海上平臺(tái)被動(dòng)防火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

高曉蕾(中海油研究總院,北京 100028)

一般而言，被動(dòng)防火系統(tǒng)還需要與主動(dòng)防火系統(tǒng)配合使用。由于被動(dòng)防火系統(tǒng)自身不存在滅火功能，所以被動(dòng)防火系統(tǒng)不具備自我保護(hù)的能力，火災(zāi)發(fā)生一定時(shí)間以后被動(dòng)防火系統(tǒng)會(huì)失去作用。如果火災(zāi)過(guò)大或持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，被動(dòng)防火系統(tǒng)已經(jīng)消耗殆盡，則該系統(tǒng)的防護(hù)功能失去效果，保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)施與火焰直接接觸發(fā)生損壞。

1.海上平臺(tái)被動(dòng)防火系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)要求

在明確防火等級(jí)的前提下，如果海上平臺(tái)發(fā)生火災(zāi)，被動(dòng)防火系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生后的一定時(shí)間內(nèi)需要滿足三個(gè)方面的要求：

1.1 穩(wěn)定性要求：在直接面對(duì)火災(zāi)或者是爆炸時(shí)，被動(dòng)防火系統(tǒng)必須具備承受和抵擋爆炸作用力的能力，為控制火勢(shì)和撤離創(chuàng)造寶貴的時(shí)間。

1.2 完整性要求：不僅需要對(duì)爆炸產(chǎn)生的作用力進(jìn)行抵擋，還需要對(duì)燃燒產(chǎn)生的有毒氣體和熱量進(jìn)行有效的阻隔，以免發(fā)生不必要的意外。

1.3 隔熱性要求：要求被動(dòng)防火系統(tǒng)設(shè)施必須具備較高的隔熱性，將原始溫度作為比較對(duì)象，火災(zāi)發(fā)生時(shí)被動(dòng)防火系統(tǒng)設(shè)施背火位置的溫度應(yīng)在規(guī)范的要求的限度內(nèi)。

2.海上平臺(tái)被動(dòng)防火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)防火墻的設(shè)計(jì)

在海上平臺(tái)中，防火墻是十分重要的分隔防火設(shè)施，根據(jù)平臺(tái)區(qū)域的不同等級(jí)，所使用的防火墻等級(jí)也是不相同的，防火墻的等級(jí)主要分為A級(jí)和H級(jí)兩種。這兩種等級(jí)防火墻的區(qū)別主要有兩個(gè)方面，第一是耐火完整性存在一定的差異，A級(jí)防火墻在火災(zāi)發(fā)生時(shí)阻斷熱量、煙氣的有效時(shí)間為1h，而H級(jí)防火墻的有效時(shí)間則為2h，因此H級(jí)防火墻的耐火性能較強(qiáng)，適合在平臺(tái)中的重要區(qū)域中使用；第二是在對(duì)這兩種防火墻耐火實(shí)驗(yàn)時(shí)所選材料存在一定差別，A級(jí)防火墻耐火實(shí)驗(yàn)選取纖維材料燃燒產(chǎn)生的火焰，溫度上升的速度比較緩慢，溫度上升到1093℃所需時(shí)間為4h，而H級(jí)防火墻選取烴類(lèi)燃燒產(chǎn)生的火焰，溫度上升速度極快，溫度上升到1093℃所需時(shí)間僅為5min。通過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)得知，H60型防火墻具有很長(zhǎng)的耐火時(shí)間，是相同條件下A60型防火墻的6倍左右，因此在氣田平臺(tái)等危險(xiǎn)性較高的氣田平臺(tái)中，通常使用H60型防火墻。

2.2 平臺(tái)防爆墻的設(shè)計(jì)

海上平臺(tái)的空間有限，如果天然氣發(fā)生泄露，就會(huì)在平臺(tái)上迅速集結(jié)組成氣團(tuán)，當(dāng)遇到明火或環(huán)境溫度較高時(shí)，會(huì)發(fā)生爆炸。為了有效減少爆炸的危害，相關(guān)工作人員還需結(jié)合平臺(tái)的實(shí)際情況建立適宜的防爆墻。

