態(tài)信號的實(shí)時(shí)監(jiān)視。

海上升壓站設(shè)置一套火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，火災(zāi)報(bào)警控制器能夠接受來自海上升壓站內(nèi)火災(zāi)探測器的火災(zāi)報(bào)警信號，并經(jīng)海底電纜光纖通信網(wǎng)絡(luò)將火災(zāi)報(bào)警信號上送至位于陸上集控中心控制室的火災(zāi)報(bào)警主機(jī)。海上升壓站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠聯(lián)動(dòng)消防設(shè)備及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并能接受來自陸上集控中心控制室的手動(dòng)強(qiáng)制滅火和其他聯(lián)動(dòng)命令。

4 海上升壓站逃救生措施

為滿足火災(zāi)發(fā)生后人員逃生和救生需要，海上升壓站應(yīng)設(shè)置必要的逃救生設(shè)施，主要包括脫險(xiǎn)通道、標(biāo)記、警示牌和逃救生設(shè)備等[6]。

4.1 脫險(xiǎn)通道

海上升壓站各層應(yīng)至少設(shè)置兩個(gè)脫險(xiǎn)通道。每個(gè)脫險(xiǎn)通道應(yīng)便于通過并且沒有障礙，沿通道的所有出口門向逃生方向開啟，用于逃生的門的凈寬度不應(yīng)小于700mm。面積超過120m2的設(shè)備艙室，應(yīng)設(shè)置兩個(gè)逃生門，兩個(gè)逃生門之間的距離不應(yīng)小于5m。升降機(jī)不應(yīng)作為脫險(xiǎn)通道。

海上升壓變電站應(yīng)設(shè)置逃生集合站，集合站應(yīng)設(shè)在緊靠救生筏登乘站的地方。集合站應(yīng)設(shè)置在甲板上的無障礙場地，以容納該站集合的所有人員，并設(shè)置應(yīng)急照明。

4.2 標(biāo)記和警示牌

脫險(xiǎn)通道應(yīng)在包括拐彎和交叉處的所有各點(diǎn)，用位于甲板面以上高度不超過300m的照明或熒光條指示裝置予以標(biāo)識(shí)。脫險(xiǎn)標(biāo)識(shí)應(yīng)使人員能夠辨認(rèn)脫險(xiǎn)通道并易于識(shí)別脫險(xiǎn)出口。所有高壓設(shè)備附近，均應(yīng)設(shè)有危險(xiǎn)警示牌。脫險(xiǎn)通道、集合站應(yīng)有明顯標(biāo)志。

4.3 逃救生設(shè)備

海上升壓站應(yīng)至少按定員12人配備氣脹式救生筏、救生圈、救生衣、保溫救生服、拋繩設(shè)備等。氣脹式救生筏應(yīng)盡可能沿平臺(tái)甲板邊緣布置。救生圈應(yīng)至少配備2個(gè)帶自亮浮燈的救生圈，4個(gè)帶自亮浮燈和自發(fā)煙霧信號的救生圈，每個(gè)帶自亮浮燈和自發(fā)煙霧信號的救生圈應(yīng)配備一根可浮救生索。救生衣的數(shù)量為定員人數(shù)的210%，其中避難室內(nèi)配備100%，逃生集合站附近配備100%，平臺(tái)工作區(qū)內(nèi)配備10%。寒冷地區(qū)應(yīng)配備保溫救生服。拋繩設(shè)備應(yīng)存放在易于到達(dá)的地方，并隨時(shí)可用。

5 結(jié)束語

海上風(fēng)電開發(fā)呈現(xiàn)出走向遠(yuǎn)海、邁入深海的趨勢，海上風(fēng)電機(jī)組從小型化走向大型化邁入“大容量”時(shí)代，海上升壓站設(shè)計(jì)和建造技術(shù)不斷發(fā)展，新技術(shù)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，對海上風(fēng)電場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控能力也不斷提出新的要求。本文對海上風(fēng)電場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的分析研究及所采取的消防和逃救生措施僅供參考，期待海上消防技術(shù)不斷優(yōu)化持續(xù)革新，為海上風(fēng)電場的建設(shè)運(yùn)行安全提供堅(jiān)實(shí)保障。

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