淺談海洋平臺(tái)防火技術(shù)

淺談海洋平臺(tái)防火技術(shù)

0海洋平臺(tái)防火技術(shù)海洋平臺(tái)容易受到火災(zāi)的影響?；馂?zāi)一旦發(fā)生,在油氣燃燒所產(chǎn)生的高溫作用下,將很快引起海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)失效,給整個(gè)海洋平臺(tái)及人員的安全造成極大危害。海洋平臺(tái)防火的目的主要是:保護(hù)人員的生命和財(cái)產(chǎn);防止生態(tài)環(huán)境遭受破壞。海洋平臺(tái)的防火技術(shù)可分為主動(dòng)式防火和被動(dòng)式防火。其中被動(dòng)式防火主要是通過燃燒時(shí)具有隔熱作用的非金屬防火作用,延遲和減緩火災(zāi)對海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)或防火分隔以及其它重要設(shè)備的破壞和危害,使得人員的安全能夠得到最大保障。1海洋平臺(tái)防火等級根據(jù)有關(guān)海洋平臺(tái)安全的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來歸納,海洋平臺(tái)的防火主要有以下3方面的內(nèi)容和要求:1)防止承重結(jié)構(gòu)件鋼材的溫度超過400℃,也就是取鋼材的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)為0.6的這個(gè)溫度為海洋平臺(tái)承重結(jié)構(gòu)防火的臨界溫度。2)阻止熱的傳遞,使得熱量通過艙壁(包括甲板、天棚和其它的一些通道)時(shí),其背火面的平均溫度增加不超過140℃和最高溫度增加不超過180℃。3)對采油和油氣生產(chǎn)過程中的容器、管道和閥門的溫度進(jìn)行限制(這個(gè)臨界溫度通常由設(shè)計(jì)者或使用者來決定),以確保這些設(shè)備的安全。對于海洋平臺(tái)的防火來說,通常需要用一個(gè)給定的等級來表示。該防火等級包含了2層意義。一是防火試驗(yàn)所模擬的火災(zāi)燃燒的類型,即防的是那一類別的火災(zāi)。針對海洋平臺(tái)的防火試驗(yàn)有3種類型:1)“A”級(cellulosicfire)標(biāo)準(zhǔn)防火試驗(yàn),這種燃燒升溫是模擬棉制品、紙張、木材在燃燒時(shí)的溫度變化而作出的時(shí)間溫度曲線。這種防火試驗(yàn)溫度上升比較緩慢,在第60min時(shí)的溫度比原始溫度增加925℃。2)“H”級(hydrocarbonfire)碳?xì)浠鸱阑鹪囼?yàn),是模擬碳?xì)漕惾剂系娜紵?一種比標(biāo)準(zhǔn)防火試驗(yàn)的升溫要快和猛烈的燃燒試驗(yàn)。在4min時(shí)溫度就可達(dá)到900℃,在第30min時(shí)溫度可達(dá)到1100℃,并一直維持這個(gè)溫度直到試驗(yàn)結(jié)束。這種防火試驗(yàn)在1970年代開始被應(yīng)用于海洋平臺(tái)上,近年來已成為海洋平臺(tái)防火的主要試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。3)“J”級(jetfire)噴射火防火試驗(yàn),是由泄漏的高壓碳?xì)錃鈩×胰紵纬蓢娚浠?。這種燃燒在數(shù)分鐘內(nèi)溫度可達(dá)到1200~1300℃?！癑”級噴射火防火試驗(yàn)是由于發(fā)生在1988年P(guān)iperAlpha海洋平臺(tái)的火災(zāi)后而進(jìn)行研究得出的防火試驗(yàn)方法。英國從1990年開始實(shí)施,并逐步在其它國家的海洋平臺(tái)上應(yīng)用。3種不同等級要求的防火試驗(yàn)升溫曲線如圖1所示。海洋平臺(tái)防火等級的另一層含義是在規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)結(jié)構(gòu)不遭受破壞,同時(shí)在規(guī)定的一個(gè)臨界極限溫度下能持續(xù)的時(shí)間。