海上平台七氟丙烷与二氧化碳灭火系统的方案选择

王艳

（中海油研究总院，北京 100027）

1 前言

海上石油平台的电气房间，含有平台的控制、连接、动力以及大量的自动化监控测试等重要的电气仪表设备，对其保护十分重要。由于这些电气房间布置相对集中，通常采用组合分配式气体灭火系统进行保护，按照其中最大的保护空间计算需要的灭火剂用量。

目前我国海上平台各电气房间的防护，仍然以高压全淹没式二氧化碳灭火系统为主。这是因为二氧化碳灭火剂来源广泛、价格低廉、灭火效果好。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。随着人们对安全意识的不断增强，在一些新建项目中，陆续开始采用全淹没式七氟丙烷灭火系统对电气房间进行防护。七氟丙烷是一种新型高效低毒的灭火剂，适用于经常有人工作的防护区，在一定程度上弥补了二氧化碳灭火系统的不足。

本文将以南海海域某新建的钻采综合平台为例，对这两种气体灭火系统进行详细的方案对比。通过经济技术的比较，确定合理可行的气体灭火系统方案。

2 平台概况

南海海域某新建的钻采综合平台是八腿导管架钢结构平台，是一个集钻井/采油、生产/生活、动力于一体的综合性平台。平台上的电气房间数量较多，主要包括：电潜泵变压器间、电潜泵控制间、柴油消防泵房、应急发电机房、中控室、主开关间、应急开关间、电池间、主变压器间。另外，在上层甲板的生活楼与钻机模块之间布置有一个原油发电机房，与其他电气房间距离相对较远。各电气房间的尺寸（长×宽×高）如下：

原油发电机房注15.0m×32.0m×8.0m；

电潜泵变压器间 20.0m×7.0m×4.0m；

电潜泵控制间 20.0m×7.0m×4.0m；

柴油消防泵房 6.0m×9.0m×4.0m；

应急发电机房 9.0m×7.5m×8.0m；

中控室 17.0m×7.5m×4.0m；

主开关间 28.5m×7.5m×4.0m；

应急开关间 8.0m×7.5m×4.0m；

电池间 7.5m×4.0m×4.0m；

主变压器间 20.0m×7.0m×4.0m；

（注：原油发电机房内部设有一个布置发电机辅助设施的房间，尺寸：15.0m×7.0m×8.0m。）

下面，针对该平台各电气房间采用的气体灭火系统设计方案进行详细介绍，重点比选二氧化碳灭火系统和七氟丙烷灭火系统两个方案。

3 采用高压全淹没组合分配式二氧化碳灭火系统的方案

3.1 二氧化碳灭火剂的特点及适用范围

二氧化碳（CO2）是一种良好的灭火剂，属于不导电、惰性气体、灭火后不污损保护对象，且来源广泛、生产容易、价格低廉（仅为卤代烷1211 灭火剂的 1/50）。二氧化碳本身不燃烧、不助燃、制造方便，易于液化、便于装罐和储存。长期储存不变质，且在高温地区和低温地区均可使用。二氧化碳气体比空气重，二氧化碳气体的分子量为44，空气的分子量为29，所以从容器释放出来的二氧化碳气体将往下沉积。

但是，二氧化碳对人有窒息作用，一旦发生误喷或者人员疏散不及时会危及操作人员的生命安全。另外，二氧化碳是一种温室气体，对环境有一定的影响。

二氧化碳灭火系统适用于扑灭下列火灾：[1]

a.灭火前可切断气源的气体火灾；

b.液体火灾或石蜡、沥青等可熔化的固体火灾；

c.固体表面火灾及棉毛、织物、纸张等部分固体深位火灾；

d.电气火灾。

3.2 设计依据

平台上电气房间采用二氧化碳灭火系统的设计计算，主要遵循NFPA12《Standard on Carbon DioxideExtinguishingSystems》2000 Edition 以及GB50193-93《二氧化碳灭火系统设计规范》。

