提要：隨著渤海海域無人駐守平臺的不斷增加，根據(jù)油田設(shè)施的特點(diǎn)，通過海水注水管線進(jìn)行消防的方案也隨即產(chǎn)生，SZ36-J 區(qū) SZ36-1 二期工程項(xiàng)目都采用了這種方式進(jìn)行消防。在QHD32-6 項(xiàng)目基本設(shè)計(jì)后期，我們針對油田特點(diǎn)，對消防系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化比較，旨在選出一種比較適合多平臺及FPSO生產(chǎn)的消防方案，以保證油田安全可靠生產(chǎn)。

Summary：Along with the number of unmanned platforms of bohai bay increasing and regarding the facilities' property of oil field, the program that the injection water flowed through the submersible water pipeline is used as the fire water is given birth to. For example, SZ36-1J, SZ36-1 phase II engineering has used that for fire fighting. In the late of QHD32-6 project basic design phase, fire fighting system has been optimized after deep consideration according to the oil field character. The purpose of the alternative optimum is that we can choose the best scheme to protect the platform and FPSO safe and reliable.

關(guān)鍵詞：消防水方案?? 優(yōu)化?? WHP? FPSO

Key words: ?fire water? scheme? optimization

1 概述

QHD32-6油田是由中外合資開發(fā)，中方為作業(yè)者的大油田，年產(chǎn)原油四百萬噸，油田位于我國渤海灣的中西部，在京唐港的東南20公里的地方，平均水深為19.6-20.4米。該油田有6座4腿的井口平臺，一艘浮式生產(chǎn)儲油裝置（FPSO），一座單點(diǎn)系泊（SPM），6條從SPM至各井口平臺的海底電纜，6條各個井口平臺的海底集輸管線，6條至各個井口平臺的海底注水管線；共有163口井（133口油井，6口水源井和24口注水井）；生產(chǎn)期為20年，計(jì)劃兩年三階段依次進(jìn)行投產(chǎn)：

一期，井口平臺A、B、SPM、FPSO及相應(yīng)的海底管線和電纜；

二期，井口平臺C、D及相應(yīng)的海底管線和電纜；

三期，井口平臺E、F及相應(yīng)的海底管線和電纜；

為了確保油田順利投產(chǎn)，油田在開發(fā)設(shè)計(jì)、鉆井、完井生產(chǎn)等各個階段的危險性分析都十分重要。合理采用風(fēng)險系數(shù)，減低風(fēng)險概率是油田設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。安全、消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化正是保證QHD32-6油田安全可靠生產(chǎn)、保證油田低風(fēng)險、高產(chǎn)出的重要舉措。

2 QHD32-6油田消防水系統(tǒng)方案及其優(yōu)化

在法規(guī)、規(guī)范選定的條件下，油田的安全、消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始啟動。首先要考慮消防方案，之后就是對方案的合理選擇及使用。眾所周知，水可以滅火，只要將水噴淋到燃燒的物體表面，冷卻燃燒物或隔絕燃燒所需的氧氣就可以起到滅火的作用。但消防水系統(tǒng)從水源、動力再到具體消防設(shè)施的選擇會有不同的形式。海上油田消防系統(tǒng)的選擇更受到動力、空間、結(jié)構(gòu)等各方面因素的限制，到目前為止還沒有一套適用于不同油田的消防水系統(tǒng)的固定模式。因此，我們必須根據(jù)各油田的具體條件，對消防水方案進(jìn)行優(yōu)化。

消防水方案的選擇關(guān)系到全油田的安全，一個好的消防水方案一定是可操作性強(qiáng)，技術(shù)性能滿足規(guī)范要求，經(jīng)濟(jì)性好，又能夠防患于未然，將火災(zāi)扼殺在萌芽狀態(tài)，并能在火災(zāi)發(fā)生以后，將損失減少到最低程度。我們的消防水方案屬于主動防范類型，即在接到消防信號后在最短的時間內(nèi)啟動消防系統(tǒng)，從而對該區(qū)域?qū)嵤┫来胧唇档驮O(shè)施的溫度、可燃性氣體的濃度或有毒性氣體的濃度。QHD32-6油田各平臺及浮式生產(chǎn)儲油輪的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則是：以預(yù)防為主，在平臺上各個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中充分考慮到可能發(fā)生的各種緊急情況，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的安全措施。

