海上平台水喷淋系统喷头选型

４８卷增刊２００７年１１月中国造船ＳＨＩＰＢＵＩＬＤＩＮＧＯＦＣＨｌＮＡＶ０１．４８ＳｐｅｃｉａｌＮｏｖ．２００７

文章编号：１０００－４８８２（２００７）Ｓ一０１０３—０４

海上平台水喷淋系统喷头选型

华斌，陈艳艳，霍有利（海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津３００４５１）

摘要水喷琳系统是海上平台上非常重要的安全保护系统之一，喷头的选型是水喷淋系统设计中的重点和难点．对此结合海上平台的特点，从理论和海上工程应用等方面进行了论述，提供了海上平台水喷淋头喷头选型的方法，可供同行参考使用．

关键词：海上平台；水喷淋系统；喷头选型；喷洒曲线

１前言水喷淋系统是海上平台上非常重要的安全保护系统之一，喷头选型是海上平台水喷淋系统设计中一项重要的工作内容，是喷头布置和水喷淋系统三维管道的设计依据。喷头选型主要涉及几个问题：一个是选多大ｋ值、喷洒角是广角还是小角、多少数量的喷头最合理，并且能满足设计要求；另一个是，如何根据选定的喷头核算出常规设计压力的喷洒曲线，从而求出各种喷淋强度要求下的安装高度和安装的间距，这是喷头选型中的重点和难点。本文将结合海上平台独特的空间结构、环境气候条件、设备等因素重点论述这两方面的问题。

２喷头选型的前提喷头选型前，必须有以下几方面的资料作为设计的基础条件：（１）设备喷淋保护水量必须已知，只有知道需要多少水量，才能确定喷头用什么型号，大致需要多少数量。（２）设备的大致外形已知，以便使喷头数量的预估更加准确。（３）设备所处的大概位置确定，如此才能确定其受热面；然后确定保护的重点，这也与喷头数

量的预估有关。（４）必须有喷头的相关的数据，如喷头的Ｋ值，喷洒曲线等。海上平台用得最多的是ＢＥＴＥ喷头。（５）常规做法，是选择ｌ到３种型号的喷头，型号太多施工安装时很容易弄错，维护起来也比较麻烦。

３喷头喷洒曲线的核算３．１目的对喷头曲线的核算有三个目的：（１）在喷头选型阶段，要核算多个型号喷头的喷射曲线，得出各个型号的喷头在各种喷淋强度下的安装高度和安装的间距，以比较各种型号喷头的优劣；中国造船学术论文（２）为喷头布置和使用提供信息。（３）供三维喷头布置设计协调之用。因为三维设计涉及到各个专业的内容，针对海上平台自身的特点，空间是一个非常重要的制约因素，初期喷头布置过程中有一些因素可能是难以预料的，这就需要协调，根据实际情况对喷头位置进行调整。喷洒曲线应该事先考虑到需要调整的空间，以便高效地完成这项工作。３．２原因之所以要对喷头的喷洒曲线重新核算，那是因为一般厂家给定的喷洒曲线使用上有一定的局限性，因为其喷头入口的压力是死的，虽然压力在短的喷射距离内，对喷洒的曲线轨迹影响很小，但是，在不同的压力状况，同样的喷淋强度下，喷头的安装高度和保护直径是不一样的，厂家给的资料一般是喷头ｌｂａｒ或者２ｂａｒ的曲线，而海上平台喷头的入口压力一般按３．５ｂａｒ的要求设计，这就导致了喷头安装高度和安装间距的变化。同样喷淋强度下，喷头入口压力越大，其安装的高度越大，安装的间距也可以加大，这将直接影响到喷头的布置和喷头数量的确定，如果盲目地按照厂家的曲线布置，会浪费很多的喷头，所以在喷头布置前，必须对喷头的喷洒曲线重新核算。３．３假设厂家提供的曲线是在比较理想的状态下测试的，不受环境的影响，喷洒时只受入口压力和重力的影响。在核算喷洒曲线的时候，同样是在这一个前提条件下，而且在短距离（４ｍ）范围内，压力对喷洒曲线的轨迹影响非常小。由此，可以假设不同压力条件下，喷头在短距离内喷射曲线的轨迹是一样的。３．４原理Ｑ＝Ｋｘ压

