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摘 要：海上移动钻井平台为海上结构物，因工作环境的特殊性，需自身配备消防灭火系统。本文介绍某CJ46钻井平台的固定式消防系统总体设计及后期修改，通过计算校核，证明该系统修改后满足规范要求。
关键词：海上移动钻井平台;固定式消防系统;设计
中图分类号：U664.88 文献标识码：A
Design of Fixed Fire-fighting Systems for
CJ46 Mobile Offshore Drilling Unit
PENG Dingqiang
（ China Merchants Heavy Industry（Shenzhen） Co.， Ltd.， Shenzhen 518054 ）
Abstract： Due to the particularity of the working environment， mobile offshore drilling unit needs to be equipped with fire-fighting system. This paper introduces the general design and modification of the fixed fire-fighting system for the CJ46 drilling unit. Through calculation and checking， it is proved that the modified system meets the requirements of relevant rules.
Key words： Mobile offshore drilling unit; Fixed fire-fighting system; Design
1 前言
海上鉆井平台上装有钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施。因海上移动钻井平台工作环境的特殊性（远离陆地、布局紧凑、多有易燃易爆气体等），一旦发生火灾，外界的救援无法及时到达，只能靠平台本身配备的消防系统灭火，为外界救援争取宝贵时间，避免灾难性损失。因此，加强海上移动钻井平台消防系统的设计和应用研究，具有十分重要的现实意义[1]。
2 固定式消防系统设计
CJ46-X100-D自升式钻井平台是由荷兰著名海洋工程设计公司GUSTO MSC开发的型号。其主体尺度为：型长65 m、型宽62 m、型深8 m、设计吃水4.5 m、作业水深106 m、最大可变负载3 500 t、最大钻井深度9144 m。
该平台设计成熟，具有造价较低、运移性好、适应性强等特点。近十多年来，中国船厂已累计建造了数十座该型平台，入级美国船级社（ABS）。
2.1 消防水灭火系统
根据ABS MODU Rules 5-2-2/1.1[2]，平台上应至少设置两台消防泵及两个吸水源（海底门、海底阀、滤器和管道），消防泵及其动力源应保证当任何一个处所失火时不能使两台消防泵同时失去效用。
（1）本平台设置两台离心式消防泵（220 m3/h @ 110 m）。一台布置在左舷散料间，另一台布置在右舷辅机间;两台泵各自从海水总管上就近取水，海水总管联通左、右舷海底门及左、右舷潜水泵供水管线;
（2）消防泵吸口设滤器，出口设止回阀。为避免消防泵所产生的压力可能超出消防栓或水帯的设计压力，消防泵出口设压力释放阀;
（3）消防水总管设计成环形管路，环绕平台主船体机械舱室布置一圈，两台消防泵的排出管路分别在散料间和辅机间连接到总管上;为隔离损坏的管段，确保在发生事故时其它管段仍能正常使用，在消防水总管穿越消防泵所在的散料间及辅机间前后均设有隔离阀，这样当一台消防泵受损不能工作时，另一台消防泵可以通过环形总管提供消防水至各个终端用户;在各个区段供水分支处也设有隔离阀。
