高压细水雾在电力平台应用的优缺点解析.pdf

79第9 期高压细水雾在电力平应用的优缺点解析李津，李海学？，孟凡磊？（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津，3 0 0 459)(2.中海油安全技术服务有限公司，天津，3 0 0 450)摘要绿色低碳、安全环保、灭火性能好是高压细水雾系统突出的优点，因此，高压细水雾系统已广泛应用于档案馆、医院、数据控制中心、大型厂房等陆上领域，我国部分海洋石油平台已采用高压细水雾灭火系统来保护平台电力设备。本文通过与FM-200气体灭火系统对比，分析高压细水雾灭火系统的优劣势，为海洋电力平台选取合适的消防系统提供依据。关键词】高压细水雾系统；FM-200气体灭火系统；电力平台；消防引言进入二十一世纪以来，我国对石油天然气的需求不断增长，海洋石油天然气工业勘探开采不断发展，为了满足海洋油气平台的正常运转，传统的海洋油气平台常采用原油、伴生气的自备透平发电机组进行海洋平台独立供电。而随着油气田开发规模越来越大，电力负荷不断增加，传统发电导致不断增加的碳排放与当前绿色低碳为主导风向的经济发展模式和生产生活方式的矛盾日益突出。因此，岸电工程逐步引入海洋油气平台，将海洋油气田由原来孤岛电网的分散电源点供电变为由岸电电力动力平台与原海上透平发电机组的联合供电，此举将大大减少因发电机组故障导致油气田停产的风险，同时可有效减少海洋平台发电机组发电产生的氮氧化物、硫氧化物和二氧化碳气体的排放。当前，电力平台的防火安全越来越被重视，灭火迅速高效、对电力设备损害小、对环境友好无污染等被放在首要位置。由于高压细水雾灭火系统具有高效的灭火能力、安全性、环保无污染性、对电力设备损害小且用水量少，在海洋石油电力平台有着良好的应用前景。本文通过对比分析某海洋石油电力平台不同消防系统，解析高压细水雾灭火系统在电力平台应用的的优缺点，为海洋电力平台选取合适的消防系统具有指导意义。1海上平台常用的灭火系统1.1FM-200气体灭火系统FM-200气体灭火系统常采用七氟丙烷作为灭火药剂，是一种在陆上海上各领域应用较为广泛的气体灭火系统，具有不导电、无味、无污染的优势，可以有效消灭火灾，且效果显著，灭火过程中几乎不留残余物。（1）F M-2 0 0 气体灭火系统的组成FM-200气体灭火系统是由储气瓶组、驱动瓶组、控制阀、容器阀、单向阀、选择阀、喷头、探测器、手动释放装置、自动控制系统装置和紧急报警装置等部件组成。常采用电气自动控制、电气手动控制和机械应急手动控制。（2）F M-2 0 0 气体灭火的原理FM-200灭火气体采用物理的和化学相结合的方式快速高效地去除热能，阻止火灾的发生，防止火灾蔓延。气体在化学反应过程中释放游离基，隔断燃烧的连锁反应；气体分子汽化阶段能迅速吸收热量，降低火焰温度。（3）F M-2 0 0 气体灭火系统的性能特点灭火速度快、效率高。FM-200气体灭火系统喷放时间小于1 0 s，其灭火药剂设计灭火浓度低，对于配电室和发电机房等防护区浓度仅为9%2。洁净。FM-200气体灭火系统尤其适用于图书档案、重要文件资料、通信机房、电子计算机房等区域，对被保护的物品无损害，灭火后几乎无残留物。作者简介：李津，（1 9 7 6-），汉族，山东青岛人，本科学历，毕业于长江大学机械设计制造及自动化专业，任职于中海石油（中国）有限公司天津分公司，主要负责工艺安全管理。-80-2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备环保。FM-200灭火气体释放后不含粒子残渣物，对大气臭氧层的耗损潜能值ODP=02,对大气臭氧层无破坏作用，大气中存留寿命ALT=31(年），满足当前环保要求。1.2高压细水雾系统高压细水雾系统最早与二十世纪9 0 年代进入我国，由于其经济适用、安全可靠、低碳环保等诸多优点，在陆上各领域逐渐被广泛使用。(1)高压细水雾系统的组成高压细水雾系统主要由高压细水雾主泵、水箱、液位控制器、控制阀组、泵组控制柜、稳压泵、压力传感器、过滤器、安全泄压阀、试水阀、细水雾喷头、不锈钢管路等组成。设备使用综合寿命达到3 0 年以上。系统的启动方式应包括：远程自动启动；远程手动启动；本地手动启动；保护区门口手动。(2）高压细水雾系统灭火原理高压细水雾系统的灭火原理主要包括冷却、室息、隔绝热辐射三个因素。