提要：随着渤海海域无人驻守平台的不断增加，根据油田设施的特点，通过海水注水管线进行消防的方案也随即产生，SZ36-J 区 SZ36-1 二期工程项目都采用了这种方式进行消防。在QHD32-6 项目基本设计后期，我们针对油田特点，对消防系统进行优化比较，旨在选出一种比较适合多平台及FPSO生产的消防方案，以保证油田安全可靠生产。

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.

关键词：消防水方案   优化   WHP  FPSO

Key words:  fire water  scheme  optimization

1 概述

QHD32-6油田是由中外合资开发，中方为作业者的大油田，年产原油四百万吨，油田位于我国渤海湾的中西部，在京唐港的东南20公里的地方，平均水深为19.6-20.4米。该油田有6座4腿的井口平台，一艘浮式生产储油装置（FPSO），一座单点系泊（SPM），6条从SPM至各井口平台的海底电缆，6条各个井口平台的海底集输管线，6条至各个井口平台的海底注水管线；共有163口井（133口油井，6口水源井和24口注水井）；生产期为20年，计划两年三阶段依次进行投产：

一期，井口平台A、B、SPM、FPSO及相应的海底管线和电缆；

二期，井口平台C、D及相应的海底管线和电缆；

三期，井口平台E、F及相应的海底管线和电缆；

为了确保油田顺利投产，油田在开发设计、钻井、完井生产等各个阶段的危险性分析都十分重要。合理采用风险系数，减低风险概率是油田设计的关键。安全、消防系统的设计及优化正是保证QHD32-6油田安全可靠生产、保证油田低风险、高产出的重要举措。

2 QHD32-6油田消防水系统方案及其优化

在法规、规范选定的条件下，油田的安全、消防系统设计开始启动。首先要考虑消防方案，之后就是对方案的合理选择及使用。众所周知，水可以灭火，只要将水喷淋到燃烧的物体表面，冷却燃烧物或隔绝燃烧所需的氧气就可以起到灭火的作用。但消防水系统从水源、动力再到具体消防设施的选择会有不同的形式。海上油田消防系统的选择更受到动力、空间、结构等各方面因素的限制，到目前为止还没有一套适用于不同油田的消防水系统的固定模式。因此，我们必须根据各油田的具体条件，对消防水方案进行优化。

消防水方案的选择关系到全油田的安全，一个好的消防水方案一定是可操作性强，技术性能满足规范要求，经济性好，又能够防患于未然，将火灾扼杀在萌芽状态，并能在火灾发生以后，将损失减少到最低程度。我们的消防水方案属于主动防范类型，即在接到消防信号后在最短的时间内启动消防系统，从而对该区域实施消防措施，即降低设施的温度、可燃性气体的浓度或有毒性气体的浓度。QHD32-6油田各平台及浮式生产储油轮的安全系统设计的基本原则是：以预防为主，在平台上各个系统的设计过程中充分考虑到可能发生的各种紧急情况，并设计相应的安全措施。

2.1 平台的消防水系统方案及其优化

QHD32-6油田共有六座井口平台，即A、B、C、D、E、F，其中A和B串接，D和C串接，F和E串接。从井口平台B产出的生产流体经过多相流量计计量后输往井口平台A，A与B的生产流体混合后再一起经海底混输管道输往单点系泊装置（SPM），在SPM与来自井口平台C、D、E、F的生产流体混合后经跨接软管输送到浮式生产储油装置（FPSO）进行处理。井口平台C、E的流程与平台B的流程相同，井口平台D、F的流程与平台A的流程相同。平台的消防与注水正好与此相反，及在FPSO上处理好的生产水通过跨接软管到SPM，然后通过相应的海管到达每一个平台。