3.3 设计计算过程[2]

以原油发电机房为例，详细介绍一下CO2灭火剂用量的计算过程。

3.3.1 灭火设计浓度（C）的确定

依据NFPA12 中规定，取C=34%。

3.3.2 原油发电机房净容积（V）的计算

V=15×32×8-15×7×8=3000m3。

3.3.3 CO2灭火剂的设计用量（M'）的计算

M'=K·V

其中，K--物质系数，这里取K=0.77kg CO2/m3；

则M'=2310kg。

3.3.4 CO2灭火剂的储存量（M）的计算

M=（100+8）%·M'，（注：CO2的储存量应为设计用量与残余量之和，残余量可按设计用量的8%计算）；

则M=2494.8kg。

3.3.5 CO2灭火系统储瓶数量（N）的计算

?

b.取整后，储瓶数量N=55p。

其他各电气房间的计算步骤同上，不再重复，以表格形式将计算结果显示出来。

3.4 设计结果（见表1）

通过计算，本平台一次性单独灭火所需CO2量最大的房间为原油发电机房，一次性灭火所需CO2s瓶的数量是55瓶。考虑到该组合分配系统的100%备用，应设置2×55瓶/组的CO2瓶橇一个。

4 采用全淹没式七氟丙烷灭火系统的方案

4.1 七氟丙烷灭火剂的特点及适用范围

七氟丙烷灭火剂是一种气态的洁净的化学灭火剂。七氟丙烷灭火剂不含溴和氯元素，因而对大气中臭氧层无破坏，全球温室效应潜能值也比较低。大气中存留时间也比较短，大约31～42年。七氟丙烷灭火剂是新型高效低毒的灭火剂，其毒性比1301 还要低，所以适用于经常有人工作的防护区。其灭火机理是对火产生物理变化及化学反应，而且进行全淹没式设计，使其整个灭火过程高效、快速，而且不可能发生复燃。七氟丙烷灭火剂是不导电介质，且不含水性物质。不会对电气设备、计算机、资料等造成损害，并能提供有效的防护。该灭火剂不含固体粉尘、油渍，它是液态储存，气态释放。喷放后可自然排出或由通风系统迅速排除。现场无残留物，不会受到污染，清理方便。

但是，七氟丙烷灭火剂在灭火过程中会分解产生对人体有伤害的气体，主要有一氧化碳（CO）、氢氟酸（HF）以及烟气。但通过恰当的安装、使用及早期探测报警，此类生成物可减至最小。另外，喷出的蒸汽灭火剂遇到物体时会产生冷凝现象，遇到潮湿空气时短时间内会降低能见度。

七氟丙烷灭火系统适用于扑救下列火灾：[3]

a.电气火灾；

b.固体表面火灾；

c.液体火灾；

d.灭火前能切断气源的气体火灾。

4.2 设计依据

平台上电气房间采用七氟丙烷灭火系统的设计计算，主要遵循GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》。

4.3 设计计算过程[3]

