油氣田站場干粉滅火器配置優(yōu)化方法?

閆東東 苗春光 中國石化華北分公司石油工程技術(shù)研究院

油氣田站場干粉滅火器配置優(yōu)化方法?

閆東東 苗春光 中國石化華北分公司石油工程技術(shù)研究院

油氣裝置區(qū)主要包括工藝管線、儲(chǔ)罐、加熱爐等裝置，存在天然氣、原油、甲醇等易燃易爆物質(zhì)，有著極大的火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)裝置區(qū)面積、危險(xiǎn)等級(jí)、火災(zāi)類型等參數(shù)，計(jì)算其滅火級(jí)別。從滅火器保護(hù)距離、單具滅火器最小滅火級(jí)別、滅火器最低配置基準(zhǔn)、總費(fèi)用四個(gè)角度綜合研究得出多解方程最優(yōu)解（滅火器數(shù)量）。以某油氣田采氣廠八號(hào)集氣站裝置區(qū)為例，計(jì)算滅火器最優(yōu)配置方案，計(jì)算得出配備17具5 kg干粉滅火器更為經(jīng)濟(jì)合理。優(yōu)化油氣田站場滅火器配置數(shù)量，既能滿足油氣站場滅火需求，又能實(shí)現(xiàn)降本增效的最佳效果，對(duì)其他油氣站場的干粉滅火器配置具有較高的參考價(jià)值。

油氣站場；干粉滅火器；優(yōu)化配置；保護(hù)距離；滅火級(jí)別

油氣站場生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用大量的易燃易爆物質(zhì)，存在較大的火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)，需要配置消防器材。干粉滅火器作為油氣火災(zāi)發(fā)生初期的主要消防器材，滅火效果好，速度快，操作簡單，應(yīng)用范圍廣，適用于固體火災(zāi)、液體火災(zāi)、氣體火災(zāi)等多種火災(zāi)類型的撲救，在國內(nèi)油氣站場使用較為普遍。

《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB 50183）》和《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50140）》對(duì)生產(chǎn)區(qū)域油罐區(qū)、裝卸平臺(tái)等部分場所滅火器配置數(shù)量作了具體規(guī)定，但是對(duì)于裝置區(qū)卻沒有可操作性較強(qiáng)的計(jì)算規(guī)則，僅要求執(zhí)行《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50140）》中相應(yīng)規(guī)定。而《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50140）》中不同型號(hào)干粉滅火器滅火級(jí)別與滅火器質(zhì)量不成正比，且滅火級(jí)別跨度較大，工程設(shè)計(jì)時(shí)為了回避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，通常將站場消防設(shè)計(jì)提高若干級(jí)別，存在滅火器配置浪費(fèi)的情況。另外油氣站場中部分滅火器（如常見的35 kg推車式干粉滅火器）在規(guī)范中沒有給出滅火級(jí)別，在工程設(shè)計(jì)時(shí)只能套用低一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的滅火等級(jí)，也會(huì)導(dǎo)致滅火器配置的浪費(fèi)。