（4）为保持系统稳定，避免因少量的消防水损失引起消防泵不必要的起动，加入一台保压泵（10 m3/h @ 110 m）和一台压力水柜（1 m3），均布置在辅机间;保压泵从海水总管吸水，打入压力水柜出口汇入消防水总管，方便给系统补水。
2.2 CO2灭火系统
为了安全、有效地扑灭受保护的围蔽处所的特殊设备火灾，在不适用水灭火的情形下，选用固定式CO2气体灭火系统。ABS MODU Rules 5-2-3/3[2]，对CO2灭火系统的储存、设计、报警、控制等方面作了详细的要求。由于该系统原理复杂、零部件多，目前都是由专业厂家打包设计、供货。
本平台CO2灭火系统包括4个独立的子系统，分别保护主发电机室、应急发电机室、油漆间、厨房烟道：
（1）主发电机室CO2灭火系统，设有单独的房间放置CO2气瓶组，房间内放置一个遥控施放站;主发电机室两个门，外各放置一个遥控施放站;方便发生火灾时能迅速灭火;
（2）应急发电机室CO2灭火系统，设有成撬的消防站，放在应急发电机室外主甲板上;应急发电机室门外，放置一个遥控施放站;
（3）油漆间CO2灭火系统，设有成撬的消防站放在油漆间外;
（4）厨房烟道CO2灭火系统，设有成撬的灭火箱，放在厨房内门口处。 2.3 泡沫灭火系统
为了安全、有效地扑灭可能发生的油类火灾，选用固定式泡沫灭火系统。根据ABS MODU Rules 5-2-3/5 & 9[2]，泡沫系统需满足FSS[3]规则及MSC通告的相关要求，对直升机甲板及加油装置的保护也有单独的规定。
本平台泡沫灭火系统，分别保护直升机加油装置（油罐、油泵、分配单元）区域和直升机甲板区域。泡沫罐放置在右舷生活楼房顶，由消防水系统供水，经泡沫罐和比例混合器后，可选择输出泡沫或混合液以供喷嘴、泡沫炮、泡沫枪使用。为了隔离总管的损坏部分，在消防水总管进泡沫罐之前装有隔离阀。
2.4 水喷淋系统
为了对可爆流体系统中的主要设备、平台结构提供冷却保护和对围蔽处所内的灭火，选用固定式水喷淋灭火系统。
（1）根据规范对不同保护处所的灭火要求不同，本平台设计有两套水喷淋灭火系统和另一套水喷淋系统，分别保护：① 救生艇区域（三处）、燃烧臂区域（两处）、钻台区域、BOP处理区域。每个保护处所的喷淋水均单独从消防水管路就近取水，喷淋总管上设有控制阀;② 另一套水喷淋系统保护生活区房间。主要设备放置在辅机间，喷淋泵从海水总管取水，供水至喷淋水总管路。
（2）与消防水系统类似，喷淋泵吸口设有滤器，出口设压力释放阀及止回阀;另有一台保压泵和一台喷淋罐，保压泵从淡水舱吸水打入喷淋罐，罐出口汇入喷淋水总管，方便给系统补水。
3 规范修改对固定式消防系统设计的影响
上述固定式消防系统是按照当时ABS MODU 2012入级规范设计的，而后又颁布了ABS MODU 2013的规范[2]。 2013版规范新增了针对钻井区域和泥浆处理区域单独提出了具体的固定式消防系统保护要求：对于钻井区域，可选择水喷淋灭火系统或两台消防水炮灭火;对于泥浆处理区域，可选择泡沫灭火系统或气体灭火系统。更新版本的ABS MODU规范陆续对钻井区域补充了具体定义，并增加了压井&阻流管汇、试井区域、月池区域，并对泥浆处理区域补充了具体定义。
对比平台原有固定式消防系统，若按照2013新版的ABS MODU规范要求，需对压井&阻流管汇、试井区域、泥浆处理区域增加固定式消防系统，以满足入级检验。
3.1 压井&阻流管汇
平台的压井&阻流管汇布置在钻台面左舷侧，虽属钻台区域，但原钻台水喷淋系统保护区域并不能覆盖压井&阻流管汇。为此，厂家根据规范要求及平台现有条件，就近从钻台水喷淋总管上分一路支管去压井&阻流管汇区域，并增加喷嘴环绕，使之覆盖压井&阻流管汇。
3.2 试井区域
平台的试井区域在主甲板右舷侧，是一片预留给第三方试井设备的空地。根据规范要求及平台现有条件，此处不方便布置水喷淋系统，故选用消防水炮的方案，就近从右舷生活楼内消防水总管上分一路支管去生活楼A甲板梯道平台，并在此增加两台消防炮（各100 m3/h），以覆盖试井区域。
3.3 泥浆处理区域
泥浆处理区域为悬臂梁泥浆处理室，房间分为上下连通的两层，布置有众多的泥浆处理设备。根据规范要求及平台现有条件，泡沫灭火系统或气体灭火系统均可选用：
