許曉麗，毛偉志，蔡 濤，楊偉欣，孟繁星

(海洋石油工程股份有限公司 設計院，天津 300451)

0 引 言

從2014年下半年以來，原油市場嚴重供大于求，國際原油價格出現(xiàn)斷崖式下跌，從112美元/桶，最低跌至26美元/桶。從2015年至今，全球油氣價格持續(xù)低迷。面對困難局面，如何更加有效地降本增效，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，將成為克服目前困境的關(guān)鍵。消防水系統(tǒng)作為保護平臺生產(chǎn)及人員、設備安全的重要組成部分，在保證其功能效果并滿足規(guī)范要求的前提下，如何進行設計優(yōu)化以降低成本就顯得尤其重要。

1 消防水系統(tǒng)簡介

1.1 消防水系統(tǒng)組成及設計

海上平臺消防水系統(tǒng)主要由消防泵、消防水過濾器、消防主環(huán)網(wǎng)、穩(wěn)壓設施、噴淋系統(tǒng)、消防軟管站和國際通岸接頭等組成[1]。

1.1.1 消防泵

為保證消防系統(tǒng)安全可靠運行，消防泵應考慮100%備用，且應由兩種相互獨立的動力源驅(qū)動[2]。為防止海生物在泵吸入口聚集，堵塞泵吸入口，需在泵吸入口加設防海生物裝置。

1.1.2 消防水過濾器

消防水過濾器是為了過濾海水中的泥沙、顆粒物、雜質(zhì)等物質(zhì)，從而保證消防水噴頭不被堵塞。

1.1.3 消防主環(huán)網(wǎng)

消防主環(huán)網(wǎng)通常設計成環(huán)路，消防水可從兩路向同一區(qū)域供水，并且在主環(huán)網(wǎng)上設置多個隔離閥進行隔離，從而確保一個消防區(qū)域內(nèi)的消防設施不同時失效。

另外，在主環(huán)網(wǎng)上應至少配置1個符合《國際海上人命安全公約》規(guī)定的國際通岸接頭，接頭的位置應方便與救援船連接[3]。

1.1.4 穩(wěn)壓設施

穩(wěn)壓設施是維持消防主環(huán)網(wǎng)壓力的裝置，以達到整個消防水系統(tǒng)可快速響應的目的。

1.1.5 噴淋系統(tǒng)

噴淋系統(tǒng)主要由雨淋閥、消防管線和噴頭組成。在設計過程中應保證能從主環(huán)網(wǎng)上的2個隔斷向雨淋閥供水。

1.1.6 消防軟管站

消防軟管站包括消防水軟管站和泡沫/消防水軟管站，在700 kPa的操作壓力下，設計流量至少為25 m3/h。

1.1.7 國際通岸接頭

國際通岸接頭的作用是當平臺上的消防泵不能滿足消防要求時，或者在平臺上的消防泵不可用的情況下，借助外來水源協(xié)助平臺進行消防。

1.2 消防水量確定

在確定消防水水量時，需遵循以下原則：

(1) 僅考慮1次1個火區(qū)發(fā)生火災，不考慮多處區(qū)域同時發(fā)生火災的情況。

(2) 消防水量由被保護火區(qū)所需噴淋水量加上2個消防軟管站所需水量確定。消防泵排量由最大火區(qū)所需消防水量加上2個消防軟管站所需水量確定[4]。

(3) 對于保護設備的噴淋面積確定，工藝罐類應為全面積，其他泵及壓縮機類設備采用投影面積[5]。

水噴淋強度根據(jù)相關(guān)標準[5]選取，不同設備所需的最小噴淋強度如表1所示。

表1 典型設備最小噴淋強度 L/(min·m2)

2 消防水系統(tǒng)設計優(yōu)化技術(shù)分析

消防水系統(tǒng)的規(guī)模(包括設備尺寸)是根據(jù)消防水量確定的，因此消防水系統(tǒng)的設計優(yōu)化實際上就是消防水量的設計優(yōu)化，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 消防泵排量優(yōu)化

以國內(nèi)某平臺實際工程為例，根據(jù)實際情況計算得到的消防水量如表2所示。

表2 優(yōu)化前各火區(qū)所需消防水量 m3/h

由表2可知，平臺的最大火區(qū)為中層甲板，所需消防水量為999 m3/h。考慮到消防泵須100%備用，因此需選用2臺排量為1 000 m3/h的柴油消防泵。

由于中層甲板的消防水量決定了消防泵排量，因此主要考慮優(yōu)化中層甲板的消防水量，以達到降低消防泵排量的目的。中層甲板工藝區(qū)的總體布置如圖1所示?？紤]在中層甲板3軸處增加防火墻，將中層甲板火區(qū)分成2個，如圖2所示。經(jīng)過重新計算，得到平臺各火區(qū)所需消防水量如表3所示。

由表3可知，平臺的最大火區(qū)為中層甲板Ⅰ區(qū)，所需消防水量降為790 m3/h。因此，選用的消防泵排量降為800 m3/h，達到設計優(yōu)化的目的。

表3 優(yōu)化后各火區(qū)所需消防水量 m3/h

需要注意，增加防火墻后應保證中層甲板Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)均充分通風，滿足美國石油學會的規(guī)范[6]要求，否則，未充分通風區(qū)域的危險等級將會提升，從而需要提升區(qū)域內(nèi)電氣設備的防爆等級，往往得不償失。