以原油发电机房为例，详细介绍一下七氟丙烷灭火剂用量的计算过程。

4.3.1 灭火设计浓度（C）的确定

依据GB50370-2005 中规定，取C=9%。

4.3.2 原油发电机房净容积（V）的计算

V=15×32×8-15×7×8=3000m3。

4.3.3 七氟丙烷灭火剂的设计用量（W）的计算

其中，W-灭火设计用量（kg）；

C-灭火设计浓度（%）；

S-灭火剂过热蒸汽在101kPa 大气压和防护区最低保护环境下的质量体积（m3/kg）；

V-防护区净容积（m3）；

K-海拔高度修正系数，这里取K=1。

b.S=0.1269+0.000513·T

其中，T-防护区最低环境温度（℃），这里取T=20℃

则 S=0.1269+0.000513×20=0.13716（m3/kg）；

则 W=1×3000/0.13716×9/91=2163.2kg。

4.3.4 七氟丙烷灭火系统储瓶数量（N）的计算

a.选择120L 的储瓶，每瓶有效充装量定为87kg；

c.取整后，储瓶数量N=25p。

4.3.5 七氟丙烷灭火剂储存量（W0）的计算

W0=W'+△W1+△W2

其中，W0——七氟丙烷灭火剂的储存量（kg）；

W'——按照取整后的瓶数，修正后的设计用量（kg）；

△W1-储存容器内的灭火剂剩余量（kg），（注：根据经验计算值，灭火剂剩余量按照每瓶残存3kg 计算）；

△W2-管道内的灭火剂剩余量（kg），（注：均衡管网和只含一个封闭空间的非均衡管网，其管网内的灭火剂剩余量均可不计，即△W2=0）；

则 W0=87×25+3×25=2250kg。

其他各电气房间的计算步骤同上，不再重复，以表格形式将计算结果显示出来。

4.4 设计结果

南海海域某平台各电气房间采用七氟丙烷灭火系统的计算结果（见表2）

?

考虑到防护区实际应用的浓度不应大于灭火设计浓度的1.1倍。管网的管道内容积，不应大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80%。最后通过计算，七氟丙烷灭火系统共设置了3套。一套为单元独立系统，另外两套为组合分配系统。本平台一次性单独灭火所需七氟丙烷灭火剂量最大的房间为原油发电机房，在该房间设置一套2×25瓶/组的单元独立系统，互为备用。另外，在柴油消防泵房、应急开关间、电池间设置一套2×2瓶/组的组合分配系统，在其余电气房间设置一套2×7瓶/组的组合分配系统。

5 经济比较

根据现阶段向厂家询价的情况看，二氧化碳系统中按照药剂和储瓶整体计价，单个瓶的价格在2万元左右，那么整套二氧化碳系统（110瓶）的总价格在220万元左右。而七氟丙烷系统的药剂成本较高，计算总成本时通常药剂和容器单独计费。经过计算，该系统的药剂总量6148kg，药剂的单价按照300元/kg 考虑，那么总的药剂费用为184.44万元。在药剂费用的基础上，考虑整套容器的价格122.4万元，则整套七氟丙烷灭火系统的价格在307万元左右。（注：以上两个气体灭火系统总报价中，不包括去各自保护空间的管材以及探测报警系统的费用。）

单从成本的角度分析，二氧化碳灭火系统在价格上是具有一定优势的，仅相当于七氟丙烷灭火系统总成本的70%左右。但是，由于二氧化碳灭火系统对人员的安全性带来一定的风险，因此，正在呈现逐渐减少应用的趋势。而七氟丙烷灭火系统在这方面的优势明显，恰恰可以弥补二氧化碳系统的不足，可用于有人值守的电气房间的安全防护。

?

6 综合对比分析

下面，将二氧化碳与七氟丙烷灭火系统在本项目中的比选情况，以表格的形式量化出来。（见表3）

7 结论

经过综合对比论证，本项目最终采用了七氟丙烷灭火系统的设计方案。这主要是以下几个方面的原因：

7.1 结合海洋工程项目的特点，一般气体灭火系统投资占项目总投资的比例很小。虽然七氟丙烷系统的投资比二氧化碳系统高，但高出的并不多，为二氧化碳系统的1.4倍，多投资了87万元，以这样的代价换取操作人员的生命安全与环境保护还是值得的。

7.2 随着人们安全环保意识的不断提高，结合“以人为本”的理念，从高度重视人员安全的角度出发，采用七氟丙烷灭火系统无疑是更好的选择。

7.3 随着七氟丙烷药剂成本的逐渐降低，七氟丙烷灭火系统更加具有竞争优势，在今后的工程项目中值得推广应用。

[1]GB50193-93，二氧化碳灭火系统设计规范[P].北京：中国计划出版社，1993

[2]NFPA12,Standard on Carbon Dioxide Extinguishing Systems.USA:National Fire Protection Association,2000

[3]GB50370-2005，气体灭火系统设计规范[P].北京：中国计划出版社，2006