（1）若选择泡沫灭火系统，根据规范要求及平台现有条件，可就近从悬臂梁消防水总管上分一路支管作为泡沫系统水源，并在悬臂梁房间中选一处合适位置放置泡沫罐及泡沫比例混合器。消防水经泡沫比例混合器与泡沫罐内泡沫浓缩液混合进入泡沫系统总管后，再分为两路分别去到泥浆处理室上下层，增加喷嘴以环绕覆盖需保护的泥浆处理设备;
（2）若选择气体灭火系统，如CO2系统，按照系统配置及规范要求，可考慮在原悬臂梁内单独设计一个房间放置CO2瓶组等。考虑到泥浆处理室是上下两层且各有两个门，综合CO2房间位置考虑，可配置了4套遥控施放站：泥浆处理室下层两个门外附近各放置一个，上层离CO2房间较远的一个门外附近放置一个，CO2房间内放置一个。
上述两种方案中，对于泡沫系统，其设备较少且布置较容易，但需从消防水系统取水，且对喷嘴的覆盖范围有严格要求;对于CO2系统，其设备散件较多，对瓶组布置有要求，但系统整体独立且为全淹没式，对喷嘴的布置要求较为方便。由于本平台是后期新加系统，若从悬臂梁现有舱室中选择改造作为CO2房间较为困难，且考虑到CO2瓶组进舱等因素，改造难度大、成本高，故选择泡沫灭火系统。
3.4 规范修改对消防泵的校核
按照2013新版ABS MODU规范要求，对压井&阻流管汇、试井区域、泥浆处理区域分别增加了喷淋系统、消防炮、泡沫系统。这三处新加的固定式消防系统，均是从原消防水系统管路取水，因此需对原消防泵的排量、压头进行校核，以满足对消防泵的相关要求。
3.4.1 排量校核
消防泵除了给消防水系统供水，还是水喷淋系统及泡沫系统的供水源，故需先计算各个保护处所的消防水流量需求，再按规范核算消防泵的排量。因水喷淋系统及泡沫系统均是由厂家设计并送审船级社通过的，故可直接引用厂家计算书的相关数据进行校核，见表1。
根据规范，消防泵的排量应满足最大一个处所的消防水所需流量，同时保证两处消防栓灭火使用。从表1可看出，最大的消防水需求流量为钻台处的159.36 m3/h，每个消防栓的需求流量为25 m3/h，故消防泵的排量应不小于：159.36+25*2=209.36 m3/h，本平台选择的消防泵排量为220 m3/h，满足规范要求。
3.4.2 压头校核
消防泵排出口中心至最高的消防栓（直升机甲板处），垂直高度近67 ft，从消防泵至最高消防栓的管道摩擦损失估算约48 ft，故将海水从消防泵打至最高的消防栓所需压力约为：67+48=115 ft水柱（3.4 bar）。根据规范，直升机甲板处的泡沫系统终端需保持7 bar的压力，故消防泵的压头应不小于：3.4+7=10.4 bar，本平台选择的消防泵压头为110 m（11 bar），满足规范要求。
4 结束语
固定式消防系统涵盖了消防水、泡沫、喷淋水、气体等灭火系统。其中，消防水、泡沫、喷淋水系统一般都互有关联，其设计或修改均需整体考虑。通过以上校核可以看出，消防泵排量的裕度已较小，因此设计人员需保持对相关规范修改通报的关注，在设计初期作出有预见性的方案调整，降低后期可能出现的修改几率。
参考文献
[1] 王文若.海上移动钻井平台水消防系统设计[D].大连海事大学.2013.
[2] ABS.RULES FOR BUILDING AND CLASSING MOBILE OFFSHORE DRILLING UNITS[S].2013.
[3] IMO.International Code for Fire Safety Systems（FSS）[S].2000.
[4] IMO.The International Convention for the Safety of Life at Sea（SOLAS）[S].2014.
[5] NFPA 15.Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection[S].2001.
[6] CAP 437.Offshore Helicopter Landing Areas - Guidance on Standards[S].2008.