單位：mm圖1 國內(nèi)某平臺中層甲板工藝區(qū)總體布置圖

單位：mm圖2 優(yōu)化后中層甲板工藝區(qū)總體布置圖

根據(jù)規(guī)范要求，實體墻面積與整個可能墻面面積比值小于0.5即為充分通風區(qū)域[6]。

對于中層甲板Ⅰ區(qū)，實體墻面積S1與整個可能的墻面面積S比值為

(1)

由計算可得，中層甲板Ⅰ區(qū)為充分通風區(qū)域。

對于中層甲板Ⅱ區(qū)，實體墻面積S2與整個可能的墻面面積S′比值為

(2)

由計算可得，中層甲板Ⅱ區(qū)為充分通風區(qū)域。

2.2 消防主環(huán)網(wǎng)及噴淋系統(tǒng)優(yōu)化

在設計優(yōu)化前，消防水系統(tǒng)主環(huán)網(wǎng)設置12個14英寸(1英寸=0.025 4 m)隔離蝶閥，噴淋系統(tǒng)設置4個10英寸雨淋閥(見圖3)，所設置的隔離閥較多，主要是因為在優(yōu)化前設計的雨淋閥較多，每個雨淋閥的取水管線均設置單獨隔離閥。另外，過多的隔離閥布置相對比較困難，操作也相對復雜，配管、維修和維護的工作量也加大，在一定程度上造成浪費。

圖3 優(yōu)化前消防水主環(huán)網(wǎng)管線儀表圖

根據(jù)美國石油學會規(guī)范[7]及美國消防協(xié)會規(guī)范[5]對隔離閥數(shù)量的要求，須設置足夠的隔離閥，以保證在主環(huán)網(wǎng)上任何一段發(fā)生故障后，該區(qū)域的消防設施不會同時失效。同時考慮在中層甲板Ⅰ區(qū)設置12英寸雨淋閥、在中層甲板Ⅱ區(qū)設置6英寸雨淋閥、在下層甲板設置12英寸雨淋閥，以代替原有的采用2個10英寸雨淋閥共同保護中層甲板及2個10英寸雨淋閥共同保護下層甲板的設計。在優(yōu)化設計后，主環(huán)網(wǎng)采用6個12英寸隔離蝶閥(見圖4)，此設計優(yōu)化滿足規(guī)范的技術(shù)要求。

圖4 優(yōu)化后消防水主環(huán)網(wǎng)管線儀表圖

3 消防水系統(tǒng)設計優(yōu)化經(jīng)濟效益分析

3.1 消防泵排量優(yōu)化經(jīng)濟效益分析

消防泵配置由原來的2臺1 000 m3/h柴油消防泵優(yōu)化為2臺800 m3/h柴油消防泵。根據(jù)目前市場價格，1 000 m3/h柴油消防泵單價為600萬元，800 m3/h柴油消防泵單價為480萬元，則此優(yōu)化可節(jié)省費用約240萬元。

3.2 消防主環(huán)網(wǎng)及噴淋系統(tǒng)優(yōu)化經(jīng)濟效益分析

3.2.1 雨淋閥配置方案優(yōu)化經(jīng)濟效益分析

雨淋閥由4個10英寸閥優(yōu)化為2個12英寸閥和1個6英寸閥。按照目前的市場價格，12英寸雨淋閥單價約110萬元，10英寸雨淋閥單價約90萬元，6英寸雨淋閥單價約60萬元，則此優(yōu)化可節(jié)省費用約80萬元。

3.2.2 隔離閥配置方案優(yōu)化經(jīng)濟效益分析

在主環(huán)網(wǎng)上隔離蝶閥由原來的12個14英寸蝶閥優(yōu)化為6個12英寸蝶閥。根據(jù)目前市場價格，14英寸蝶閥單價約4萬元，12英寸蝶閥單價約3萬元，則此優(yōu)化可節(jié)省費用約30萬元。

4 結(jié) 論

(1) 對于海上平臺消防水系統(tǒng)的設計優(yōu)化，應首先考慮最大火區(qū)消防水量的優(yōu)化，由于最大火區(qū)的消防水量決定消防泵排量，從而決定消防管網(wǎng)的規(guī)模和施工的工作量，因此其經(jīng)濟效益較高。例如平臺最大火區(qū)的優(yōu)化帶來了消防泵投資降低、管網(wǎng)尺寸減小、閥門尺寸和數(shù)量優(yōu)化以及施工工作量減少等效益，節(jié)省直接投資350萬元。另外，需要注意最大火區(qū)消防水量的優(yōu)化與總體布置密切相關(guān)，在最大火區(qū)增加防火墻使其劃分為2個獨立火區(qū)的做法是較為經(jīng)濟的，但是需要對充分通風性進行仔細核算，從而做出準確判斷。

(2) 雨淋閥的配置方案相對比較靈活，例如某火區(qū)所需消防水量為750 m3/h，則可設計1個12英寸雨淋閥進行保護，也可設計2個8英寸雨淋閥同時進行保護，這就需要設計人員事先了解成本，選取較為優(yōu)化的雨淋閥配置方案。

(3) 隔離閥的設置應當在符合標準、規(guī)范的前提下，優(yōu)化其數(shù)量。