海洋石油281泡沫滅火管路設(shè)計(jì)與計(jì)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(tái)泡沫滅火的設(shè)計(jì)原理以及管路的布置要求，旨在從泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、布局、計(jì)算等過程出發(fā)，確保海洋鉆井平臺(tái)泡沫滅火系統(tǒng)的完整、可用和有效，以期為海洋鉆井平臺(tái)的安全開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：海洋石油281；海洋鉆井平臺(tái)；泡沫滅火

0 引言

2010年4月20日，英國(guó)BP石油公司位于墨西哥灣的“深水地平線”鉆井平臺(tái)發(fā)生爆炸并引發(fā)大火，導(dǎo)致大量原油泄漏，給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、海洋環(huán)境造成了無法估量的損失，其造成的生態(tài)災(zāi)難至少需要數(shù)十年的時(shí)間才能消除。這次事故給我們重重地敲了一個(gè)警鐘，一個(gè)安全有效的消防系統(tǒng)對(duì)于海洋平臺(tái)的安全來說至關(guān)重要。海洋鉆井平臺(tái)作業(yè)避免不了與大量的油氣接觸，預(yù)防、撲滅油氣所引發(fā)的火災(zāi)對(duì)于海洋平臺(tái)的研究來說是一個(gè)重要的課題，為此本文將以海洋石油281為例介紹海洋平臺(tái)泡沫滅火分類、應(yīng)用和泡沫需求量的計(jì)算。

1 泡沫滅火工作原理

泡沫滅火系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)泵、混合水源、泡沫液儲(chǔ)存裝置、泡沫比例混合裝置、泡沫發(fā)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(jīng)泡沫產(chǎn)（發(fā)）生裝置制成泡沫并通過流淌，覆蓋釋放到著火對(duì)象上實(shí)施滅火的系統(tǒng)，圖1所示是泡沫滅火系統(tǒng)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(xué)泡沫滅火劑和空氣泡沫滅火劑。

②按照泡沫滅火劑的發(fā)泡性能的不同分為：低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)、中倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)和高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。

③按照噴射方式的不同分為：液上泡沫滅火系統(tǒng)和液下泡沫滅火系統(tǒng)。

④按照安裝方式的不同分為：固定式、半固定式和移動(dòng)式。

⑤按照滅火范圍的不同分為：全淹沒式和局部應(yīng)用式。

根據(jù)《2005海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》），海洋平臺(tái)防火區(qū)域分為井口區(qū)、油、氣、水處理區(qū)、原油貯存區(qū)、通用機(jī)械區(qū)、鉆井液（泥漿）處理區(qū)、生活區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)，這些區(qū)域都需被泡沫滅火系統(tǒng)覆蓋，不同的區(qū)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(dá)到最優(yōu)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(chǔ)罐、控制閥門及管道組成，它是泡沫滅火系統(tǒng)的核心設(shè)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(huán)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(huán)泵式泡沫比例混合器：進(jìn)水管接在離心泵揚(yáng)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(fù)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(dòng)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(yáng)程泡沫液泵和水泵，從泡沫液儲(chǔ)罐內(nèi)吸取泡沫液，從水池或給水管道內(nèi)吸水，經(jīng)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(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 海洋石油281簡(jiǎn)介

海洋石油281是由深圳招商重工公司為中海油能源發(fā)展公司建造，該平臺(tái)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(yè)服務(wù)。平臺(tái)主尺寸為總長(zhǎng)76m，型寬49.8m，作業(yè)水深40m。

2.2 海洋石油281泡沫滅火管路系統(tǒng)布局

海洋石油281泡沫滅火主要應(yīng)用的區(qū)域?yàn)槟酀{艙、鍋爐艙、鉆桿堆場(chǎng)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)房、直升飛機(jī)平臺(tái)，其中泥漿艙由于面積較廣，場(chǎng)地較為空曠，主要使用固定式泡沫噴頭滅火；直升機(jī)平臺(tái)位于平臺(tái)的制高點(diǎn)適合布置消防水炮來協(xié)助主甲板上其他區(qū)域滅火；鉆桿堆場(chǎng)位于室外受直升機(jī)平臺(tái)上消防水炮保護(hù)的同時(shí)布置消防栓機(jī)動(dòng)滅火；鍋爐艙、應(yīng)急發(fā)電機(jī)房位于室內(nèi)機(jī)械設(shè)備較多不宜布置高壓的消防水炮和固定的泡沫噴頭，而應(yīng)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(dāng)泡沫滅火系統(tǒng)工作時(shí)消防泵和泡沫泵同時(shí)工作將海水艙和淡水艙中的水抽出產(chǎn)生壓力水流進(jìn)入泡沫儲(chǔ)罐，將其中的泡沫壓出形成泡沫水混合液，再經(jīng)過泡沫產(chǎn)生裝置產(chǎn)生空氣泡沫從輸出口輸出進(jìn)入泡沫輸送管道到達(dá)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(chǔ)存罐內(nèi)的氣壓與大氣相同，使高壓水流和泡沫能夠順利進(jìn)入，噴出。

整個(gè)泡沫滅火系統(tǒng)的原理如圖2所示

2.3 海洋石油281泡沫滅火系統(tǒng)泡沫液需求量計(jì)算

根據(jù)《規(guī)范》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(jù)所需的最大泡沫流量選取合適的消防設(shè)備，所選的消防設(shè)備的流量需大于最大要求值，這樣才能確保在火災(zāi)狀況下泡沫系統(tǒng)可以正常工作。

由所選用的消防設(shè)備的泡沫流量通過公式：

v=所需泡沫流量×供給時(shí)間

可以得到所需泡沫的體積，因?yàn)榕菽怯膳菽瓌┡c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(huì)有一定的高度水頭損失，在管道中流動(dòng)還會(huì)有延程水頭損失，總和考慮選取一個(gè)管道余量b%，可以得出實(shí)際所需的泡沫劑的體積。

v=聯(lián)想狀況下泡沫劑體積×（1+h%）

海洋石油281泡沫滅火管路設(shè)計(jì)時(shí)，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(chǎng)地的泡沫滅火管路計(jì)算數(shù)據(jù)：

3 結(jié)論

泡沫消防系統(tǒng)對(duì)于海洋鉆井平臺(tái)來說是十分重要的一個(gè)組成部分，它與海洋平臺(tái)的正常運(yùn)作以及保障平臺(tái)的安全和平臺(tái)工作人員的人身安全有重要意義。根據(jù)《規(guī)范》泡沫滅火劑的總?cè)萘啃韪鶕?jù)所保護(hù)區(qū)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(yīng)該能夠滿足泡沫消防的需要，同時(shí)還應(yīng)與消防泵相并聯(lián)，互為備用。對(duì)于滅火裝置的選用與布置，分區(qū)域考慮，主甲板因面積較廣，環(huán)境開闊宜在平臺(tái)的高處固定樁上安裝消防炮消防，同時(shí)輔助設(shè)置消防槍來應(yīng)對(duì)消防死角，艙內(nèi)一般采用噴頭和消防槍組合的方式來實(shí)施消防。