海洋石油281泡沫灭火管路设计与计算

    梁舒凡　李俊来

    

    

    

    摘要：以海洋石油281为例，介绍了海洋钻井平台泡沫灭火的设计原理以及管路的布置要求，旨在从泡沫灭火系统的设计、布局、计算等过程出发，确保海洋钻井平台泡沫灭火系统的完整、可用和有效，以期为海洋钻井平台的安全开发提供参考。

    关键词：海洋石油281；海洋钻井平台；泡沫灭火

    0 引言

    2010年4月20日，英国BP石油公司位于墨西哥湾的“深水地平线”钻井平台发生爆炸并引发大火，导致大量原油泄漏，给当地的经济、海洋环境造成了无法估量的损失，其造成的生态灾难至少需要数十年的时间才能消除。这次事故给我们重重地敲了一个警钟，一个安全有效的消防系统对于海洋平台的安全来说至关重要。海洋钻井平台作业避免不了与大量的油气接触，预防、扑灭油气所引发的火灾对于海洋平台的研究来说是一个重要的课题，为此本文将以海洋石油281为例介绍海洋平台泡沫灭火分类、应用和泡沫需求量的计算。

    1 泡沫灭火工作原理

    泡沫灭火系统主要由驱动泵、混合水源、泡沫液储存装置、泡沫比例混合装置、泡沫发生装置、泡沫混合液管道及控制阀门组成，它是通过泡沫比例混合器将泡沫液与水按比例混合成泡沫混合液，再经泡沫产（发）生装置制成泡沫并通过流淌，覆盖释放到着火对象上实施灭火的系统，图1所示是泡沫灭火系统的灭火过程示意图。

    1.1 泡沫灭火分类

    按照不同的分类方法，泡沫灭火可分为很多不同的类型：

    ①按照灭火剂种类不同分为：化学泡沫灭火剂和空气泡沫灭火剂。

    ②按照泡沫灭火剂的发泡性能的不同分为：低倍数泡沫灭火系统、中倍数泡沫灭火系统和高倍数泡沫灭火系统。

    ③按照喷射方式的不同分为：液上泡沫灭火系统和液下泡沫灭火系统。

    ④按照安装方式的不同分为：固定式、半固定式和移动式。

    ⑤按照灭火范围的不同分为：全淹没式和局部应用式。

    根据《2005海上移动平台入级与建造规范》（以下简称《规范》），海洋平台防火区域分为井口区、油、气、水处理区、原油贮存区、通用机械区、钻井液（泥浆）处理区、生活区、危险区，这些区域都需被泡沫灭火系统覆盖，不同的区域可采用不同的泡沫灭火方式，或者多种灭火方式的组合，以达到最优的灭火效果。

    1.2 泡沫比例混合装置

    泡沫比例混合装置主要由比例混合器、泡沫液储罐、控制阀门及管道组成，它是泡沫灭火系统的核心设备，其作用是将泡沫原液与水按一定比例混合形成具有理想灭火效果的泡沫混合液。

    目前使用的主要是环泵式比例混合器、压力式比例混合器和平衡压力式比例混合器三种。

    （1）环泵式泡沫比例混合器：进水管接在离心泵扬水管上，泡沫混合液出口接在离心泵的吸水管上，利用水泵吸水管的负压和水射器的原理吸入泡沫液并混合。

    （2）压力式泡沫比例混合器：加压水注入混合器，使水和泡沫按一定比例自动混合并输出泡沫混合液。

    （3）平衡压力式比例混合器：配备小流量高扬程泡沫液泵和水泵，从泡沫液储罐内吸取泡沫液，从水池或给水管道内吸水，经混合后加入泡沫消防泵的吸水管或压水管上翻。

    2 海洋石油281泡沫灭火管路系统设计

    2.1 海洋石油281简介

    海洋石油281是由深圳招商重工公司为中海油能源发展公司建造，该平台于2009年6月交付使用，在渤海湾开展生活支持、钻井支持等多功能作业服务。平台主尺寸为总长76m，型宽49.8m，作业水深40m。

    2.2 海洋石油281泡沫灭火管路系统布局

    海洋石油281泡沫灭火主要应用的区域为泥浆舱、锅炉舱、钻杆堆场、应急发电机房、直升飞机平台，其中泥浆舱由于面积较广，场地较为空旷，主要使用固定式泡沫喷头灭火；直升机平台位于平台的制高点适合布置消防水炮来协助主甲板上其他区域灭火；钻杆堆场位于室外受直升机平台上消防水炮保护的同时布置消防栓机动灭火；锅炉舱、应急发电机房位于室内机械设备较多不宜布置高压的消防水炮和固定的泡沫喷头，而应使用较为灵活的消防栓。

    海洋石油281使用PHYM3/48-15压力式泡沫比例混合装置。

    当泡沫灭火系统工作时消防泵和泡沫泵同时工作将海水舱和淡水舱中的水抽出产生压力水流进入泡沫储罐，将其中的泡沫压出形成泡沫水混合液，再经过泡沫产生装置产生空气泡沫从输出口输出进入泡沫输送管道到达消防炮、消防枪、喷头等装置。

    用于制作泡沫的药剂可以从甲板上的加药口加入，位于甲板上的透气口可以是储存罐内的气压与大气相同，使高压水流和泡沫能够顺利进入，喷出。

    整个泡沫灭火系统的原理如图2所示

    2.3 海洋石油281泡沫灭火系统泡沫液需求量计算

    根据《规范》的相关标准和要求，泡沫供给速率取6.5L/min.m2，所需最大泡沫流量为：

    q=泡沫供给速率×供给面积

    根据所需的最大泡沫流量选取合适的消防设备，所选的消防设备的流量需大于最大要求值，这样才能确保在火灾状况下泡沫系统可以正常工作。

    由所选用的消防设备的泡沫流量通过公式：

    v=所需泡沫流量×供给时间

    可以得到所需泡沫的体积，因为泡沫是由泡沫剂与水按一定比例a%混合而成，故理想状况下所需泡沫剂的体积为：

    v=所需泡沫体积×a%

    泡沫由低处输往高处会有一定的高度水头损失，在管道中流动还会有延程水头损失，总和考虑选取一个管道余量b%，可以得出实际所需的泡沫剂的体积。

    v=联想状况下泡沫剂体积×（1+h%）

    海洋石油281泡沫灭火管路设计时，混合比例a%取3%，管道余量b%取15%。表1为海洋石油281部分场地的泡沫灭火管路计算数据：

    3 结论

    泡沫消防系统对于海洋钻井平台来说是十分重要的一个组成部分，它与海洋平台的正常运作以及保障平台的安全和平台工作人员的人身安全有重要意义。根据《规范》泡沫灭火剂的总容量需根据所保护区域的甲板面积和泡沫供给率来定，还需综合考虑泡沫与水的混合比例以及管道延程的损失量。泡沫泵的选择应该能够满足泡沫消防的需要，同时还应与消防泵相并联，互为备用。对于灭火装置的选用与布置，分区域考虑，主甲板因面积较广，环境开阔宜在平台的高处固定桩上安装消防炮消防，同时辅助设置消防枪来应对消防死角，舱内一般采用喷头和消防枪组合的方式来实施消防。