大型LNG碼頭消防炮系統(tǒng)運行問題分析及改造

王樂

（中石化北海液化天然氣有限責任公司，廣西 北海 536000）

某大型LNG碼頭采用墩式“一字”形布置，由1個工作平臺、4個靠船墩和6個系纜墩組成，通過引橋與后方陸域銜接。該碼頭按17.5萬m3LNG船作為主力運輸船型設計。

LNG屬甲A類危險品，在-162℃會液化，一旦泄漏完全氣化，體積增大600倍，氣化后的天然氣與空氣混合，當混合濃度在5%～16%范圍內時，遇點火源，將發(fā)生火災爆炸。

LNG船通常采用燃料油作為動力， 船舶突遇惡劣天氣發(fā)生碰撞、LNG卸料臂失效時，會導致LNG、船用燃料油大量泄漏，引發(fā)環(huán)境污染、火災爆炸事故。事故發(fā)生后，能否迅速有效地啟動消防水炮和干粉炮，對控制事故起著關鍵性的作用。

1 問題分析

1.1 消防炮工作原理

碼頭設置4個消防炮塔，每座炮塔設有1臺固定式液動消防水炮，在炮塔上設有水幕系統(tǒng)。其中，工作平臺上的干粉炮和消防水炮共用1個消防炮塔，靠船墩2個消防炮塔上只有消防水炮。消防炮技術參數見表1。

遠控消防水炮時，液壓站通過防爆電機驅動液壓油箱內的油泵輸出液壓油至分配閥，再由電磁閥開啟供至液壓電機，使其旋轉帶動消防炮轉動。每臺消防炮由一個液壓站供給兩個液壓電機與一個液壓缸，每個液壓電機需要兩個電磁閥來控制出油與回油。啟動電驅液壓泵，液壓缸帶動渦桿旋轉，渦桿帶動渦輪旋轉，實現消防炮上下、左右動作。在發(fā)生火災時，對船舶、碼頭卸料臂設施噴水冷卻。

遠控干粉炮時，利用氮氣瓶組內的高壓氮氣經減壓閥減壓后，使氮氣進入干粉罐，其中一部分被送到罐的底部松散干粉滅火劑。隨著罐內壓力的升高，使部分干粉滅火劑隨氮氣進入出粉管被送到干粉炮。啟動電驅液壓泵，液壓缸帶動渦桿旋轉，渦桿帶動渦輪旋轉，實現干粉炮上下、左右動作，準確定位著火點，有效快速撲滅火源。每套干粉系統(tǒng)儲存干粉量3t，噴射時間滿足噴射60s的要求。干粉炮主要處置LNG卸料臂泄漏氣化的立體火災，需要注意的是，必須確認氣源斷掉后，方可啟動干粉滅火系統(tǒng)，否則，滅火后繼續(xù)泄漏的氣體容易形成爆炸性混合氣，發(fā)生爆炸危險。

表1 消防炮技術參數

1.2 消防炮系統(tǒng)問題分析

碼頭消防炮系統(tǒng)運行3年后，查閱消防維保記錄，統(tǒng)計了碼頭消防炮系統(tǒng)相關組件更換數量見表2。

表2 消防炮系統(tǒng)相關組件更換數量

（1）消防炮系統(tǒng)組件腐蝕嚴重。消防水炮和干粉炮的液壓驅動電機、液壓缸、橡膠液壓油管、法蘭等組件常年暴露在沿海鹽霧、雨水侵蝕、溫差很大、空氣潮濕環(huán)境中，不可避免地會遭受大氣腐蝕、溫度、紫外線腐蝕，導致設備組件腐蝕嚴重，油管老化嚴重漏油（圖1），造成消防炮俯仰角和水平回旋角轉向遲鈍或不動作。液壓電機本體也是由鑄鐵或鑄鋼材料制造的，內部因有液壓油的保護不會銹蝕，但外部較容易腐蝕，經常造成液壓電機無法正常使用。

（2）消防炮系統(tǒng)組件故障問題多。液壓系統(tǒng)電磁換向閥腐蝕嚴重或閥芯磨損或者油垢雜質卡死閥芯，經常導致?lián)Q向閥不動作（圖2）。液壓缸沒拆下來時，由于缸內液壓作用，轉不動手輪，現場拆下液壓缸，轉動手輪，部分消防炮上下、左右轉不動。經檢查發(fā)現，渦桿上的軸承生銹嚴重，導致渦輪渦桿傳動故障。另外，手輪安裝位置空間狹窄，操作手輪困難，容易延誤消防應急時機。

（3）限位方式安全可靠性不足。消防水炮采用液壓電機來驅動消防炮，液壓電機不自帶限位，需要另外設置限位。消防炮回轉限位通常采用機械限位或接近開關限位，機械限位會使液壓執(zhí)行機構壓力升高，達到一定壓力時才會停機，對液壓站的性能影響較大，液壓站需要供給3個液壓電機，每臺需要2KW的供電容量，供電功率偏大，且遠距離無法識別是否到位。接近開關限位采用隔爆型，露天安裝，元件易遭腐蝕，使用壽命不長。

圖1 液壓缸和液壓油管腐蝕

圖2 電磁換向閥腐蝕

2 改造方案

針對液控消防炮系統(tǒng)組件故障多、更換頻繁等問題，經廠家、運行等單位技術人員會診，決定將消防炮控制方式由液壓系統(tǒng)控制改造成電動執(zhí)行器控制，消防炮其他壓力、流量等技術參數保持不變。

（1）更換消防炮系統(tǒng)組件。更換后的消防水炮、干粉炮、防爆接線盒防爆等級為EexdⅡBT4，消防炮體、炮頭、接線盒等采用不銹鋼316材質，渦輪材質為青銅，蝸桿采用不銹鋼，消防設備必須持有效的經國家固定滅火系統(tǒng)和構件質量監(jiān)督檢驗中心或國家消防裝備質量監(jiān)督檢驗中心頒發(fā)的檢驗報告。

（2）優(yōu)選電動執(zhí)行器。采用3個370W隔爆型電動執(zhí)行器驅動消防炮動作，帶自停式驅動裝置，驅動電機含位置變送器、熱過載開關、行程開關、扭矩開關。內部設有可調節(jié)的限位開關，可以根據要求調整回轉角度。在執(zhí)行器上設置操作手輪，可保證消防水炮在水平±135°、俯仰±70°內任意角度開停及直流噴霧轉換的任何形態(tài)開停，可不受內部限位影響，在斷電的情況下可以機械操作消防炮動作。消防炮回轉部分采用變速齒輪的方式將其轉速變慢，可以實現超限位回轉。電動執(zhí)行器外部油漆采用耐海水侵蝕油漆，保證其使用壽命。

（3）現場改造控制柜及線路。需要現場修改控制柜，將液壓控制改為電動控制，滿足遠程控制、無線遙控控制、應急手輪操作三種操作方式。采用CAN總線方式通訊，集中控制柜給每座炮塔的驅動箱內布一路電源，每個驅動箱布置光纜供集中柜采集數據。消防炮塔每臺消防炮布3根電力電纜及1根控制電纜，從炮塔驅動箱接入消防炮本體接線盒內，供消防炮控制與供電用。

3 結語

改造前，消防炮液壓控制存在故障多、更換頻繁、維護成本高等問題。改造后，電動執(zhí)行器控制消防水炮輕巧、節(jié)能、靈活，維護成本低，安全可靠。目前，電動控制消防炮系統(tǒng)已運行1.5年，一直安全平穩(wěn)，保障了消防炮系統(tǒng)運行達到最優(yōu)。