气溶胶灭火系统在海上平台的应用
来源：未知作者：气溶胶系统厂家 发布时间：2017-12-27 14:41:05 点击： 0
重点介绍了气溶胶灭火系统的分类及特点,并与几种常见气体灭火系统进行了比较。通过分析比较,阐述了气溶胶灭火系统应用在海上平台电气房间的可行性。以绥中36 - 1油田Ⅰ期调整项目中WHPJ 平台的改造为例,详细介绍了气溶胶灭火系统的计算过程。根据计算的结果,并结合其他几个工程案例,指出气溶胶灭火系统适宜应用在新建的简易井口平台或者平台的改造项目中。
随着海洋石油事业的不断发展壮大,安全生产问题已经越来越引起人们的普遍关注。海洋石油平台消防安全系统设计的合理性,是安全生产的重要保证和前提。
目前,海上平台的各电气房间主要包括主开关间、主变压器间、中控室、应急开关间、电池间、电潜泵控制间、电潜泵变压器间等。考虑到这些电气房间放置有大量的精密仪器、仪表和贵重的电气设备,通常将这些房间集中布置。对这些房间一般采用全淹没式气体灭火系统进行保护。
气体灭火系统在海上平台电气房间的应用经历了一个不断发展的演变历程。20 世纪70、80 年代平台上的各电气房间普遍使用哈龙1211、1301等卤代烷灭火剂进行保护,但是随着《蒙特利尔议定书》的签订,对大气臭氧层造成严重损害的哈龙灭火剂开始禁止使用,中国将于2010年完全停止使用哈龙灭火剂。作为哈龙替代物的二氧化碳灭火剂因其来源广泛、价格低廉、灭火效果好,目前大量应用在海上平台电气房间的防护上。但是二氧化碳具有冷却窒息的致命缺陷,对于经常有人值守的电气房间,如果误喷可能会对人员的生命安全带来一定的威胁。
因此,人们一直致力于寻找更为安全洁净的气体灭火剂。为了弥补二氧化碳灭火系统的不足,新建平台电气房间陆续开始采用七氟丙烷( FM200) 、烟烙烬( IG - 541) 、细水雾等气体灭火系统进行防护。但由于它们自身存在的缺点,如成本高、占地面积大、需要高压输送等,并不能完全取代二氧化碳灭火系统。而气溶胶灭火系统作为一种新型的气体消防系统,具有灭火效率高、安全环保、节省重量和空间、制造和维修成本低廉等独特的优势,可以在一定程度上弥补以上气体灭火系统的不足。
其中S型气溶胶灭火装置是目前市场上气溶胶技术的核心产品,由于其对精密仪器、电气设备等不会造成二次损害,因此在海上平台的电气房间防护方面具有独特的优势,值得大力推广和应用。
1 气溶胶、气溶胶灭火剂、热气溶胶灭火剂及分类、特点
气溶胶是指以空气为分散介质,固态或液态的微粒为分散质的胶体体系。
当气溶胶中的固体或液体微粒分散质具有灭火性质,这种气溶胶可应用于扑救火灾,我们称这种气溶胶为气溶胶灭火剂。
由氧化剂、还原剂(也称可燃剂) 、黏合剂、燃速调节剂等物质构成的固体混和药剂,在启动电流或热引发下,经药剂自身的氧化还原燃烧反应后生成灭火气溶胶,这种灭火气溶胶称为热气溶胶灭火剂。
根据热气溶胶灭火剂所采用氧化剂的不同,将热气溶胶分为K型和S型。K型热气溶胶灭火剂是指其发生剂中采用KNO3 作主氧化剂,且质量分数达到30%以上; S型热气溶胶灭火剂是指其发生剂中采用了Sr (NO3 ) 2 作主氧化剂,同时以KNO3 为辅氧化剂,其中Sr (NO3 ) 2 质量分数为35% ～50% ,KNO3 为10%～20%。
相对于K型气溶胶, S型气溶胶有以下特点:
1)采用KNO3 作辅氧化剂,使灭火气溶胶既保证了高的灭火效率和合理的喷放速度,又使KNO3分解产物的浓度控制在对精密设备产生损害的浓度以下。