2.1.1  方案1   常规消防方案

在QHD32-6油田的基本设计初期，曾经考虑按常规消防方案执行，即在每个井口平台上都设有一套独立的消防水系统。在A、B、C、D、E、F平台上均配备两（主/备）台消防泵，每台消防泵提供此平台上最大区域所用水量及所需压头。消防系统由消防泵、过滤器、消防环路、喷淋阀、喷头以及其他的消防设施组成。当平台起火时直接启动该平台的消防泵，抽取海水，经过简单的过滤处理后，消防灭火。这种方案是一个严格执行MOE规范的方案。

此种消防方案没有什么技术难点，简单易行。当一个平台着火后，其他平台的生产不受影响。并且无论几个平台同时着火，都可以同时进行灭火，没有水量的限制。这种方案是一种常规做法，在以往的油田上通常使用。它的安全系数高，操作性能好。

但是由于QHD32-6油田的平台都为无人驻守平台，这就给消防泵、消防管线以及其他消防设施的检修和维护带来了困难，并且当平台着火时不能及时启动消防泵，进行消防灭火。更重要的一点是不经济。

表1  方案1的具体分配

2.1.2     方案2  注水消防同时进行方案

方案2是在每一个平台上不设消防泵，只在FPSO上设一主一备两台消防泵供六个平台使用，在SPM上将消防管线与注水管线连接起来，利用海底注水管线将消防水打到所需区域。它分三个消防区考虑，即A、B平台为一个消防区，D、C平台为一个消防区，E、F为一个消防区。A、B平台的消防不影响B/C/D/E的正常注水，同样D、C和E、F平台的消防也不会影响A/B/E/F和A/B/C/D的正常注水。当A平台起火后关闭A、B平台上的注水阀，开启消防泵，打开A平台的喷淋阀，进行灭火。与此同时，除了与A平台共用一条注水管线的B平台外，其他平台的注水作业继续进行。要使其它平台的注水正常进行，那么从FPSO到SPM就必须有三条独立的消防水跨接软管，这样才能通过关闭相应的关断阀，保证注水管线内流动是处理好的生产水，否则消防水会进入其他注水管线。

缺点是这种方案只考虑了一个平台着火的情况，当两个或两个以上的平台着火时，因消防水量不够而无能为力。并且由于消防水管线和注水管线是在SPM上连接，从FPSO到SPM 的消防管线用软管连接，增加了投资。并且由于受SPM规模的限制，给设计带来了难度。另外，由于QHD32-6油田的SPM是无人值守的，这就给消防系统的检修和维护带来了困难，并且当平台起火时能否及时启动消防系统还是一个问题，见图1。

表2  方案2的具体分配

2.1.3     方案3  启消防、停注水方案

该方案是消防系统和注水系统共用注水管线，与方案2不同的是消防管线和注水管线连接的地方不是在SPM上，而是在FPSO上。A、B、C、D、E、F每两个平台共用一条注水管线，当A平台起火时，将A、B平台共用的注水阀和A平台的喷淋阀打开，其他所有阀关闭，这时海底的注水管线将转化为消防管线，启动在FPSO上的消防泵，就可以实施A平台的灭火作业。与此同时，B、C、D、E、F平台的注水作业关闭，不能继续生产。当B、C、D、E、F平台起火时，其逻辑控制与A平台起火时的逻辑控制相似。

该方案与方案2相比节省了两条跨接软管单点通道，同时保证了消防系统的正常运行。

但与方案2 一样的是，消防水量只考虑了一个平台着火的情况，当两个或两个以上的平台着火时，因消防水量有限而无能为力。并且当一个平台着火时，必须关闭其他平台的注水管线，影响了其他平台的正常生产，见图2。

表3  方案3的具体分配

2.1.4  三个方案比较

由以上三个方案对比来看，方案1有十二台消防泵，每台按150kW计算，估算每台消防泵20万，消防泵总价240万，由于各个平台为无人驻守平台，每次消防泵的操作维修费用需要考虑，还有人员的上、下平台及其他相关费用，这样计算下来，投资较高，虽然达到规范要求，但操作不便，维修困难。方案2和方案3的消防泵虽然没有布置在每一个平台上，但一主一备的消防泵严格执行MOE规范，而且MOE上没有明文规定消防泵与喷淋阀的距离。关于消防时间，由于注水管线为湿式管线，完全满足规范要求。从以上两点分析，方案2和方案3也满足规范要求，但方案2多出两条跨接软管，两个关断阀，并且增大了SPM的规模。因此认为方案3是比较合理的消防方案。方案比较（方案2和方案3中有关平台的注水停止作业引起的损失费用不包括在内）的情况见表4。

