水雾在海上油气设施中的适用性分析范文

本站小编为你精心准备了水雾在海上油气设施中的适用性分析参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

摘要：消防安全是海洋石油生产、作业设施的前沿生命线,在火灾初期控制火情能有效避免造成灾难性的事故,减少人员伤害和对昂贵设施设备的损坏。本文旨在通过对高压细水雾消防系统的技术特性分析,阐明该系统在海洋石油生产作业设施消防安全运用的适用性,为高压细水雾消防技术在海洋石油生产作业设施上的运用提供一定的借鉴。

关键词：消防;高压细水雾;海洋石油

1引言

海洋石油生产现场为火灾高风险场所,易造成灾难性后果,对社会和生态环境易造成严重伤害。海洋石油经国内外几十年发展,其在消防系统设计及选配上已日趋成熟。目前海洋石油生产现场一般室外采用开式自动喷水灭火系统。海洋石油生产作业设施室内电气设备用房因设备昂贵,灭火系统一般采用气体灭火系统,主要为二氧化碳及七氟丙烷灭火系统。海上油气生产设施远离陆地,受自然条件等客观因素及物流交通因素制约,实际生产运行及维护管理一直存在较大挑战,且无法避免。同样,气体灭火系统在实际运行维护中,除受上述因素影响外,由于其本身的技术特性和要求,也存在一定局限性和缺陷。经研究发现细水雾灭火系统因其独特的技术特性及与海洋石油生产的契合性,其在海洋石油生产作业设施室内电气设备用房火灾消防应用上具有较强的适用性。

2高压细水雾灭火机理及技术特性

高压细水雾灭火系统是指系统工作压力≥3.45MPa的细水雾系统,利用高压水泵或高压气体使高压水从特制喷嘴喷出,形成直径极小雾滴,喷洒到保护区域,通过冷却、窒息等作用而达到灭火和控制火灾的目的。用于消防灭火的细水雾的定义与分级,目前国际主要参照美国国家消防委员会标准NFPA750,在最小设计工作压力下,距喷嘴轴线下方1米处的平面上形成水雾粒径Dv0.99不大于1000μm[1]。高压细水雾灭火系统灭火介质为淡水,也可以采用海水,从造价成本及绿色环保等方面优于哈龙气体灭火系统。与传统水喷淋灭火系统相比,高压细水雾灭火系统具有灭火效率高、节水、水渍损失小等优点[2]。在经过大量灭火试验后西方工业发达国家将高压单相细水雾灭火系统作为一种高效环保的新消防技术,世界各地推广,尤其受到船舶消防设计者的重视,国际人命安全公约(SOLAS)规定:500吨级以上的客轮和2000吨级以上的货轮必须安装细水雾灭火系统。高压细水雾灭火系统突破了传统水基灭火系统不能灭电气火灾等局限,美国、加拿大及我国多家研究机构实验研究表明高压细水雾具有良好的电绝缘性,能有效扑灭电气火灾。火灾发生时,高压细水雾灭火系统在瞬间喷射出表面积极大的雾流进行灭火,其灭火机理是综合性的:(1)冷却。燃烧机理研究表明,大部分燃烧为可燃气受热分解产物的燃烧,多为气态。高压细水雾的冷却作用主要体现在对燃烧物表面火焰部分及对气态可燃物的冷却与吸热。高压细水雾从喷嘴喷射出来后,具有足够的动能,能穿透热气流到达燃烧火焰区及可燃物表面,瞬间蒸发,吸收大量热。研究表明,燃烧温度为1000K时,雾粒直径为100μm的细水雾蒸发时间仅为0.011秒。另外,高压细水雾通过热传导和热对流的形式大量吸收燃燃烧过程产生高温气流热量,迅速降低火场温度。(2)窒息。细水雾粒径小,比表面积大,在吸收热量后汽化形成原体积1680倍的水蒸气,最大限度的挤占空间,排斥火场的空气,且阻止外部空气进入,降低燃烧物质周围的含氧量,燃烧因缺少助燃物而受到抑制或中断。细水雾窒息作用的效果取决于水蒸气完全覆盖整个燃烧面的时间。相关研究表明,细水雾因比表面积大汽化几乎在瞬间完成,当火场温度为1000K时,不同粒径雾滴的汽化时间见表1[3]。高压细水雾雾滴粒径一般在50-200μm之间,可看出细水雾的汽化时间在0.1秒左右,甚至更短。(3)衰减辐射热。高密度的雾流进入火场后,细水雾在燃烧物区域迅速将可燃物、火焰及烟羽笼罩,形成可持续的吸热屏障,极好的阻断了辐射热,且当细水雾直径与辐射热波长在一个量级上时衰减辐射热能力最强,喷雾强度加大,衰减作用递增。除上述作用外,高压细水雾灭火还有浸湿、乳化作用,高速雾流对残余火焰有较好的吹熄作用,灭火时是几种作用并存,主要取决于冷却和窒息作用。