如在60min內(nèi)不超過所規(guī)定的溫度,即稱作60級。把防火試驗(yàn)類型和防火時(shí)間結(jié)合起來就是一個(gè)完整的防火等級,如“H120”級即表示為在碳?xì)浠鹑紵姆阑鹪囼?yàn)條件下能在120min內(nèi)不超過所規(guī)定的臨界溫度。2不燃材料的應(yīng)用對于海洋平臺(tái)的防火,早在1970年代就得到了很大的發(fā)展,文獻(xiàn)對此都有專述。特別是1988年英國北海油田的PiperAlpha海洋平臺(tái)的一場大火使167人失去了生命,更引起了世界各國對海洋平臺(tái)防火的高度重視。一些要求更高的防火等級被提出,并在防火技術(shù)和防火材料上都有了很大的發(fā)展。用于海洋平臺(tái)上的防火材料的基本要求是不燃材料,另外以下幾點(diǎn)也是需要考慮的:1)所使用的防火材料要在海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)困難復(fù)雜的場合下容易施工。2)所使用的防火材料無論是在施工前、在施工時(shí)還是在施工完成后都不能對人體有危害。3)所使用的防火材料應(yīng)具有長效性,能長期處在海洋環(huán)境下而不減弱防火效果。4)所使用的防火材料應(yīng)容易進(jìn)行維護(hù)和修補(bǔ)。但是有一些材料的使用會(huì)產(chǎn)生一些問題,如有機(jī)樹脂類的膨脹型涂層和升華型涂層并不能夠滿足不燃材料的規(guī)定,而且這種材料暴露在燃燒的火中會(huì)產(chǎn)生有害氣體。但是這類材料在使用時(shí)又具有很多的優(yōu)越性能,如施工方便,有良好的耐候性和抗化學(xué)性等。因此對這類材料的使用作出了一些限定,在生活模塊和工作場所要限制使用,而一般是在無人區(qū)域或敞開的及通風(fēng)良好的區(qū)域才能進(jìn)行使用。3海洋平臺(tái)的防火材料應(yīng)用3.1水泥跨空維護(hù)水泥蛭石涂層是早期海洋平臺(tái)建造中最常用的防火材料。這種涂層以水泥為凝結(jié)材料加上輕質(zhì)的具有層狀孔隙結(jié)構(gòu)的蛭石混合而成。水泥蛭石凝膠涂層不會(huì)因燃燒而產(chǎn)生煙霧和毒氣,因此對人員沒有危害。水泥蛭石涂層主要用在海洋平臺(tái)飛濺區(qū)及飛濺區(qū)以上的鋼質(zhì)承重結(jié)構(gòu)梁上。用于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)防火上的水泥蛭石涂層的容重在500~550kg/m3,50mm厚的涂層能滿足“H120”級的鋼結(jié)構(gòu)件防火要求。但是水泥蛭石涂層相對比較笨重,在小截面上的水泥蛭石涂層施工困難。另外涂層結(jié)合強(qiáng)度比較低、不耐碰撞,逐漸被其它防火涂層所取代。3.2雙組分纖維增強(qiáng)防火材料膨脹型涂層主要應(yīng)用在海洋平臺(tái)對承重結(jié)構(gòu)和油氣存儲(chǔ)設(shè)施的防火上。海洋平臺(tái)所用的膨脹型防火涂層通常是以環(huán)氧樹脂為基本材料,再加上遇熱時(shí)能膨脹的助劑。膨脹型防火涂層在受到燃燒高溫?zé)崃繒r(shí),涂層中的發(fā)泡性成分即受熱分解能迅速膨脹形成空隙狀的炭化層,從而在火焰和被保護(hù)的基材之間筑成一道熱屏障,來延緩鋼結(jié)構(gòu)基材的表面溫度上升。14mm厚的環(huán)氧樹脂膨脹型防火涂層能滿足結(jié)構(gòu)因子(Hp/A)為140的鋼結(jié)構(gòu)件的“H120”級防火要求。環(huán)氧類涂層具有很好的耐海洋環(huán)境、耐久性和耐候性,并且對鋼結(jié)構(gòu)件具有很好的附著力,同時(shí)涂層厚度薄,使得它們適合于在海洋平臺(tái)上的應(yīng)用。環(huán)氧樹脂膨脹型防火涂層除了防火作用外,還能夠起到防腐和裝飾作用。環(huán)氧樹脂膨脹型防火涂層采用的涂裝工藝與普通的環(huán)氧涂層基本相似,只不過在涂層比較厚的時(shí)候需要加上金屬網(wǎng)或碳纖維網(wǎng)來進(jìn)行固定。