2.1 平臺的消防水系統(tǒng)方案及其優(yōu)化

QHD32-6油田共有六座井口平臺，即A、B、C、D、E、F，其中A和B串接，D和C串接，F(xiàn)和E串接。從井口平臺B產(chǎn)出的生產(chǎn)流體經(jīng)過多相流量計(jì)計(jì)量后輸往井口平臺A，A與B的生產(chǎn)流體混合后再一起經(jīng)海底混輸管道輸往單點(diǎn)系泊裝置（SPM），在SPM與來自井口平臺C、D、E、F的生產(chǎn)流體混合后經(jīng)跨接軟管輸送到浮式生產(chǎn)儲油裝置（FPSO）進(jìn)行處理。井口平臺C、E的流程與平臺B的流程相同，井口平臺D、F的流程與平臺A的流程相同。平臺的消防與注水正好與此相反，及在FPSO上處理好的生產(chǎn)水通過跨接軟管到SPM，然后通過相應(yīng)的海管到達(dá)每一個平臺。

2.1.1? 方案1? ?常規(guī)消防方案

在QHD32-6油田的基本設(shè)計(jì)初期，曾經(jīng)考慮按常規(guī)消防方案執(zhí)行，即在每個井口平臺上都設(shè)有一套獨(dú)立的消防水系統(tǒng)。在A、B、C、D、E、F平臺上均配備兩（主/備）臺消防泵，每臺消防泵提供此平臺上最大區(qū)域所用水量及所需壓頭。消防系統(tǒng)由消防泵、過濾器、消防環(huán)路、噴淋閥、噴頭以及其他的消防設(shè)施組成。當(dāng)平臺起火時直接啟動該平臺的消防泵，抽取海水，經(jīng)過簡單的過濾處理后，消防滅火。這種方案是一個嚴(yán)格執(zhí)行MOE規(guī)范的方案。

此種消防方案沒有什么技術(shù)難點(diǎn)，簡單易行。當(dāng)一個平臺著火后，其他平臺的生產(chǎn)不受影響。并且無論幾個平臺同時著火，都可以同時進(jìn)行滅火，沒有水量的限制。這種方案是一種常規(guī)做法，在以往的油田上通常使用。它的安全系數(shù)高，操作性能好。

但是由于QHD32-6油田的平臺都為無人駐守平臺，這就給消防泵、消防管線以及其他消防設(shè)施的檢修和維護(hù)帶來了困難，并且當(dāng)平臺著火時不能及時啟動消防泵，進(jìn)行消防滅火。更重要的一點(diǎn)是不經(jīng)濟(jì)。

表1? 方案1的具體分配

2.1.2???? 方案2? 注水消防同時進(jìn)行方案

方案2是在每一個平臺上不設(shè)消防泵，只在FPSO上設(shè)一主一備兩臺消防泵供六個平臺使用，在SPM上將消防管線與注水管線連接起來，利用海底注水管線將消防水打到所需區(qū)域。它分三個消防區(qū)考慮，即A、B平臺為一個消防區(qū)，D、C平臺為一個消防區(qū)，E、F為一個消防區(qū)。A、B平臺的消防不影響B(tài)/C/D/E的正常注水，同樣D、C和E、F平臺的消防也不會影響A/B/E/F和A/B/C/D的正常注水。當(dāng)A平臺起火后關(guān)閉A、B平臺上的注水閥，開啟消防泵，打開A平臺的噴淋閥，進(jìn)行滅火。與此同時，除了與A平臺共用一條注水管線的B平臺外，其他平臺的注水作業(yè)繼續(xù)進(jìn)行。要使其它平臺的注水正常進(jìn)行，那么從FPSO到SPM就必須有三條獨(dú)立的消防水跨接軟管，這樣才能通過關(guān)閉相應(yīng)的關(guān)斷閥，保證注水管線內(nèi)流動是處理好的生產(chǎn)水，否則消防水會進(jìn)入其他注水管線。

