海洋平台二氧化碳灭火系统设计与调试

摘要：在我国海洋平台中主要以油气生产为主，发生火灾的几率以及危害程度都非常大。本文通过对海洋平台灭火系统的设计进行分析，并着重对惰性气体的液态灭火系统进行研究，以供参考。

关键词：海洋平台；液态二氧化碳；灭火系统；调试

中图分类号：TJ53+3文献标识码： A

引言:

随着卤代烷灭火剂的全面淘汰，二氧化碳作为洁净灭火剂，由于其来源广、成本低、适用范围广等特点，已普遍地应用于许多具有火灾危险的重要场所。二氧化碳是一种无色、无味，不导电、性能稳定、无环境污染、且不需要专门生产（其他行业生产的副产品），能够用于扑救多种火灾的洁净灭火剂。经调查，目前二氧化碳灭火系统的装设量已达装设总量的15%以上，是仅次于水灭火系统的第二大灭火系统。

一、液态二氧化碳灭火基本理论

二氧化碳常态下是一种无色无味的气体，属于碳氧化物的一种。在常温常压下，密度相对于空气略大，微溶于水，融水形成碳酸。二氧化碳大约占到大气体积的0.03-0.04%，随着温室效应的增强，或略显偏高。大气中二氧化碳的主要来自有机化合物的燃烧、细胞的呼吸作用、微生物的发酵。

二氧化碳的表达式为CO2，结构式为C=O=C，相对分子质量44.01，通常以气、液、固三种形式存在。二氧化碳物理性能见表1。

图1二氧化碳分子结构

表1二氧化碳物理性能

二、惰性气体灭火的理论

二氧化碳注入封闭火区后，不仅使得含有高含量氧气的火区气体排出，使得二氧化碳充满火区空间，还使得二氧化碳环绕在燃烧物的四周，冲淡燃烧物四周空气中的氧气含量，使得氧气含量下降，从而使燃烧热量的产生速率下降，当燃烧物的热产生率小于其热散失率的程度加大，燃烧物的燃烧状态就会发生转变，燃烧随后就会停止，注入液态二氧化碳后其灭火作用有:

(1)火区内的高浓度氧气经过可控通风巷道排出，从而使得火区内氧气浓度降低。

(2)注入火区中的液态二氧化碳是在足够的压力下压注的，注入液态二氧化碳气化后会增大火区压力，可以有效减少火区的漏风。

(3)注入的液态二氧化碳温度低，在其汽化过程中能够吸收大量热量，有效降低火区温度。

(4)封闭火区注入二氧化碳后，不仅可以有效惰化火区，而且能够起到抑爆的作用。

(5) 二氧化碳气体具有自动追踪、寻找火源的作用，而且具有在较短时间内扩散到整个空间的功效。据试验，1m3的二氧化碳气体的灭火效果相当于氮气的3-7倍。

三、液态二氧化碳灭火设计探讨

（一）、液态二氧化碳灌注方式

液态二氧化碳灌注方式包括两种，一类是在地面将液态二氧化碳经气化灌注，另一类是在井下将液态二氧化碳直接灌注。其中，前一种方式适用于井下防灭火、抑制瓦斯和煤尘爆炸等方面，特别适用于预防易自燃煤层火灾和瓦斯事故的抢险救灾。该方式是在井口附近地面直接安装液态二氧化碳装备，并且连接井下防灭火管路，使其成为地面固定式液态二氧化碳防气化防灭火装备系统；后一种主要应用于井下灭火，该方法具有窒息火区、冷却降温作用，其灭火效果好，而且火区不容易复燃的特点。该方法虽然也具有防火和抑制瓦斯和煤尘爆炸功能，但在井下实施长期防火作业实有困难，而阻爆作业也具有危险性，不如前一种方法安全可靠。针对高瓦斯矿井大面积火灾，由于其灭火难度以及火区爆炸的危险性，宜采用在地面将液态二氧化碳经气化灌注。

（二）、液态二氧化碳气化防灭火装备系统工艺流程

固定式液态二氧化碳气化防灭火装备系统工艺流程如图2。在该流程图中，贮液罐、空气自热式气化器、气电加热式气化器、气体调压装置均为主体工艺设备，并由液相管路连接，构成为主生产工艺装备系统；而贮液罐旁路泵送系统、气相增压系统、气电加热系统及井下管路系统均为辅助系统，主系统和辅助系统共同构成固定式液态二氧化碳防灭火装备系统。

图2液态二氧化碳气化防灭火装备系统工艺设计流程图

(1) 贮液罐、空气自热式气化器、气电加热式气化器及其金属高压软管1共同构成液相系统；金属高压软管2为液、气混相管路，是空气自热式气化器与气电加热式气化器之间的连接件。