1 計(jì)算單元的劃分

按照可燃物質(zhì)可能發(fā)生的泄漏區(qū)域以及可燃物質(zhì)泄漏后發(fā)生的區(qū)域來劃分計(jì)算單元。防火分區(qū)之間的防火墻、防火門或防火卷簾可能會(huì)直接阻礙滅火人員攜帶滅火器通過，并影響滅火器的保護(hù)距離；而樓梯則會(huì)增加滅火人員攜帶滅火器上下樓層趕往著火點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間，也有可能因此而失去滅火器撲救初期火災(zāi)的最佳時(shí)機(jī)，故計(jì)算單元不應(yīng)跨越防火分區(qū)和樓層，只能局限在一個(gè)樓層或一個(gè)水平防火分區(qū)之內(nèi)。對(duì)危險(xiǎn)等級(jí)和火災(zāi)種類均相同的各個(gè)場所，只要它們是相鄰的并同屬于一個(gè)樓層或一個(gè)水平防火分區(qū)，那么就可將這些場所組合起來作為一個(gè)計(jì)算單元來考慮。如集氣站多個(gè)甲醇罐區(qū)組成的罐區(qū)存在防火堤，罐內(nèi)液體流出后不會(huì)外溢，故應(yīng)列為一個(gè)計(jì)算單元。存在公共走廊的宿舍、辦公室也應(yīng)該列為一個(gè)計(jì)算單元。若某一滅火器配置場所，當(dāng)其危險(xiǎn)等級(jí)和火災(zāi)種類有一項(xiàng)或二項(xiàng)與相鄰的其他場所不相同時(shí)，都應(yīng)將其單獨(dú)作為一個(gè)計(jì)算單元來考慮。

結(jié)合油氣站場實(shí)際，建議將站場劃分為配電室、儲(chǔ)罐區(qū)、工藝泵房、裝置區(qū)、其他部分等若干計(jì)算單元。裝置區(qū)滅火器數(shù)量計(jì)算是各個(gè)單元計(jì)算中較為復(fù)雜的部分，本文重點(diǎn)分析裝置區(qū)滅火器數(shù)量計(jì)算方法，其他地區(qū)可參考裝置區(qū)計(jì)算。

2 滅火器配置數(shù)量優(yōu)化方法

油氣裝置區(qū)主要包括工藝管線、儲(chǔ)罐、加熱爐等裝置，存在天然氣、原油、甲醇等易燃易爆物質(zhì)，有著極大的火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)裝置區(qū)面積、危險(xiǎn)等級(jí)、火災(zāi)類型等參數(shù)，按以下公式計(jì)算其滅火級(jí)別

式中Q為單元滅火級(jí)別；K為綜合調(diào)整系數(shù)；S為計(jì)算單元保護(hù)面積；U為單位滅火級(jí)別保護(hù)面積。按照《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50140）》中的條文補(bǔ)充說明，保護(hù)面積按建筑面積計(jì)算。

下面是從滅火器保護(hù)距離、單具滅火器最小滅火級(jí)別、滅火器最低配置基準(zhǔn)、總費(fèi)用四個(gè)角度綜合研究得出的多解方程最優(yōu)解（滅火器數(shù)量）。

2.1 從滅火器保護(hù)距離角度計(jì)算

按照《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50140）》要求，火災(zāi)區(qū)域的每個(gè)點(diǎn)均應(yīng)處于滅火器最大保護(hù)距離之內(nèi)，對(duì)于設(shè)置點(diǎn)數(shù)并無明確的計(jì)算方法。經(jīng)過分析，每個(gè)保護(hù)區(qū)域至少要設(shè)置一個(gè)滅火器設(shè)置點(diǎn)，才能保證覆蓋到站場各角落，滅火器保護(hù)距離示意圖見圖1。

對(duì)于一個(gè)固定計(jì)算單元，X和Y值均為固定值，S值由滅火器型號(hào)決定。將不同級(jí)別滅火器保護(hù)距離代入公式得到多解方程式

圖1 滅火器保護(hù)距離示意

式中N2為滅火器設(shè)置點(diǎn)數(shù)；表示小數(shù)部分向上取整；變量S為最大保護(hù)距離；X為計(jì)算單元橫向長度；Y為計(jì)算單元縱向長度；橫向需要設(shè)置的點(diǎn)數(shù)區(qū)間應(yīng)為，縱向?yàn)?/p>

2.2 從單具滅火器最小滅火級(jí)別角度計(jì)算

在式（1）計(jì)算出單元滅火級(jí)別的基礎(chǔ)上，按照不同滅火器的滅火級(jí)別，將ABC1型、ABC2型、ABC3型、ABC4型滅火器滅火級(jí)別分別代入公式，得到多解方程式