缺點(diǎn)是這種方案只考慮了一個平臺著火的情況，當(dāng)兩個或兩個以上的平臺著火時，因消防水量不夠而無能為力。并且由于消防水管線和注水管線是在SPM上連接，從FPSO到SPM 的消防管線用軟管連接，增加了投資。并且由于受SPM規(guī)模的限制，給設(shè)計(jì)帶來了難度。另外，由于QHD32-6油田的SPM是無人值守的，這就給消防系統(tǒng)的檢修和維護(hù)帶來了困難，并且當(dāng)平臺起火時能否及時啟動消防系統(tǒng)還是一個問題，見圖1。

表2? 方案2的具體分配

2.1.3???? 方案3? 啟消防、停注水方案

該方案是消防系統(tǒng)和注水系統(tǒng)共用注水管線，與方案2不同的是消防管線和注水管線連接的地方不是在SPM上，而是在FPSO上。A、B、C、D、E、F每兩個平臺共用一條注水管線，當(dāng)A平臺起火時，將A、B平臺共用的注水閥和A平臺的噴淋閥打開，其他所有閥關(guān)閉，這時海底的注水管線將轉(zhuǎn)化為消防管線，啟動在FPSO上的消防泵，就可以實(shí)施A平臺的滅火作業(yè)。與此同時，B、C、D、E、F平臺的注水作業(yè)關(guān)閉，不能繼續(xù)生產(chǎn)。當(dāng)B、C、D、E、F平臺起火時，其邏輯控制與A平臺起火時的邏輯控制相似。

該方案與方案2相比節(jié)省了兩條跨接軟管單點(diǎn)通道，同時保證了消防系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

但與方案2 一樣的是，消防水量只考慮了一個平臺著火的情況，當(dāng)兩個或兩個以上的平臺著火時，因消防水量有限而無能為力。并且當(dāng)一個平臺著火時，必須關(guān)閉其他平臺的注水管線，影響了其他平臺的正常生產(chǎn)，見圖2。

表3? 方案3的具體分配

2.1.4? 三個方案比較

由以上三個方案對比來看，方案1有十二臺消防泵，每臺按150kW計(jì)算，估算每臺消防泵20萬，消防泵總價240萬，由于各個平臺為無人駐守平臺，每次消防泵的操作維修費(fèi)用需要考慮，還有人員的上、下平臺及其他相關(guān)費(fèi)用，這樣計(jì)算下來，投資較高，雖然達(dá)到規(guī)范要求，但操作不便，維修困難。方案2和方案3的消防泵雖然沒有布置在每一個平臺上，但一主一備的消防泵嚴(yán)格執(zhí)行MOE規(guī)范，而且MOE上沒有明文規(guī)定消防泵與噴淋閥的距離。關(guān)于消防時間，由于注水管線為濕式管線，完全滿足規(guī)范要求。從以上兩點(diǎn)分析，方案2和方案3也滿足規(guī)范要求，但方案2多出兩條跨接軟管，兩個關(guān)斷閥，并且增大了SPM的規(guī)模。因此認(rèn)為方案3是比較合理的消防方案。方案比較（方案2和方案3中有關(guān)平臺的注水停止作業(yè)引起的損失費(fèi)用不包括在內(nèi)）的情況見表4。

表4 方案比較

2.2????? FPSO工藝模塊消防水系統(tǒng)方案及優(yōu)化

FPSO上部模塊由下列幾部分組成：

l?????? 動力模塊 （POWER MODULE）

l?????? 熱站模塊 （HEATING STATION MODULE）

l?????? 五個工藝處理模塊（PROCESS TREATMENT MODULE）

其中，動力模塊和熱站模塊為安全區(qū)，工藝模塊（五塊）為一級二類D組危險區(qū)，該區(qū)域需有消防水系統(tǒng)保護(hù)。

五個工藝處理模塊所占的區(qū)域面積為：

S=L×W(m)=119x34.2+22x5.2=4184.2(m2)