[7] NFPA 13.Standard for the Installation of Sprinkler Systems[S].2010.
关键词：海上移动钻井平台;固定式消防系统;设计
中图分类号：U664.88 文献标识码：A
Design of Fixed Fire-fighting Systems for
CJ46 Mobile Offshore Drilling Unit
PENG Dingqiang
（ China Merchants Heavy Industry（Shenzhen） Co.， Ltd.， Shenzhen 518054 ）
Abstract： Due to the particularity of the working environment， mobile offshore drilling unit needs to be equipped with fire-fighting system. This paper introduces the general design and modification of the fixed fire-fighting system for the CJ46 drilling unit. Through calculation and checking， it is proved that the modified system meets the requirements of relevant rules.
Key words： Mobile offshore drilling unit; Fixed fire-fighting system; Design
1 前言
海上鉆井平台上装有钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施。因海上移动钻井平台工作环境的特殊性（远离陆地、布局紧凑、多有易燃易爆气体等），一旦发生火灾，外界的救援无法及时到达，只能靠平台本身配备的消防系统灭火，为外界救援争取宝贵时间，避免灾难性损失。因此，加强海上移动钻井平台消防系统的设计和应用研究，具有十分重要的现实意义[1]。
2 固定式消防系统设计
CJ46-X100-D自升式钻井平台是由荷兰著名海洋工程设计公司GUSTO MSC开发的型号。其主体尺度为：型长65 m、型宽62 m、型深8 m、设计吃水4.5 m、作业水深106 m、最大可变负载3 500 t、最大钻井深度9144 m。
该平台设计成熟，具有造价较低、运移性好、适应性强等特点。近十多年来，中国船厂已累计建造了数十座该型平台，入级美国船级社（ABS）。
2.1 消防水灭火系统
根据ABS MODU Rules 5-2-2/1.1[2]，平台上应至少设置两台消防泵及两个吸水源（海底门、海底阀、滤器和管道），消防泵及其动力源应保证当任何一个处所失火时不能使两台消防泵同时失去效用。
（1）本平台设置两台离心式消防泵（220 m3/h @ 110 m）。一台布置在左舷散料间，另一台布置在右舷辅机间;两台泵各自从海水总管上就近取水，海水总管联通左、右舷海底门及左、右舷潜水泵供水管线;
（2）消防泵吸口设滤器，出口设止回阀。为避免消防泵所产生的压力可能超出消防栓或水帯的设计压力，消防泵出口设压力释放阀;
（3）消防水总管设计成环形管路，环绕平台主船体机械舱室布置一圈，两台消防泵的排出管路分别在散料间和辅机间连接到总管上;为隔离损坏的管段，确保在发生事故时其它管段仍能正常使用，在消防水总管穿越消防泵所在的散料间及辅机间前后均设有隔离阀，这样当一台消防泵受损不能工作时，另一台消防泵可以通过环形总管提供消防水至各个终端用户;在各个区段供水分支处也设有隔离阀。
（4）为保持系统稳定，避免因少量的消防水损失引起消防泵不必要的起动，加入一台保压泵（10 m3/h @ 110 m）和一台压力水柜（1 m3），均布置在辅机间;保压泵从海水总管吸水，打入压力水柜出口汇入消防水总管，方便给系统补水。
2.2 CO2灭火系统