式中N3為滅火器配置數(shù)量。

2.3 從滅火器最低配置基準(zhǔn)角度計(jì)算

按照《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50140）》要求，計(jì)算單元內(nèi)的滅火器需要符合配置基準(zhǔn)，見表1。

表1 危險(xiǎn)場所單具滅火器最低配置基準(zhǔn)

2.4 從總費(fèi)用角度計(jì)算

配置所有滅火器的費(fèi)用

式中N為第k類干粉滅火器的數(shù)量，總共有n項(xiàng)。

2.5 多解方程最優(yōu)解計(jì)算

通過以上分析，根據(jù)不同情況，結(jié)合各種費(fèi)用計(jì)算方法，利用公式（1）、（2）、（3）計(jì)算得出多解方程最優(yōu)解。

首先，配置的干粉滅火器需要滿足表1要求。其次，進(jìn)行配置數(shù)量N3與點(diǎn)數(shù)N2的比較。因滅火器配置數(shù)量必須滿足大于等于滅火器設(shè)置點(diǎn)的數(shù)量以及規(guī)范中每個(gè)設(shè)置點(diǎn)數(shù)配置數(shù)量小于等于5具的要求，故應(yīng)有N3數(shù)值介于N2～5N2之間。

若N3小于N2，說明滅火器配置規(guī)格過大，在滿足設(shè)置點(diǎn)數(shù)的條件下，配置的滅火器級(jí)別必然超過站場滅火級(jí)別，存在配置浪費(fèi)情況，此時(shí)的滅火器級(jí)別不建議選取，如必須在此區(qū)間取值，則應(yīng)選擇等于N2值。

若N3大于5N2，說明選取的滅火器配置級(jí)別過低，會(huì)出現(xiàn)一處地點(diǎn)滅火器配置多于5具的情況，則不應(yīng)選取。

當(dāng)N3數(shù)值介于N2～5N2之間時(shí)，則為符合要求區(qū)間。如果僅存在一個(gè)解，則為最優(yōu)解，否則需要參考滅火器價(jià)格用式（4）計(jì)算最優(yōu)解。

2.6 一些特殊點(diǎn)處理

《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB 50183）》對(duì)一些特殊點(diǎn)做了要求，如原油儲(chǔ)罐、裝卸平臺(tái)等區(qū)域應(yīng)遵循專門的規(guī)定，這些點(diǎn)的設(shè)置需要補(bǔ)充到配置當(dāng)中。

（1）甲醇罐區(qū)、油罐區(qū)?！妒吞烊粴夤こ淘O(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB 50183）》中“8.9.2當(dāng)設(shè)有固定式或半固定式消防系統(tǒng)時(shí)，固定頂罐配置滅火器可按應(yīng)配置數(shù)量的10%設(shè)置，浮頂罐應(yīng)按配置數(shù)量的5%設(shè)置。當(dāng)罐組內(nèi)儲(chǔ)罐數(shù)量超過2座時(shí)，滅火器數(shù)量應(yīng)按其中2個(gè)較大儲(chǔ)罐計(jì)算確定；但每個(gè)儲(chǔ)罐配置的數(shù)量不宜多于3個(gè)、小于1個(gè)手提式滅火器，所配滅火器應(yīng)分組布置；露天生產(chǎn)裝置應(yīng)按配置數(shù)量的30%設(shè)置?！边@里的配置數(shù)量應(yīng)指式（1）中K=1的情形。

（2）裝卸平臺(tái)。《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB 50183）》中“8.7.3火車、汽車裝卸液化石油氣棧臺(tái)宜設(shè)置消防給水系統(tǒng)和干粉滅火設(shè)施?！钡俏唇o出配置數(shù)量，此時(shí)需要參考其他規(guī)范?！妒突て髽I(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB 50160）》中“8.9.4可燃?xì)怏w、液化烴和可燃液體的鐵路裝卸棧臺(tái)應(yīng)沿棧臺(tái)每12 m處上下各分別設(shè)置2個(gè)手提式干粉型滅火器?！北局挥靡粋浜椭亓窟m中的原則，建議裝卸平臺(tái)處設(shè)置2具8 kg滅火器。