表4 方案比较

2.2      FPSO工艺模块消防水系统方案及优化

FPSO上部模块由下列几部分组成：

l       动力模块 （POWER MODULE）

l       热站模块 （HEATING STATION MODULE）

l       五个工艺处理模块（PROCESS TREATMENT MODULE）

其中，动力模块和热站模块为安全区，工艺模块（五块）为一级二类D组危险区，该区域需有消防水系统保护。

五个工艺处理模块所占的区域面积为：

S=L×W(m)=119x34.2+22x5.2=4184.2(m2)

工艺设备为双系列，主要的分离器尺寸都在ID4m x 16.5T/T 以上，这整个区域设备布置密集，中间没有任何隔离，一处着火一定会殃及其他各处，因此，一定要设计合理的消防系统，才能解决此问题。

消防水方案选择从技术方面主要考虑下列参数：

1）       流量

2）       出口压力

3)  消防泵功率

2.2.1     方案1  五个区域统一考虑

工艺模块在船体（HULL）上部，消防水由布置在船体上的消防泵供给。消防水量的计算如表5。

表5  消防水量计算

所需消防水量五个区域总和为1508.8m3/hr。

该方案使消防成为油田上耗电量的大用户。从电站的配置方面难以接受，而且大区域考虑火区，难以一次性事故一次消除。

专家审查意见：如此密集的布置危险性较大。

2.2.2     方案2  与相邻区域同时喷洒

五个区域从整体上难以分开，中间加防火墙强行分开也不现实。那么一处火灾必定会殃及相邻区域。因此提出相邻区域就近防护，即当模块1处发生火灾时，模块2处也实施喷淋，模块2处发生火灾时，模块1处和模块3处也同时喷淋，以此类推进行消防保护。

相邻区域喷洒消防水量需求计算如表6。

表6 相邻区域喷洒消防水量需求计算

从上表计算得出，最大区域所需消防水量为：1012.2m3/hr。

和方案1比较水量有一定的减少，但减少程度不大，仍然超过配置电量，喷淋阀需要5个，分成五个区域，在这种前提下，促使方案3的形成。

2.2.3     方案3  加水幕分成单个区域

从方案2得出下列逻辑，既然是分成五个区域，何不就每一个模块成一个单独的区域，中间加水幕系统。

1）           水幕是一种成熟的技术，在建筑设施中常常考虑。它的含义是在需要加防火墙隔开，而现实无法实现时可使用水幕系统进行分隔如舞台。

2）           陆地油田上的输油码头加水幕系统。

3）           埕北油田上的输油臂用水幕系统隔开。

根据已有的经验并参考相应的规范，这样的设计是允许的。

方案3所需消防水量计算如表7。

表7 方案3所需消防水量计算

从上表计算得出，所需消防水量最大为：648.2（m3/hr）

和方案1和2相比较,消防水量减少了很多,不超过配置电量,喷淋阀虽然还是5个,但尺寸减小了.并且泵的排量降低,所选用泵的投资比方案1和方案2降低。所以方案3为最佳方案。

在基本设计后期，我们将QHD32-6工艺模块改为方案3的形式，这样既解决了专家所担心的问题，而且更重要的是将一种复杂区域的消防水系统化简为通常所用的消防水灭火方式，符合常规作法，满足规范要求，操作简单。最重要的一条，能够将火灾消除在初级阶段，火灾蔓延造成的危险消除。从安全分析角度考虑，这样的结果是工程上最希望达到的。

FPSO火区划分如图3、4。