2 ) 主氧化剂Sr (NO3 ) 2 的分解产物为SrO、Sr (OH) 2和SrCO3 ,这3 种物质不会吸收空气中水分,无法形成具有导电性和腐蚀性的电解质液膜,从而避免了对设备的二次损害。
3) K型气溶胶灭火剂中含有的氧化钾(K2O) ,熔点为800 ℃,正好处在灭火剂的生成反应温度区,因此造成氧化钾过多地挥发到灭火气体中,从而使灭火气体中固体微粒含量过大( 30%以上) ,且吸收空气中水分后粒径进一步增大(10μm以上) ,导致易于沉降的固体微粒数量增多,附着于设备表面干扰精密仪器的正常工作。而S型气溶胶灭火剂含有的氧化锶( SrO)熔点为2 450 ℃,远高于灭火剂生成反应温度区,不会过多挥发,因此其灭火气体中固体微粒含量少(2% )且粒径小(1μm) ,不易沉降,更接近洁净气体灭火剂。笔者将对S型热气溶胶灭火系统进行重点介绍。
2 S型气溶胶与其他常见气体灭火系统的比较
目前,海上平台电气房间常规采用的气体灭火系统包括CO2 灭火系统、七氟丙烷( FM200)灭火系统、烟烙烬( IG - 541)灭火系统等。将气溶胶灭火系统与这几种常见的气体灭火系统进行简单的比较,见表1。
从表1可以看到,从安全环保的角度出发,仅气溶胶和烟烙烬( IG - 541)对人体的毒性最小,对环境的不良影响最小。从灭火效能的角度分析,在相同体积的保护空间里,所需CO2 灭火剂与保护空间的体积比为34%, IG - 541 灭火剂为38% ,七氟丙烷为7%～10%,而S型气溶胶最低,以放气量计算只需3%左右,可见其灭火效果远远超过其他灭火剂。从系统组成的角度分析,可以看出除S型气溶胶灭火剂外, CO2、IG - 541、七氟丙烷都在高压钢瓶中压缩或液化储存,而气溶胶灭火剂为固态常压存储,省略了高压钢瓶、阀门等大量复杂的设备,也大大降低了成本。在维护上,气溶胶灭火装置每年测一次电阻即可,非常简单可靠,费用几乎为零,而不像其他气体灭火剂每年都要检测瓶体是否漏气,阀门是否正常,而且容易出现泄漏。
综上所述, S型气溶胶灭火系统相对于其他三种灭火系统而言,技术可行,经济性合理,在海上平台的电气房间防护方面具有独特的优势,值得在今后的工程实际中大力推广和应用。
3 S型气溶胶灭火系统在绥中36 - 1 Ⅰ期调整项目中的应用
绥中36 - 1 Ⅰ期调整项目包括原有J区的井口平台WHPJ的改造。在WHPJ平台新增内挂8个井槽,考虑到为平台新增电潜泵配电,需在平台上增设两个电气房间放置新增的400 V低压开关柜、电潜泵变压器及电潜泵控制盘。新增的两个电气房间分别是电潜泵变压器间和主开关间/电潜泵控制间。经过方案比选,最终确定对新增的电气房间采用独立式气溶胶灭火系统进行保护。
现以WHPJ平台新增的两个电气房间为例,简单介绍气溶胶灭火系统的计算过程。
WHPJ平台新增电气房间的尺寸(长×宽×高,m3 )如下:
电潜泵变压器间, 10. 0 ×5. 5 ×6. 0;
主开关间/电潜泵控制间, 10. 0 ×6. 5 ×6. 0。
以电潜泵变压器间为例,详细介绍选用气溶胶灭火系统的计算步骤(假设各电气房间不可封闭的非天窗开口面积为0. 45 m2 ) :
1)电潜泵变压器间净容积的计算
V = 10. 0 ×5. 5 ×6. 0 = 330 m3
2)开口面积与电潜泵变压器间内表面积比值(η) 计算
a)电潜泵变压器间内表面积(S ) 计算
S = 2 ×(10. 0 ×5. 5 + 10. 0 ×6. 0 + 5. 5 ×6. 0) = 296 m2
b)开口面积(δ) 与电潜泵变压器间内表面积比值计算
η =δ/S ×100% = 0. 45 /296 ×100% = 0. 152% < 0. 3%
