電力平臺高壓細水霧與FM200 相結合的應用研究

李 津，王福沖

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油安全技術服務有限公司，天津 300450）

0 引言

某海上油田群計劃使用岸電供電，需要在海上建立電力平臺布置變電設備。火災是海上電力平臺的主要危險、有害因素。設計合理、有效的消防系統是海上電力平臺基本建設期間需要主要考慮的因素。海上平臺空間緊湊，設備發生火災后會快速蔓延，控制難度較大，且人員逃生困難，外部救援力量難以在短時間內介入。海上電力平臺火災救援以自救為主，對自動滅火系統在火災初期迅速啟動并有效撲滅火災的需求尤為突出，對系統的及時性和有效性提出了更高的要求。

1 固定式滅火系統

海上平臺應根據處所的火災性質和危險程度，有選擇地裝設固定滅火系統[1]。海上電力平臺常見的固定式滅火系統有泡沫滅火系統、水消防系統和氣體滅火系統[2-4]（表1）。

表1 海上電力平臺常見滅火設施設置

1.1 常見滅火系統

1.1.1 泡沫滅火系統

泡沫噴霧系統可以用來保護獨立變電站的油浸變壓器[5]。但在實際的大型油浸變壓器火災中，泡沫噴霧存在無法滿足變壓器滅火需求的情況[6]。

目前，CAFS 系統（Compressed Air Foam System，壓縮空氣泡沫滅火系統）作為一種新型、高效的滅火系統，在變壓器等含油設備的固定式滅火系統中廣泛應用。CAFS 系統利用泵組通過泡沫比例混合器，混合泡沫液與水產生泡沫混合液，泡沫混合液與壓縮空氣通過空氣混合器產生壓縮空氣泡沫，經管道輸送到末端釋放裝置。CAFS 系統用水量少、泡沫穩定均勻，可以有效防止復燃，滅火效能強。經有關機構的試驗，壓縮空氣泡沫噴淋系統可以快速有效地撲滅大型油浸變壓器火災[6]。

1.1.2 氣體滅火系統

氣體滅火系統是以氣體為滅火介質的滅火系統。氣體滅火系統適用于撲救電氣火災、固體表面火災、液體火災以及滅火前能切斷氣源的氣體火災[7]。海洋工程設施常用的固定式氣體滅火系統有二氧化碳滅火系統和FM200 滅火系統。

1.1.3 水消防系統

水消防系統廣泛應用于海洋工程設施的火災控制。目前，海工項目高壓油浸變壓器火災的固定式滅火裝置采用高壓細水霧滅火系統。高壓細水霧滅火系統以淡水為滅火介質，利用泵組將高壓水通過特制的水霧噴頭產生細水霧滅火，具有良好的冷卻、惰化與附加效應。

1.2 滅火系統選型分析

選擇海上設施滅火系統應考慮滅火效率、滅火劑的更換周期及對環境、人員、設備的安全性等因素[4]。

（1）CAFS 系統滅火時產生的泡沫殘留可能污染環境，泡沫析液需要時間。目前CAFS 系統在海洋工程設施應用缺乏明確的規范及設計參數，設計參數需要通過真火實驗進行論證。本電力平臺沒有采用CAFS系統。

（2）二氧化碳滅火系統的滅火效果遜于FM200 系統，滅火時釋放的二氧化碳對人有窒息作用，并且滅火劑用量的經濟性不如FM200 系統。本電力平臺擬采用FM200 滅火系統。

（3）電力海上平臺空間有限，難以布置大容量的淡水消防水箱，如果采用海水替代淡水，一旦系統啟動噴射海水將對平臺上的設施，尤其是電氣設備造成破壞。

基于以上分析，為提高自動滅火系統撲滅火災的效能，應確保滅火系統能夠在火災極早期即可啟動，減少滅火系統的相應時間，且系統的啟動應不受電氣設備運行狀態的影響。因此，平臺自動滅火系統采用淡水作為水源的水霧介質和FM200 滅火系統，具體性能及特點見表2。