Ｑｏ－屯＋ｓＳ：三×Ｄ２×１０－６４

（１）（２）（３）式中，Ｑ为喷头流量（单位：Ｌ／ｍｉｎ），Ｋ为喷头Ｋ值，Ｐ为喷头入口压力（单位：ｂａｒ），Ｑｏ为喷淋强度（单位：Ｌ／ｍｉｎ／ｍ２’，Ｓ为喷洒面积（单位：ｍ２），Ｄ为喷洒直径即喷头保护间距（单位：ｍｍ）。由式（２）、（３），可以得出：Ｄ：２０００Ｘ，埋

（４）ＬＶ万・Ｑｏ

一般情况下，喷头的Ｋ值和喷淋强度是已知的，所以可以知道喷头各种入口压力下的保护间距。除了保护间距，要确定喷洒曲线，还必须确定喷头的安装高度。

图１安装高度示意图图ｌ为安装高度示意图。假设根据（４）式算出喷头的保护半径为ａ’ｂ’，已知保护半径ａｂ及其对应的安装高度为ｏａ，保护半径ｃｄ及其对应的安装高度为ｏｇ。要求出ｏａ’，由图ｌ可得出下面两式：４８卷增刊华斌等：海上平台水喷淋系统喷头选型ｏａａｂｏａ’ａ’ｂ’

ｏａ＇ａ’ｂ’

ＯＣｃｄ

由（５）式和（６）式分别求出两个ｏａ’这取决于ａ’ｂ’、ａｂ、ｃｄ三者的关系：（５）（６）的理论计算值，如何根据这两个值来确定实际ｏａ’的值，

如果ａ’ｂ’－ａｂ＞ｃ．ｄ—ａ’ｂ７，那说明ａ’ｂ’与ｃｄ比较靠近，安装高度应该往（６）式算出的Ｏａ’靠近，反之亦然。然后根据选定的高度，再反算喷淋强度是否达到的要求，不断反算，直到接近。按照同样的道理，可以算出各种喷淋强度下的安装高度和安装间距，反算出各种安装高度和安装间距下的喷淋强度，把这些信息综合到曲线上，得出了ＢＥＴＥＮ２Ｗ型喷头的喷洒曲线，如图２所示。括号里数值为喷淋强度。计算出的曲线和制造商提供的实际实验曲线偏差很小。

图２Ｎ２ｗ喷头喷洒曲线示意图借助于ｅｘｃｅｌ可以使计算过程更加简单，按照厂家提供的喷头安装高度和安装间距，模拟出一条曲线，然后得出一个公式，用此公式即可根据安装间距计算安装高度，也可以通过安装高度计算安装间距，且能反算喷淋的强度。