2.2.1 為了準(zhǔn)確獲取爆炸壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)平臺(tái)實(shí)施爆炸預(yù)測(cè)分析，常規(guī)的分析軟件有FLACS等，分析的主要內(nèi)容包括氣體擴(kuò)散模擬、爆炸超壓模擬等。

2.2.2 結(jié)合上述分析結(jié)果，針對(duì)可燃?xì)怏w的泄露幾率和被點(diǎn)燃的可能性，制定該平臺(tái)的爆炸超壓概率方程和曲線。根據(jù)曲線和方程的內(nèi)容涉及該平臺(tái)的防爆墻。

2.3 平臺(tái)防火涂料的設(shè)計(jì)

2.3.1 防火等級(jí)

對(duì)于海上平臺(tái)而言，火焰通常是由碳?xì)浠衔飿?gòu)成，平臺(tái)中鋼材框架的防火等級(jí)主要有三種形式，分別為H級(jí)、噴射火焰的實(shí)際強(qiáng)度以及平臺(tái)承重結(jié)構(gòu)。將傳統(tǒng)的平臺(tái)作為主要研究對(duì)象，在設(shè)計(jì)其被動(dòng)防火平臺(tái)時(shí)，通常選噴射火焰的實(shí)際強(qiáng)度當(dāng)作防火涂料設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的防火級(jí)別，結(jié)合實(shí)際情況選取合適的防火涂料。在海上平臺(tái)中，存在大量的天然氣或者是原油等易燃易爆物，如果發(fā)生泄露后果將十分嚴(yán)重，泄漏點(diǎn)在點(diǎn)燃以后，火焰會(huì)呈噴射狀。噴射火焰會(huì)產(chǎn)生大量的熱輻射，并在一定時(shí)間后失效，因此通常將這兩種因素作為衡量其強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)表明，若泄漏點(diǎn)噴射火焰的熱輻射超過(guò)了250kw/m2時(shí)，火焰會(huì)使平臺(tái)中的大部分鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形或者是損壞，所以海上平臺(tái)在設(shè)計(jì)防火涂料時(shí)經(jīng)常將250kw/m2作為標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

2.3.2 防護(hù)范圍及對(duì)象

防火涂料通常需要附著在鋼鐵結(jié)構(gòu)上，根本目的就是增強(qiáng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的整體耐火性，在海上平臺(tái)中主要的鋼鐵結(jié)構(gòu)有工字鋼大梁及總體承重結(jié)構(gòu)，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，防火涂料會(huì)阻礙火焰與鋼鐵直接接觸，降低了鋼鐵升溫的速度，以免其迅速升溫產(chǎn)生的變形或損壞。在對(duì)防火涂料的防護(hù)范圍進(jìn)行界定之前需要對(duì)目標(biāo)平臺(tái)實(shí)施爆炸模擬分析，從而準(zhǔn)確劃分熱輻射等級(jí)在250kw/m2以上的位置，根據(jù)該位置的實(shí)際情況，確定需要涂覆防火涂料的鋼鐵結(jié)構(gòu)。防火涂料的選擇過(guò)程中，不僅需要考慮耐火等級(jí)，還要確保該涂料可以抵抗一定時(shí)間。

3.結(jié)語(yǔ)

在海上平臺(tái)中，火災(zāi)是極易發(fā)生的危險(xiǎn)事故，如果事故控制的效果不佳甚至?xí)蛊涑霈F(xiàn)災(zāi)難性的破壞，不僅會(huì)造成大量的人員傷亡還有可能造成原油的大面積泄露。因此，海上平臺(tái)被動(dòng)防火系統(tǒng)是極其重要的，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，選取適宜的防火設(shè)施，同時(shí)與主動(dòng)防火系統(tǒng)進(jìn)行充分的配合，從而將火災(zāi)對(duì)海上平臺(tái)的危害控制在最低的限度。

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