这三个因素相辅相成、互相作用，从而实现控制、抑制和扑灭火灾。冷却。高压细水雾经喷头喷出后形成直径小于40 0 um3的水雾滴，水雾滴受热后迅速汽化，吸收大量热量，使可燃物周边温度迅速降低，从而起到了灭火的作用。当细水雾浸湿火源附近未被点燃的区域，也可以有效地预防火势的进一步蔓延。室息。水雾滴受热汽化过程中产生的大量水蒸气，使火焰附近空气中的氧气浓度迅速降低，从而抑制了燃烧速度，起到了室息的作用。隔绝热辐射。水雾受热汽化过程中产生的大量水蒸气将火焰包围，有效隔断火焰辐射热，阻止了火势的蔓延。（3）高压细水雾系统的灭火特点通过分析高压细水雾系统的灭火原理，可以看出高压细水雾系统主要有以下特点：1）汽化迅速，降温迅速。2）不断形成大量水蒸汽，持续稀释火焰附近氧气浓度，抑制和防止火灾复燃。3）隔绝火焰热辐射，从而有效控制火场。4）水雾滴直径小，电阻大，可用于带电设备场景。5）用水量少，而且不产生明显水渍。6）水雾滴在高温燃烧环境中不会反应产生有毒物质，对人体没有损害，对环境没有污染。2某海上电力平台GIS室不同消防保护系统的对比分析2.1FM-200气体保护系统通过选取某海上项目电力平台2 2 0 KV/110KVGIS室消防保护系统进行分析，假如对该GIS室采用FM200气体保护系统进行保护，根据设计图纸，该房间面积为S=215.05*2m，高度1 2 m，房间容积为51 6 1.2 m，每瓶填充8 5kg药剂的情况下，一共需要七氟丙烷灭火瓶组42 瓶。针对这种大型房间，气体灭火保护系统通常还需要备用气瓶，来保证灭火系统的可靠性和均衡性，因此，采用FM200气体保护系统对该GIS室进行灭火时，需要配置的气瓶组数量大于42 瓶。2.2高压细水雾系统假如对该GIS室采用高压细水雾系统进行保护，根据设计图纸，GIS室房间面积为S=215.05*2m，喷头布置间距不超过2.8 7 m，采用正方形均衡布置，GIS室一共需要46 个喷嘴，用水量计算如下5.单个喷嘴流量：g=K10.p=1.55xV1010.0=15.5L/min系统设计流量：77Qi=qi=4615.5=713L/min;1-1系统理论用水量：W=Qjt=71330=21390L;式中：流量系数K=1.55，喷嘴最小工作压力P=10.0MPa，通常一次持续灭火时间t=30min。因此，采用高压细水雾系统对该GIS室进行灭火时，系统理论用水量为2 1.3 9 m。2.3高压细水雾系统优缺点2.3.1高压细水雾系统的优点通过对海上某电力平台GIS房间使用高压细水雾系统和FM200气体保护系统分析对比，不难发现，高压细水雾系统具有以下优点：（1）灭火介质成本低。高压细水雾系统用水量少，一次灭火通常仅需要2 1.3 9 m淡水；而采用FM200气体系统则需要42 瓶气体，所用淡水的成本远远小于FM200系统气体。（2）对电力设备损伤小。该项目使用XSW-T1.2/10型细水雾喷头，喷头雾滴直径整体DV0.565um，D V 0.9 1 0 0 u m，释放时水雾滴-81第9 期李津等高压细水雾在电力平台用的优缺点解析直径小，雾化效果好，高压下直径仅为亚百微米级，水雾滴可以长时间地在空中悬浮，水渍损失小，对电力设备的影响很小；而FM200气体系统在灭火过程中由于高温可能会产生氟化氢，具有一定的腐蚀性。图1 高压细水雾喷头（3）吸热、阻隔辐射热及除烟尘性能。亚百微米级直径的水雾滴受热迅速汽化、快速吸热降温，大量水蒸气阻隔辐射热，同时吸附烟尘，能够安全高效的消除火灾；而FM200气体系统不具有快速吸热、阻隔辐射热及除烟尘性能。（4）电气绝缘性好，安全环保。高压细水雾喷头释放的水雾滴由于极小的直径，细水雾的击穿电压与空气接近，因而电气绝缘性好。水源为淡水的高压细水雾对人体没有伤害，而且雾化的水雾滴可以吸附火灾处所产生的烟尘，溶解CO、CO2、NO x、S O,等物质，对工作人员具有保护作用；而FM200气体系统，灭火气体释放后对工作人员存在室息的风险，且在灭火过程中由于高温作用会产生氟化氢，对人体具有一定的损害，因此在灭火系统动作释放之前工作人员必须撤离至安全地点 4。（5）体积小，占用平台空间小。高压细水雾系统高压泵组由水泵基础支架、高压主泵备用泵及电机、稳压泵、减振装置、阀门、过滤器、各种连接件、配件等部分组成，采用一体化设计，占地面积仅2 m左右；而FM200气体系统的瓶组储存室、管路系统、控制系统占用平台空间大，同时需要保留有操作和维护空间，进一步占用平台空间。