由于環(huán)氧膨脹型防火涂層遇火會(huì)揮發(fā)出有害氣體,因此不能作為生活區(qū)域和防火分隔的應(yīng)用。3.3遞的作用是遞升華型涂層也是應(yīng)用在海洋平臺(tái)對承重結(jié)構(gòu)和油氣存儲(chǔ)設(shè)施的防火上。升華型涂層在遇到火燃燒的熱量時(shí),會(huì)吸熱從固態(tài)直接升華為氣態(tài)。由于物質(zhì)在升華時(shí)會(huì)吸收大量熱量,并形成氣體從燃燒熱量相反的方向散發(fā),從而起到阻礙熱量傳遞的作用。升華型涂層的防護(hù)性能與各種組份的升華溫度、涂層厚度、燃燒強(qiáng)度及作用時(shí)間有關(guān)。海洋平臺(tái)所使用的升華型防火涂層也是以環(huán)氧樹脂為基本材料。根據(jù)升華型涂層自身特性,一旦受火災(zāi)作用超過其極限時(shí)間,所有的有機(jī)材料都會(huì)被消耗掉而失去防護(hù)功能。升華型防火涂層最適合用在海洋平臺(tái)油氣存儲(chǔ)設(shè)施上的防火,用6mm厚的升華型涂層可達(dá)到與60mm厚的水泥蛭石涂層同等的防火效果。升華型防火涂層用作海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)防火時(shí),6mm厚度的涂層能達(dá)到“J60”的防火等級。環(huán)氧樹脂基升華型涂層的技術(shù)特點(diǎn)和施工工藝都與環(huán)氧樹脂膨脹型防火涂層相類似。與環(huán)氧樹脂膨脹型涂層一樣,由于升華型防火涂層遇火會(huì)揮發(fā)出有害氣體,因而不適合應(yīng)用于生活區(qū)域和防火分隔上。3.4巖棉制品,保溫巖棉制品是以優(yōu)質(zhì)的玄武巖為主要原料,經(jīng)高溫熔融后,由高速離心設(shè)備制成直徑在10μm以下的無機(jī)纖維。再加入適量的酚醛樹脂粘結(jié)劑和防潮硅油,即可制成巖棉制品。高溫巖棉能耐900℃以上,短時(shí)能耐1100℃。在海洋平臺(tái)上也可以用作“H”級的防火絕熱材料。如使用容重為150kg/m3、總厚度為150mm的高溫巖棉氈貼覆在艙壁鋼板上并用碰釘固定,可以達(dá)到“H120”級的防火分隔要求。3.5可選用的絕熱材料。在一般轉(zhuǎn)染目前較多使用的是一種含有鈣、鎂元素的可溶性堿土金屬硅酸鹽纖維,在國外稱作AES。主要化學(xué)成分是SiO2、MgO和CaO,和巖棉有點(diǎn)類似。與巖棉相比,它的隔熱性能和耐高溫性能更好些。該材料的使用溫度在短期內(nèi)可承受1260℃的高溫,非常適合用作“H”級防火分隔的絕熱材料,因此它是在海洋平臺(tái)上用作“H”級防火分隔中的一種很有發(fā)展前途的絕熱材料。用厚度(38mm+50mm)、容重為128kg/m3再加上厚度38mm、容重為96kg/m3的可溶性硅酸鹽纖維貼覆在艙壁鋼板上并用碰釘固定,可以用作為“H120”級的防火分隔。另外,可溶性硅酸鹽纖維還可以和其他材料進(jìn)行復(fù)合,用作海洋平臺(tái)的儲(chǔ)油容器、管道的防火保護(hù)等。3.6絕熱材料的生產(chǎn)硅酸鈣板過去在船舶的“A”級防火分隔上進(jìn)行使用。硅酸鈣制品是以硅藻土等硅質(zhì)材料和消石灰等鈣質(zhì)材料為主要原料,再加入適量的纖維增強(qiáng)材料,經(jīng)制漿、成型、蒸壓養(yǎng)護(hù)、貼面處理等工序制成的一種絕熱材料。在海洋平臺(tái)上,硅酸鈣板主要作為高等級的防火分隔獨(dú)立圍壁板來應(yīng)用。用芯材容重為300kg/m3、厚度為96mm的硅酸鈣板,表面用0.7mm厚鋼板貼覆的復(fù)合板做成的獨(dú)立圍壁,可以用作“H120”級的非承重防火分隔。4海洋平臺(tái)防火涂層的研究綜上所述,在海洋平臺(tái)的建造過程中,對防火材料的應(yīng)用是必不可少的。通過論述提出以下幾點(diǎn)建議:1)在海洋平臺(tái)承重結(jié)構(gòu)件的防火技術(shù)上,目前主要采用的是有機(jī)樹脂類的涂層,但是不夠環(huán)保,一旦遭遇火災(zāi)時(shí)會(huì)釋放出有毒有害氣體,因此希望能使用既無毒不燃同時(shí)效率又高的防火涂層。2)