海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)優(yōu)化

侯辰光，吳 磊，薛春芳，鄭 路，冀光峰

(1. 中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司工程建設(shè)中心 天津 300459；2. 海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司 天津 300459)

0 引 言

海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力與消防泵的揚(yáng)程有關(guān)，根據(jù)NFPA 20的規(guī)定消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力不低于消防泵的關(guān)死點(diǎn)壓力[1]，消防泵的關(guān)死點(diǎn)壓力由消防泵廠家在送審文件中提供。而實(shí)際采辦消防泵所需的時(shí)間比較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)NFPA 20規(guī)定消防泵關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程不高于泵額定揚(yáng)程的140%[1]，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)把消防泵額定揚(yáng)程的1.4倍再減去泵的安裝高度和阻力損失作為泵的關(guān)死點(diǎn)壓力，此種情況確定的設(shè)計(jì)壓力偏保守，一般在1 700～1 850 kPaG范圍內(nèi)。消防水系統(tǒng)中的雨淋閥需要有消防產(chǎn)品認(rèn)證證書，而認(rèn)證的壓力不超過1 600 kPaG，造成采辦困難。

1 海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)介紹

海上石油平臺(tái)由于空間狹小，設(shè)備布置密集，發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)疊加造成更大的損失，因此保證平臺(tái)的安全是設(shè)計(jì)須重點(diǎn)考慮的。消防水系統(tǒng)是最為有效的、使用最為廣泛的滅火系統(tǒng)，是平臺(tái)消防系統(tǒng)的重要組成部分。海上石油平臺(tái)的消防水滅火系統(tǒng)一般采用固定式自動(dòng)水噴淋滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括消防泵(電動(dòng)或柴油機(jī)驅(qū)動(dòng))、籃式濾器、穩(wěn)壓系統(tǒng)(淡水或海水穩(wěn)壓)、消防總管和主環(huán)網(wǎng)、消防軟管站、雨淋閥、噴淋頭等[2]。在設(shè)計(jì)時(shí)采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要包括《海水固定平臺(tái)安全規(guī)則》、NFPA 13、NFPA 15、NFPA 20、API RP 2030等。

2 海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)

海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力取決于消防泵出口最大壓力。根據(jù)消防泵的性能曲線，可以看出零流量工況時(shí)(關(guān)死點(diǎn))消防泵揚(yáng)程最大。圖1是消防泵的性能曲線。

確定消防泵關(guān)死點(diǎn)壓力應(yīng)先計(jì)算泵的額定揚(yáng)程，消防泵額定揚(yáng)程應(yīng)滿足平臺(tái)最不利點(diǎn)的需求，對(duì)于有生活樓的平臺(tái)，最不利點(diǎn)為保護(hù)直升機(jī)而設(shè)置消防炮，通常消防炮的工作壓力至少為700 kPaG。消防泵的額定壓力可以通過下式進(jìn)行計(jì)算[3]。

式中：P為消防泵額定壓力，kPaG；P1為消防炮工作壓力，700 kPaG；P2為消防泵吸水口到消防炮之間的靜壓，kPaG；P3為總阻力損失，包括管線摩擦阻力損失、濾器阻力損失等，kPaG。

再根據(jù)100 kPaG的壓力換算成揚(yáng)程約為10 m，把額定壓力換算成額定揚(yáng)程。

根據(jù)以上確定的消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力比較大，一般在1 700～1 850 kPaG范圍內(nèi)。表1是幾個(gè)項(xiàng)目的消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力統(tǒng)計(jì)。

表1 海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力統(tǒng)計(jì)Tab.1 Design pressure statistics of fire water system on offshore platform

3 海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化思路

雨淋閥是海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)的重要組成部分，雨淋閥的質(zhì)量好壞對(duì)消防水系統(tǒng)是否能正常工作有很大影響。因此，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)要求雨淋閥應(yīng)有消防產(chǎn)品認(rèn)證書，雨淋閥認(rèn)證的壓力為1 600 kPaG，如果消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力高于1 600 kPaG，則采辦不到符合設(shè)計(jì)要求的雨淋閥。

同時(shí)，根據(jù)NFPA 15消防水系統(tǒng)的水壓試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力加上350 kPaG，故系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力高，水壓試驗(yàn)壓力也高。

通過參考以往項(xiàng)目的設(shè)計(jì)資料、海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，以及國(guó)內(nèi)的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50219—2014《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，改進(jìn)了消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的設(shè)計(jì)思路。通過綜合采取下列措施，將海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力設(shè)置為不超過1 600 kPaG。

對(duì)于設(shè)置有柴油消防泵的消防水系統(tǒng)，柴油消防泵出口管線上的壓力安全閥(PSV)設(shè)定點(diǎn)最高設(shè)置為1 600 kPaG。

對(duì)于設(shè)置有電動(dòng)消防泵的消防水系統(tǒng)，如果關(guān)死點(diǎn)壓力超過1 600 kPaG，則在電動(dòng)消防泵出口管線上設(shè)置壓力安全閥(PSV)，且安全閥的設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為1 600 kPaG。

4 應(yīng)用推廣效果

將優(yōu)化后的海上石油平臺(tái)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的設(shè)計(jì)原則在蓬萊19-3油田1/3/8/9區(qū)綜合調(diào)整項(xiàng)目、旅大21-2/旅大16-3油田區(qū)域開發(fā)項(xiàng)目、曹妃甸11-1/11-6油田綜合調(diào)整項(xiàng)目、曹妃甸6-4油田開發(fā)項(xiàng)目、渤中19-6項(xiàng)目等渤海項(xiàng)目中進(jìn)行推廣使用，既降低了雨淋閥采購(gòu)的難度，又節(jié)約了采購(gòu)成本，同時(shí)也降低了消防水系統(tǒng)的水壓試驗(yàn)壓力，取得了良好的應(yīng)用效果?！?/p>