图2 高压细水雾系统一体化高压泵组（6）日常维护安全、简单。高压细水雾系统日常主要的工作为定期启动测试，使用维护安全、简单；而FM200气体系统涉及高压储气装置、高压气体输送管路，需定期由专业人员进行维护和检验，专业性较强，成本较高。如：每半年称储瓶重量，每年检查检漏装置的示值灵敏度，每年维护检查系统的各主要部件，每五年对系统和储气瓶、阀件、管道及高压软管进行强度试验、气密性试验、动作功能试验等。2.3.2高压细水雾系统的缺点通过对海上某电力平台同一电气房间使用高压细水雾系统和FM200气体保护系统进行对比分析，比FM200气体系统相比，高压细水雾系统具有灭火介质成本低、安全环保、对电力设备损伤小、日常维护简单等特性。同时，高压细水雾系统也有如下缺点：（1）该海上电力平台高压细水雾系统喷头型号XSW-T1.2/10，工作压力范围1 0.0 1 2.0 MPa，流量特性系数1.55，内设过滤网，过滤网孔径为100目以上，因此对水源水质要求较高，否则易造成喷头堵塞，降低喷雾灭火性能，还会对喷头造成损坏。（2）高压细水雾灭火系统建设投资费用较高。要想充分发挥高压细水雾灭火系统的工作效能，就需要有速度快、穿透力强的水微粒和良好的水雾发散能力，因而对水雾喷嘴和管网的材质要求较高，该海上电力平台高压细水雾系统喷嘴、增压泵泵体、泄压调节阀、管路、电磁阀、822023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备压力变送器、接线箱/盒、压力表、控制盘、选择阀、滤网及滤器材质均为不锈钢3 1 6 SS材质，所以细水雾系统在造价方面较昂贵。（3）系统维护难度大。高压细水雾系统通常接入淡水水箱，且定期测试确保喷雾系统正常，当喷头上有异物时需及时清除。而在海洋石油电力平台，通常还需要采用海水系统作为备用水源，紧急情况下使用海水后，需要对整个系统进行彻底清洗，系统维护难度大。图3 高压细水雾系统不锈钢3 1 6 SS材质管路表1 高压细水雾与FM-200气体灭火系统性能比较性能高压细水雾FM-200对大气环境影响无影响有影响对电力设备影响影响很小灭火时高温会产生氟化氢，具有腐蚀性灭火二次损失用水量极小，水渍损失小，几乎无二次损失灭火产生的腐蚀性物质会造成二次损失通常有淡水水箱供水，同时有海水作为备用水源，可灭火可持续性灭火介质储备量受限，不能重复持续灭火重复启动持续性灭火有无毒性无毒有毒，热态下产生氟化氢物质吸热、阻隔辐射热及除具有较强的吸热、辐射热阻隔，且可以吸附火灾场所不具有吸热、阻隔辐射热及除烟尘能力烟尘的烟尘、降低氮氧化物、硫氧化物和CO2和CO浓度人员疏散的计划及时间有消除烟尘和降低氮氧化物、硫氧化物和CO2和CO浓灭火时高温作用会产生，因此在灭火系统动要求度的能力，工作人员可处于细水雾喷放的空间作释放之前工作人员必须撤离至安全地点可用于封闭区域也可用于开放区域，可替代气体灭火适用性仅适用于封闭的区域系统系统具有高压储气瓶组、高压驱动瓶组和泄维护和可操作性使用维护简单，只需定期启动测试露问题，需定期进行检测维护，专业性强，技术要求高3结语通过对某海上电力平台GIS室的消防系统进行分析，高压细水雾灭火系统具有高效的灭火性能，安全环保，对设备损害小，日常维护简单，维护成本低，平台空间占用小等诸多优点；但同时也存在着水质要求高、造价昂贵的缺点。总体来看，在建设环境友好型、资源节约型社会的大背景下，高压细水雾灭火系统在海洋石油电力平台具有广阔的应用前景。参考文献1苏幼明，吴凡，吴承川等.高压细水雾系统在海洋平台的设计与应用 石油和化工设备，2 0 1 6，1 9:6 4-6 82GB50370-2005，气体灭火系统设计规范 S3GB50898-2013，细水雾灭火系统技术规范 S4 NFPA750StandardonwatermistfireprotectionsystemS.StandardsCouncilNPFA,2006.5 IMO MSC.1/Circ.1387,IMO MSC/Circ.1165,MSC.1/Circ.1237,MSC.1/Circ.1269收稿日期：2 0 2 3-0 4-1 1 修回日期：2 0 2 3-0 7-2 7