工藝設(shè)備為雙系列，主要的分離器尺寸都在ID4m x 16.5T/T 以上，這整個區(qū)域設(shè)備布置密集，中間沒有任何隔離，一處著火一定會殃及其他各處，因此，一定要設(shè)計(jì)合理的消防系統(tǒng)，才能解決此問題。

消防水方案選擇從技術(shù)方面主要考慮下列參數(shù)：

1）?????? 流量

2）?????? 出口壓力

3)? 消防泵功率

2.2.1???? 方案1? 五個區(qū)域統(tǒng)一考慮

工藝模塊在船體（HULL）上部，消防水由布置在船體上的消防泵供給。消防水量的計(jì)算如表5。

表5? 消防水量計(jì)算

所需消防水量五個區(qū)域總和為1508.8m3/hr。

該方案使消防成為油田上耗電量的大用戶。從電站的配置方面難以接受，而且大區(qū)域考慮火區(qū)，難以一次性事故一次消除。

專家審查意見：如此密集的布置危險性較大。

2.2.2???? 方案2? 與相鄰區(qū)域同時噴灑

五個區(qū)域從整體上難以分開，中間加防火墻強(qiáng)行分開也不現(xiàn)實(shí)。那么一處火災(zāi)必定會殃及相鄰區(qū)域。因此提出相鄰區(qū)域就近防護(hù)，即當(dāng)模塊1處發(fā)生火災(zāi)時，模塊2處也實(shí)施噴淋，模塊2處發(fā)生火災(zāi)時，模塊1處和模塊3處也同時噴淋，以此類推進(jìn)行消防保護(hù)。

相鄰區(qū)域噴灑消防水量需求計(jì)算如表6。

表6 相鄰區(qū)域噴灑消防水量需求計(jì)算

從上表計(jì)算得出，最大區(qū)域所需消防水量為：1012.2m3/hr。

和方案1比較水量有一定的減少，但減少程度不大，仍然超過配置電量，噴淋閥需要5個，分成五個區(qū)域，在這種前提下，促使方案3的形成。

2.2.3???? 方案3? 加水幕分成單個區(qū)域

從方案2得出下列邏輯，既然是分成五個區(qū)域，何不就每一個模塊成一個單獨(dú)的區(qū)域，中間加水幕系統(tǒng)。

1）?????????? 水幕是一種成熟的技術(shù)，在建筑設(shè)施中常常考慮。它的含義是在需要加防火墻隔開，而現(xiàn)實(shí)無法實(shí)現(xiàn)時可使用水幕系統(tǒng)進(jìn)行分隔如舞臺。

2）?????????? 陸地油田上的輸油碼頭加水幕系統(tǒng)。

3）?????????? 埕北油田上的輸油臂用水幕系統(tǒng)隔開。

根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)并參考相應(yīng)的規(guī)范，這樣的設(shè)計(jì)是允許的。

方案3所需消防水量計(jì)算如表7。

表7 方案3所需消防水量計(jì)算

從上表計(jì)算得出，所需消防水量最大為：648.2（m3/hr）

和方案1和2相比較,消防水量減少了很多,不超過配置電量,噴淋閥雖然還是5個,但尺寸減小了.并且泵的排量降低,所選用泵的投資比方案1和方案2降低。所以方案3為最佳方案。

在基本設(shè)計(jì)后期，我們將QHD32-6工藝模塊改為方案3的形式，這樣既解決了專家所擔(dān)心的問題，而且更重要的是將一種復(fù)雜區(qū)域的消防水系統(tǒng)化簡為通常所用的消防水滅火方式，符合常規(guī)作法，滿足規(guī)范要求，操作簡單。最重要的一條，能夠?qū)⒒馂?zāi)消除在初級階段，火災(zāi)蔓延造成的危險消除。從安全分析角度考慮，這樣的結(jié)果是工程上最希望達(dá)到的。

FPSO火區(qū)劃分如圖3、4。