3)气溶胶灭火剂用量计算
a)气溶胶灭火剂设计用量(W ) 计算[
W = C2 ×KV ×V
其中, C2 = 0. 13 kg/m3 , KV = 1. 0, 则W =42. 9 kg
b)气溶胶灭火剂流失补偿量(ΔW ) 计算
ΔW = 0 (流失补偿量防护区非封相对密度小于0. 3%时,气溶胶灭火用量按设计用量计算)
c)气溶胶灭火剂用量计算
气溶胶灭火剂用量为W 与ΔW 之和, 即为42. 9 kg。根据供应商产品规格系列,选用S型热气溶胶灭火装置10 kg /套4台, 5. 0 kg/套1台。
主开关间/电潜泵控制间的计算过程同上,计算
结果如表2所示。
如果以上电气房间采用常规的组合分配式CO2灭火系统进行防护,通过计算可知(计算过程略) ,为保护本平台各电气房间,平台上需设置一套组合分配式全淹没CO2 灭火系统,主要包括45 kg/瓶的CO2 储瓶26个,其中13瓶备用。
根据目前市场上两种灭火系统的报价,本项目中整套气溶胶灭火系统的价格在20 万～25 万之间,而集中式CO2 灭火系统的价格在40万～50万之间(此报价中不包括探测、报警、控制的费用) 。显而易见,气溶胶灭火系统的初期投资仅相当于CO2 灭火系统的50% ,在该项目中气溶胶灭火系统性价比较高,占有明显的优势。因此,WHPJ平台两个新增电气房间采用独立式气溶胶灭火系统。
气溶胶灭火系统现场安装后如图1、图2所示。
4 其他几个应用案例
除在绥中36 - 1油田WHPJ平台改造中成功地安装了气溶胶灭火系统之外,陆续在几个项目的设计中采用气溶胶灭火系统对电气房间进行保护。
案例1 在涠洲6 - 8油田开发工程项目中,涠洲6 - 8油田区块新建的简易无人井口平台上共布置有5个电气设备间,分别是电潜泵控制间、主开关间、中控室、主变压器间、电池间。对这些电气房间采用独立式热气溶胶灭火系统进行保护。目前该项目的设计工作已接近尾声,正进行气溶胶灭火系统的采办、招标工作。各电气房间的气溶胶灭火系统的配置情况如表3所示。
案例2 在涠州11 - 1E油田开发( Ⅰ期)项目中,原涠洲11 - 1平台上需要新增1个电潜泵/注水泵变频控制间。该电气房间采用两套10 kg/套的热气溶胶灭火系统进行保护。目前该项目设计工作已经接近尾声,正在进行气溶胶灭火系统的采办、招标工作。
案例3 在流花4 - 1 油田开发工程项目中,“南海挑战号”半潜式钻井/生产支持平台上新增一个脐带缆终端房间,该房间采用一套10 kg/套的热气溶胶灭火系统进行保护。目前该项目已经接近基本设计的尾声,气溶胶灭火系统的设计方案基本确定。
上面几个案例印证了之前的分析结论:
1)气溶胶灭火系统作为气体灭火方式中的一种,应用在海上平台电气房间的防护方面在技术上是成熟可行的。
2)目前,由于气溶胶灭火系统多为独立式系统,从经济性的角度考虑,更适宜应用在简易井口平台电气房间数量较少或者个别电气房间改造的场合。
5 结语
气溶胶灭火系统是目前比较新型的气体灭火技术,由于具有安全、环保、灭火效率高、安装维修简单以及经济等方面的优点,使其在海上平台电气房间的防护方面具有一定的优势,逐渐开始应用在更多的工程实践中。目前,气溶胶灭火系统无组合分配系统,对于平台上电气房间数量较多的场合,需要进行综合的技术经济比较后才能确定,设计人员在考虑设计方案阶段应该慎重。
综上,在新建简易井口平台电气房间数量较少或者平台个别电气房间改造的场合,使用气溶胶灭火系统无疑是一个合理的选择。在保证灭火效果的同时,可以有效地节省平台空间、降低项目的初期投资,节约成本。