3高压细水雾灭火技术与海洋石油作业契合性

目前,海上油气生产设施室内电气设备用房一般采用二氧化碳或者FM200气体灭火系统,系统结构多为管网式。海上电气设备价格昂贵,在选择灭火系统时,主要灭火性能、安全可靠性、运行维护成本及环保等因素。

3.1灭火性能受导电因素影响,传统水基类灭火系统如水喷淋系统、水喷雾系统无法应用于电气火灾扑救,主要采用气体灭火系统,但对于电压高于600V的电气设备场所,二氧化碳有被击穿风险。我国在高压细水雾技术方面的研究及实际应用起步较晚,西方发达国家研究机构如NIST和NRC开展了许多细水雾抑制、扑灭电子设备火灾方面的研究,对电器的伤害极小。国际火灾安全机构对配电转换开关开展了细水雾灭火的有效性和安全性试验。试验表明高压情况下单流体喷嘴产生的细水雾在抑制、扑灭电气火灾效果显著,且不会造成电气设备的损坏,火灾结束后,对电气设备进行干燥处理,可以正常运行。高压细水雾的这一技术特性表明,在技术层面上可以替代气体灭火系统用于海洋石油电气设备用房火灾扑救。

3.2安全可靠性海洋石油生产设施造价成本昂贵,在设计时对空间的利用几尽分毫,电气设备用房的设备也想对集中,运行过程中,人员会不间断进行巡检,中央控制室需要保持人员24小时值班。那么在此类场所的灭火系统除了实现基本的灭火功能外,还需综合考虑其安全可靠性,包括对人、设备的安全可靠性。高压细水雾与CO2、FM200灭火系统安全可靠性对比详见表2。从表中可以看出:(1)按照气体灭火系统设计规范要求,CO2、FM200灭火系统应用场所应密封,或者在系统启动前关闭开口,而高压细水雾灭火系统对应用场所的密封无此严格要求,不存在因灭火剂泄露造成灭火失效。根据美国FM的研究表明气体灭火系统应用于汽轮机房时,灭火失效率高达49%,其中37%是由于灭火介质泄漏所致。此外,高压细水雾灭火介质易于获取,能连续喷放,有效防止复燃或二次火灾。(2)高压细水雾灭火系统对人和设备伤害较小[4]。(3)高压细水雾综合防灾性能更优良:细水雾比表面积大,能洗刷部分烟气、提高可见度、稀释毒气,有效改善逃生环境。(4)气体灭火系统在喷放后,系统的伺应状态受制于灭火剂,由于海洋石油平台距离陆地较远,灭火剂的运送只能依靠船舶,运输受海况影响较大。高压细水雾灭火剂为淡水,易于获取,系统能反复启动,可靠性相对较高。

3.3运行维护（1）根据《气体灭火系统设计规范》要求,气体类灭火剂的灭火浓度一般要求较高,应用场所应密封,且围护结构应至少能承压1.2KPa,这不仅在施工成本上有较高要求,在平时运行管理中也要有相应投入。高压细水雾对应用场所的密封没有此严格要求。（2）气体灭火系统系统组件中,如气瓶等压力容器需定期检验,且根据规范要求,气体灭火系统运行5年后每3年应对金属软管(连接管)进行水压强度试验和气密性试验,应对释放过灭火剂的储瓶、相关阀门等部件进行一次水压强度和气体密封性试验,试验合格方可继续使用;（3）气体灭火系统所用灭火剂泄露后,受限于海上环境补充较为困难,且灭火剂存在有效期,失效后要及时更换,成本较高。高压细水雾灭火剂为淡水,不存在类似困难。

3.4环保从灭火剂本身来看,高压细水雾不会对环境产生危害,不会污染环境,在灭火过程中不会排放温室气体,产生有害气体等,十分环保。4结论从前文分析来看,高压细水雾灭火系统作为一种高效、环保的灭火系统,其在海上油气设施室内电气设备用房灭火应用上具有很好的契合性,不仅能有效扑灭、抑制火灾,而且能减少运行维护方面的困难,有效降低生产运营成本。目前在海洋石油实际运用上,也有部分应用,如海洋石油981平台、蓬莱油气田等。高压细水雾灭火系统相关技术规范在国外已基本成熟,相关的技术难点也基本攻克,我国在2013年出台了《细水雾灭火系统技术》规范,为高压细水雾实际运用提供了设计依据。希望通过上述分析,能为高压细水雾灭火系统在海上油气设施上的运用提供一点借鉴。

参考文献: 

[3]徐晓楠．新型水系灭火剂的实验研究[J]．化工进展,2003,22(7):717-720.

作者：余世雄 单位：中海石油有限公司上海分公司