为了安全、有效地扑灭受保护的围蔽处所的特殊设备火灾，在不适用水灭火的情形下，选用固定式CO2气体灭火系统。ABS MODU Rules 5-2-3/3[2]，对CO2灭火系统的储存、设计、报警、控制等方面作了详细的要求。由于该系统原理复杂、零部件多，目前都是由专业厂家打包设计、供货。
本平台CO2灭火系统包括4个独立的子系统，分别保护主发电机室、应急发电机室、油漆间、厨房烟道：
（1）主发电机室CO2灭火系统，设有单独的房间放置CO2气瓶组，房间内放置一个遥控施放站;主发电机室两个门，外各放置一个遥控施放站;方便发生火灾时能迅速灭火;
（2）应急发电机室CO2灭火系统，设有成撬的消防站，放在应急发电机室外主甲板上;应急发电机室门外，放置一个遥控施放站;
（3）油漆间CO2灭火系统，设有成撬的消防站放在油漆间外;
（4）厨房烟道CO2灭火系统，设有成撬的灭火箱，放在厨房内门口处。 2.3 泡沫灭火系统
为了安全、有效地扑灭可能发生的油类火灾，选用固定式泡沫灭火系统。根据ABS MODU Rules 5-2-3/5 & 9[2]，泡沫系统需满足FSS[3]规则及MSC通告的相关要求，对直升机甲板及加油装置的保护也有单独的规定。
本平台泡沫灭火系统，分别保护直升机加油装置（油罐、油泵、分配单元）区域和直升机甲板区域。泡沫罐放置在右舷生活楼房顶，由消防水系统供水，经泡沫罐和比例混合器后，可选择输出泡沫或混合液以供喷嘴、泡沫炮、泡沫枪使用。为了隔离总管的损坏部分，在消防水总管进泡沫罐之前装有隔离阀。
2.4 水喷淋系统
为了对可爆流体系统中的主要设备、平台结构提供冷却保护和对围蔽处所内的灭火，选用固定式水喷淋灭火系统。
（1）根据规范对不同保护处所的灭火要求不同，本平台设计有两套水喷淋灭火系统和另一套水喷淋系统，分别保护：① 救生艇区域（三处）、燃烧臂区域（两处）、钻台区域、BOP处理区域。每个保护处所的喷淋水均单独从消防水管路就近取水，喷淋总管上设有控制阀;② 另一套水喷淋系统保护生活区房间。主要设备放置在辅机间，喷淋泵从海水总管取水，供水至喷淋水总管路。
（2）与消防水系统类似，喷淋泵吸口设有滤器，出口设压力释放阀及止回阀;另有一台保压泵和一台喷淋罐，保压泵从淡水舱吸水打入喷淋罐，罐出口汇入喷淋水总管，方便给系统补水。
3 规范修改对固定式消防系统设计的影响
上述固定式消防系统是按照当时ABS MODU 2012入级规范设计的，而后又颁布了ABS MODU 2013的规范[2]。 2013版规范新增了针对钻井区域和泥浆处理区域单独提出了具体的固定式消防系统保护要求：对于钻井区域，可选择水喷淋灭火系统或两台消防水炮灭火;对于泥浆处理区域，可选择泡沫灭火系统或气体灭火系统。更新版本的ABS MODU规范陆续对钻井区域补充了具体定义，并增加了压井&阻流管汇、试井区域、月池区域，并对泥浆处理区域补充了具体定义。
对比平台原有固定式消防系统，若按照2013新版的ABS MODU规范要求，需对压井&阻流管汇、试井区域、泥浆处理区域增加固定式消防系统，以满足入级检验。
3.1 压井&阻流管汇
平台的压井&阻流管汇布置在钻台面左舷侧，虽属钻台区域，但原钻台水喷淋系统保护区域并不能覆盖压井&阻流管汇。为此，厂家根据规范要求及平台现有条件，就近从钻台水喷淋总管上分一路支管去压井&阻流管汇区域，并增加喷嘴环绕，使之覆盖压井&阻流管汇。
3.2 试井区域
平台的试井区域在主甲板右舷侧，是一片预留给第三方试井设备的空地。根据规范要求及平台现有条件，此处不方便布置水喷淋系统，故选用消防水炮的方案，就近从右舷生活楼内消防水总管上分一路支管去生活楼A甲板梯道平台，并在此增加两台消防炮（各100 m3/h），以覆盖试井区域。
3.3 泥浆处理区域
泥浆处理区域为悬臂梁泥浆处理室，房间分为上下连通的两层，布置有众多的泥浆处理设备。根据规范要求及平台现有条件，泡沫灭火系统或气体灭火系统均可选用：