４喷头选型

４．１Ｋ值选择影响喷头Ｋ值选取最重要的因素是设备保护所需的理论消防水量，喷头的通径。在喷头预估阶段，保护喷头的需水量必须满足设备保护的理论计算需水量要求，但不宜过多，最好能控制在１０％以内。不同Ｋ值的喷头尽管安装高度和间距有区别，但是差别不会很大，所以如果Ｋ值选择过大，尽管水量上能满足要求，但同时也会增加消防泵的排量，增加成本，从这个角度上来讲，喷头个数最少，喷洒曲线能覆盖设备的保护面，同时满足设计要求的喷头的Ｋ值是最合理的；另外一方面，喷头的Ｋ值越小，其对应的喷头通径也越小，海水无法满足要求。根据ＮＦＰＡｌ５要求，如果喷头通径小于３．２ｍｍ，必须加特殊的过滤器，所以海上环境不宜选择Ｋ值过小的喷头。ＮＦＰＡ１５要求最远喷头的入口压力为１．４ｂａｒ，而国标上要求入口压力为３．５ｂａｒ，考虑到海上的恶劣环境，设计时应尽量选择入口压力接近３．５ｂａｒ，通径大于３．２ｎｕｎ的喷头。４．２喷洒角选择海上平台常用的喷头喷洒曲线喷洒角有中角９０。的和广角１２０。两种，与中角喷头比较起来，同样Ｋ值，同样入口压力的喷头，广角喷头的安装间距比中角大，这就直接影响到喷头个数的确定。中国造船学术论文４．３型号确定在海上平台水喷淋系统设计过程中，为了确保采办、安装、维护方便且准确、无误，在设计过程中选择的喷头型号不会超过三种，对于喷淋强度要求大的，可以考虑选择大Ｋ值，广角的喷头，如井口区采油树的保护。而对于一些分离器，喷淋强度适中的喷头，选择相对于采油树保护喷头Ｋ值小一点的喷头。对于同一个保护设备，习惯上推荐只采用一种喷头。与陆地环境比较，海上平台环境比较恶劣，尤其海风、气温对喷射曲线都有影响，在选型过程中必须考虑。但要定量地描述环境对喷头的影响，难度较大，也没必要花费这种投入。

５结论喷头选型不仅是对各喷头使用过程中技术合理性的比较，更是对其经济性的评价，是一个比较繁琐的过程需要在操作过程中有一个非常清楚的思路。通过上面的论述，可以看出海上平台水喷淋系统喷头选型考虑的因素很多，有环境的影响，喷头入口压力、安装要求、海上常规做法等各方面的因素，只有综合考虑这些因素，才能确保选择的喷头经济、合理、可靠，取得投入和产出的最优效益。

参考文献：【ｌ】ＮＦＰＡ１５，ＷａｔｅｒＳｐｒａｙＦｉｘｅｄＳｙｓｔｅｍｆｏｒＦｉｒｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｓ］，２００１Ｅｄｉｔｉｏｎ【２１自动喷水灭火系统设计规范【Ｓ】．ＧＢ５００８４・２００１．【３】赵世明，王建文．设计规范中喷头最大间距辨析ｍ．给水捧水，２００３，２９（１２）【４】消防手册【Ｍ】．上海：知识出版社，北京：１９８６．【５】姜文源．建筑灭火设计手册【Ｍ１．北京：中国建筑工业出版社，１９９７．

ＤｅｌｕｇｅＮｏｚｚｌｅＳｅｌｅｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅＯｆｆｓｈｏｒｅＰｌａｔｆｏｒｍ

ＨＵＡＢｉｎ，ＣＨＥＮＹａｈ－ｙａｎ，ＨＵＯＹｏｕ－Ｌｉ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，ＯｆｆｓｈｏｒｅＯｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５１，Ｃｈｉｎａ）

ＡｂｓｔｒａｃｔＤｅｌｕｇｅｓｙｓｔｅｍｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｓａｆｅｔｙｓｙｓｔｅｍｓｏｎｔｈｅｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｏｎｔｈｅｄｅｌｕｇｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ，ｄｅｌｕｇｅｎｏｚｚｌｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｉｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙａｎｄｋｅｙｓｔｏｎｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅ

ｐｌａｔｆｏｒｍ，ａｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒｒｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｍｏｇｇｌｅｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｉｔｍａｙｂｅａｇｏｏｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｌｕｇｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｅｒｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ；ｄｅｌｕｇｅｓｙｓｔｅｍ；ｎｏｚｚｌｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｎｏｚｚｌｅｓｐｒａｙｃｕｒｖｅ作者简介华斌男，１９８２年生，工程师．主要从事海上油气田安全设计．陈艳艳女，１９８０年生，工程师．主要从事海上油气田配管设计．霍有利男，１９７３年生，高级工程师．主要从事海上油气田安全设计．