（3）壓縮機(jī)房?！妒吞烊粴夤こ淘O(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB 50183）》中“8.9.4天然氣壓縮機(jī)廠房應(yīng)配置推車式滅火器?！钡俏唇o出配置數(shù)量，這里可以通過費(fèi)用比選的方法在推車式滅火器當(dāng)中選擇費(fèi)用最低方案。

3 優(yōu)化實(shí)例

以某油氣田采氣廠八號(hào)集氣站裝置區(qū)為例，實(shí)際配有5 kg干粉滅火器10具、10 kg干粉滅火器11具、20 kg干粉滅火器4具、50 kg干粉滅火器2具，該計(jì)算單元是露天高危B類火災(zāi)場所，尺寸X、Y為50 m×50 m，K取0.3，計(jì)算滅火器最優(yōu)配置方案。將不同滅火器滅火級(jí)別和保護(hù)距離代入公式（1）、（2）、（3）、（4），經(jīng)計(jì)算得到多個(gè)解。

由表1最低配置標(biāo)準(zhǔn)得知，最小應(yīng)配置89B級(jí)別滅火器，即滅火器重量應(yīng)大于等于5 kg，故MF/ ABC1、MF/ABC2、MF/ABC3、MF/ABC4型號(hào)滅火器均不應(yīng)選用?？梢赃x擇MF/ABC5、MF/ABC6、MFT/ABC20、MFT/ABC50、MFT/ABC100和MFT/ ABC125五種滅火器。從《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50140）》附表A.0.1和A.0.2可知，因MF/ ABC5型比MF/ABC6型重量輕，而滅火級(jí)別均為3A/89B，不建議選擇MF/ABC6。同理MFT/ABC100和MFT/ABC125重量大且滅火級(jí)別與MFT/ABC50均為297B，不建議選擇。由此可以選擇MF/ ABC5、MFT/ABC20和MFT/ABC50三種方案，經(jīng)市場詢價(jià)，5 kg干粉滅火器市場價(jià)格為85元/具，10 kg干粉滅火器價(jià)格為158元/具，20 kg干粉滅火器價(jià)格為570元/具，50 kg干粉滅火器價(jià)格為850元/具。計(jì)算得出，本實(shí)例中選擇配備17具5 kg干粉滅火器方案更為經(jīng)濟(jì)合理。

4 結(jié)語

從滅火器保護(hù)距離、單具滅火器最小滅火級(jí)別、滅火器最低配置基準(zhǔn)、總費(fèi)用四個(gè)角度進(jìn)行綜合研究，將站場面積、修正系數(shù)、滅火器保護(hù)距離、滅火器滅火級(jí)別、單臺(tái)滅火器費(fèi)用分別代入公式（1）～（4），可知滅火器數(shù)量存在最優(yōu)解。

根據(jù)當(dāng)前消防技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，在較長時(shí)期內(nèi)油氣站場消防力量仍需依靠大量干粉滅火器等基礎(chǔ)滅火器材，而實(shí)際油氣站場存在很大干粉滅火器配置優(yōu)化空間，本文所述優(yōu)化配置方法對(duì)其他油氣站場的干粉滅火器配置具有一定的參考價(jià)值。為達(dá)到既能滿足油氣站場滅火需求，又能實(shí)現(xiàn)降本增效的最佳效果，消防管理和技術(shù)人員需在消防器材選型、配備數(shù)量等方面進(jìn)行優(yōu)化研究，輔助以完善的運(yùn)行維護(hù)流程，并在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)技術(shù)改進(jìn)，這樣才可提高我國油氣站場的消防能力。

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.030