（1）若选择泡沫灭火系统，根据规范要求及平台现有条件，可就近从悬臂梁消防水总管上分一路支管作为泡沫系统水源，并在悬臂梁房间中选一处合适位置放置泡沫罐及泡沫比例混合器。消防水经泡沫比例混合器与泡沫罐内泡沫浓缩液混合进入泡沫系统总管后，再分为两路分别去到泥浆处理室上下层，增加喷嘴以环绕覆盖需保护的泥浆处理设备;
（2）若选择气体灭火系统，如CO2系统，按照系统配置及规范要求，可考慮在原悬臂梁内单独设计一个房间放置CO2瓶组等。考虑到泥浆处理室是上下两层且各有两个门，综合CO2房间位置考虑，可配置了4套遥控施放站：泥浆处理室下层两个门外附近各放置一个，上层离CO2房间较远的一个门外附近放置一个，CO2房间内放置一个。
上述两种方案中，对于泡沫系统，其设备较少且布置较容易，但需从消防水系统取水，且对喷嘴的覆盖范围有严格要求;对于CO2系统，其设备散件较多，对瓶组布置有要求，但系统整体独立且为全淹没式，对喷嘴的布置要求较为方便。由于本平台是后期新加系统，若从悬臂梁现有舱室中选择改造作为CO2房间较为困难，且考虑到CO2瓶组进舱等因素，改造难度大、成本高，故选择泡沫灭火系统。
3.4 规范修改对消防泵的校核
按照2013新版ABS MODU规范要求，对压井&阻流管汇、试井区域、泥浆处理区域分别增加了喷淋系统、消防炮、泡沫系统。这三处新加的固定式消防系统，均是从原消防水系统管路取水，因此需对原消防泵的排量、压头进行校核，以满足对消防泵的相关要求。
3.4.1 排量校核
消防泵除了给消防水系统供水，还是水喷淋系统及泡沫系统的供水源，故需先计算各个保护处所的消防水流量需求，再按规范核算消防泵的排量。因水喷淋系统及泡沫系统均是由厂家设计并送审船级社通过的，故可直接引用厂家计算书的相关数据进行校核，见表1。
根据规范，消防泵的排量应满足最大一个处所的消防水所需流量，同时保证两处消防栓灭火使用。从表1可看出，最大的消防水需求流量为钻台处的159.36 m3/h，每个消防栓的需求流量为25 m3/h，故消防泵的排量应不小于：159.36+25*2=209.36 m3/h，本平台选择的消防泵排量为220 m3/h，满足规范要求。
3.4.2 压头校核
消防泵排出口中心至最高的消防栓（直升机甲板处），垂直高度近67 ft，从消防泵至最高消防栓的管道摩擦损失估算约48 ft，故将海水从消防泵打至最高的消防栓所需压力约为：67+48=115 ft水柱（3.4 bar）。根据规范，直升机甲板处的泡沫系统终端需保持7 bar的压力，故消防泵的压头应不小于：3.4+7=10.4 bar，本平台选择的消防泵压头为110 m（11 bar），满足规范要求。
4 结束语
固定式消防系统涵盖了消防水、泡沫、喷淋水、气体等灭火系统。其中，消防水、泡沫、喷淋水系统一般都互有关联，其设计或修改均需整体考虑。通过以上校核可以看出，消防泵排量的裕度已较小，因此设计人员需保持对相关规范修改通报的关注，在设计初期作出有预见性的方案调整，降低后期可能出现的修改几率。
参考文献
[1] 王文若.海上移动钻井平台水消防系统设计[D].大连海事大学.2013.
[2] ABS.RULES FOR BUILDING AND CLASSING MOBILE OFFSHORE DRILLING UNITS[S].2013.
[3] IMO.International Code for Fire Safety Systems（FSS）[S].2000.
[4] IMO.The International Convention for the Safety of Life at Sea（SOLAS）[S].2014.
[5] NFPA 15.Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection[S].2001.
[6] CAP 437.Offshore Helicopter Landing Areas - Guidance on Standards[S].2008.
[7] NFPA 13.Standard for the Installation of Sprinkler Systems[S].2010.