表2 細水霧和FM200 滅火系統的性能及特點對比

2 變壓器火災控制

當高壓油浸式變壓器內部發生嚴重的電故障或熱故障時，會造成變壓器油熱解、變壓器內部短路，保守計算在大約1/2 周期的時間里內會產生100 mL/kJ 的氣泡[8]。氣泡主要由氫和乙炔的混合物組成，會造成變壓器內部壓力迅速增加，導致變壓器結構損壞，發生物理爆炸，大量燃易爆氣體、油霧和絕緣油從油箱內噴出。如果存在點火源，就會造成火災，并點燃漏油導致池火。如果可燃混合氣體與空氣混合，并在爆炸下限（LEL）和爆炸上限（UEL）之間遇到點火源，會發生強烈的爆炸，造成巨大的破壞。

如果采用FM200 滅火系統，當高壓油浸式變壓器發生火災后，FM200 滅火劑立即釋放變壓器房間或區域中，但其會很快消盡。FM200 滅火劑不能持續冷卻裸露的熱元素和表面，泄漏的可燃物質可能被再次點燃。由于FM200 系統無法減輕或防止可能再次著火的風險，所以不適用于高壓油浸式變壓器的火災控制。

采用高壓細水霧滅火系統，當高壓油浸式變壓器發生火災后，滅火系統的噴出細水霧在火場迅速汽化，體積急劇膨脹，吸收熱量，降低周圍環境溫度。水蒸氣覆蓋火場可以降低空氣中的氧氣濃度，防止火災蔓延并窒息滅火。高壓細水霧滅火系統適用于高壓油浸式變壓器的火災控制。

3 設計方案

本工程基于各房間設備布置情況及空間特點，設計可采用的滅火系統及類型（表3）。

表3 各房間滅火系統及類型

主變室及GIS 室由于房間高度均達到10 m，而規范規定氣體滅火系統噴頭保護高度不宜大于6.5 m，噴頭距頂面距離不宜大于0.54 m[7]。噴頭安裝高度太高或離頂面距離太大，使其難以對防護區形成全淹沒的窒息滅火條件，因此主變室及GIS 室采用細水霧滅火系統。

實驗表明，細水霧具有較強的絕緣性能，一般情況下，不會對電氣設備及電子元件造成破壞，甚至在細水霧噴射的過程中仍然可以保持正常運行；細水霧本身不會對人體產生明顯的人身傷害，也不會導電造成人員觸電傷害，因此細水霧滅火系統廣泛應用于電氣火災。

但如果二次屏柜防水性能不足，細水霧滲透進二次屏柜，有可能會在電子元件表面形成小股連續的水流，而對電子元件造成破壞。因此，在設有二次屏柜室的房間，如果二次屏柜為非防水型，采用細水霧滅火系統可能存在一定風險。電力平臺為海油生產平臺群提供電力供應，一旦無法正常供電，會影響生產平臺的主生產工藝，造成巨大經濟損失。但是對于二次屏柜來說，采用防水型設計會存在以下兩個問題：①屏柜內部散熱難以解決；②水噴霧無法進入屏柜內部滅火。

基于以上分析，平臺各房間自動滅火系統推薦配置見表4。

表4 各房間自動滅火系統配置推薦

4 結束語

泡沫滅火系統對于高壓油浸變壓器火災控制的優點和缺點都比較突出，且壓縮空氣泡沫系統設計參數缺乏明確的規定。綜合考慮各種因素，海洋工程設施的高壓油浸變壓器火災控制暫不采用泡沫滅火系統。

高壓細水霧是目前海洋工程設施高壓油浸變壓器最有效的滅火方式，FM200 滅火系統對于電氣及油類火災非常有效，但不適于高壓油浸變壓器火災控制。海上電力平臺采用高壓細水霧和FM200 滅火系統結合的滅火方式，可以經濟、有效和可靠地控制電力平臺油類及電氣火災。