(2)由泵与连接钢管4和5构成为贮液罐旁路增压泵送系统，贮液罐、气电加热式气化器及其金属高压软管6构成为气化器增压系统。

(3)由配电箱、热交换器及其电源线构成为气电汽化器的加热系统；(4)由气体调压装置及其控制阀门构成为气态二氧化碳输出系统。

（三）、固定式液态二氧化碳气化防灭火装备系统

该系统平台装备部分还设置有液相管路系统和气相管路系统，其中液相系统将把贮液罐内的液态二氧化碳连续不断地供给气液转换器，使之气化；而气相系统则对气液转换器实施增压作用。以上两个系统均通过金属高压软管或钢管把贮液罐和气液转换器连接起来，使其成为输送液态二氧化碳和实施增压的通道，除此之外，在强热式气液转换器内设置了加热系统，对该气液转换器进行加热。

图3液态二氧化碳气化防灭火系统示意图

贮液罐的功能和作用是:将来自化工厂的低温、高压液态二氧化碳储存于贮液罐内，并供给转换器气化使用。为了保温起见，贮液罐结构设计为内外双层罐，类似暖瓶胆，以利于保温，防止液态固化。罐体容量可根据防灭火要求制作，材质选用优质钢材。贮液罐外侧设有旁路泵送增压系统，该系统保证使贮液罐内的压力达到设计压力范围，当其压力达到下限值，则旁路泵送增压系统立即自动启动，并往贮液罐内增压至设计压力的上限值，此时自动停泵，如此循环往复。贮液罐内设计压力为1.3-2.2MPa范围，泵送系统始终要保证贮液罐内设计压力，其工作方式为间断式，不是连续式，泵工作时间约占气化时间的三分之一，所以比较省电。通过以上论述可知，将贮液罐制作成为双层结构并配有旁路增压系统和液相、气相系统，其结构合理，系统完善。

（四）、工作原理及启动方式

（1）手动控制：在气体灭火系统中，系统在自动控制状态下也可随时由手动控制，手动控制优先于自动控制。当保护区发生火灾时，按下控制器的手动启动按钮，或防护区外的紧急启动按钮，系统马上进入30s延时阶段，之后程序与自动控制相同。

（2）自动控制：当保护区发生火灾时，第一路探测器发出火灾信号时，控制器发出警报，指示火灾发生部位；第二路火灾探测器发出火灾信号时，系统开始进入30s延时阶段，控制器一方面发出声、光报警，另一方面发出联动控制型号（如关闭送风设备、防火门窗等），延时30s后控制器发出指令启动驱动气体电磁阀，驱动气体（高压氮气）通过管网打开集流管上的选择阀和储存灭火剂容器的容器阀，二氧化碳通过管道送到保护区经喷嘴释放灭火。

（3）紧急停止控制：当发生火灾警报时，在延时阶段发现不需要启动气体灭火系统灭火时，可手动按下控制器上的红色紧急停止按钮。

（4）机械应急手动控制：当防护区发生火灾，但由于电源或自动控制系统发生故障不能执行灭火指令时，可用机械应急手动控制操作。机械应急有两种启动方法，一种有启动气体瓶，可直接手动打开对应保护区的启动气体电磁阀，之后程序与自动控制相同；另一种是非驱动气体启动方式的话，可直接手动打开对应保护区的选择阀和储存灭火剂容器阀，之后程序与自动控制相同。

四、固定式液态二氧化碳装备系统技术参数

固定式液态二氧化碳装备系统技术参数见表2。

表2技术参数表

例如：全淹没系统中的高压灭火系统，其灭火剂储存用量应为设计用量与储存容器内的剩余量之和，常见的情况是灭火剂储存量等于设计用量，而忽略了应加上的储存容器内剩余量。此外防护区的环境温度也对二氧化碳的设计用量存在影响，当环境温度超过100℃时，灭火剂用量应原设计用量基础上每超过5℃增加2%，当环境温度低于-20℃时，灭火剂用量应在原设计用量基础上每降低1℃增加2%。这些因素都是在设计和施工时应在特别注意的。

五、结束语

我国海洋平台兴起于近年，对海洋平台的设计还处于不断完善阶段。本文详细地分析了二氧化碳灭火系统设计方法，对固定式二氧化碳灭火系统及装备进行了较为详尽的阐述，这对于今后海洋平台的二氧化碳系统设计有一定的指导作用。

参考文献：

[1] 国际海事组织.国际海上人命安全公约综合文本[S].

[2] 国际海事组织.MODU CODE[S].2001.

[3] 康福钧.灭火技术的应用与评价[J].华北科技学院学报，2006(3):35-37.