液下式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)在電廠大型儲(chǔ)油罐中的應(yīng)用

趙西嶺　李林海

摘要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，火力發(fā)電廠機(jī)組的容量越來越大，特別是燃機(jī)（油）電廠，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)油罐容量也越來越大。文章根據(jù)工程實(shí)例介紹液下噴射式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)在電廠中的新應(yīng)用，闡述了其相對(duì)于液上噴射式泡沫滅火系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，可以確保電廠油罐消防系統(tǒng)更加安全地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：液下噴射式低倍數(shù)泡沫；儲(chǔ)油罐；高倍壓發(fā)生器；泡沫滅火系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)組 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ086 文章編號(hào)：1009-2374（2016）28-0043-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.022

1 研究的意義和目的

隨著國(guó)家環(huán)保政策和對(duì)火力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的調(diào)控，我國(guó)電力建設(shè)的發(fā)展在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將以超臨界、超超臨界大型機(jī)組為主，而有一大批機(jī)組是“上大壓小”項(xiàng)目。伴隨著機(jī)組容量的變大，特別是燃機(jī)（油）電廠，儲(chǔ)油罐的容量越來越大，大型儲(chǔ)油罐的消防安全問題也越來越重要。本次研究的目的在于：（1）結(jié)合實(shí)際工程案例介紹大型油罐泡沫消防的分類及優(yōu)缺點(diǎn)；（2）在滿足外方業(yè)主及規(guī)范（NFPA）對(duì)油罐消防要求的前提下，根據(jù)工程具體情況，對(duì)液下噴射式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行介紹。

2 研究的基本概況

本工程為新建電廠，工程建設(shè)規(guī)模為4×191MW，采用西門子公司的SGT6-5000F型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，二期工程將建成聯(lián)合循環(huán)。

執(zhí)行的規(guī)程及規(guī)范：（1）《發(fā)電廠和高壓變電站的消防安全推薦標(biāo)準(zhǔn)》（NFPA850）；（2）《低中高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》（NFPA11）；（3）《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)》（NFPA13）；（4）《固定防火灑水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》（NFPA15）；（5）《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50074-2002）；（6）業(yè)主企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 廠址條件

3.1 廠址自然條件

該廠址原是一片沼澤地，2000年8月業(yè)主進(jìn)行了回填，原規(guī)劃是煉油廠的擴(kuò)建用地?；靥詈蟮膱?chǎng)地平均標(biāo)高約為4.1m，據(jù)業(yè)主介紹地下水位約為2m。

3.2 氣象

設(shè)計(jì)風(fēng)速：離地9m處144km/h（40m/s）；干球溫度：35℃；濕球溫度：26℃；最高溫度：40℃；最低溫度：21℃；相對(duì)濕度：80%；日最大降水量：24小時(shí)7"（178mm）。

3.3 水源

本期工程燃機(jī)及其輔機(jī)采用空冷系統(tǒng)，由燃機(jī)廠家供貨。電廠生產(chǎn)補(bǔ)給水源取自兩座4500m3工業(yè)/消防水箱（地上式），水源為經(jīng)預(yù)處理后的AROA河地表水，市政自來水作為補(bǔ)充水源；生活用水為市政自來水，由廠址南側(cè)的自來水管路上引接。

4 油系統(tǒng)概述

本期工程消防系統(tǒng)為新建，采用獨(dú)立的臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)，設(shè)置獨(dú)立的消防給水系統(tǒng)的目的是為了確保全廠的安全生產(chǎn)，保證消防水不作它用，在消防時(shí)不因其他用水及用水點(diǎn)泄漏而影響消防水量和水壓。

本期工程消防給水系統(tǒng)由工業(yè)/消防水箱、消防水泵、消防穩(wěn)壓水泵、消防給水管網(wǎng)、室內(nèi)外消火栓、水噴霧滅火設(shè)施等組成。

消防水泵間內(nèi)設(shè)有3臺(tái)消防水泵，主泵為1臺(tái)50%電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)消防水泵、1臺(tái)50%柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)消防水泵，備用泵為1臺(tái)50%柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)消防水泵，并設(shè)1臺(tái)消防穩(wěn)壓水泵作為消防給水系統(tǒng)的穩(wěn)壓裝置。

柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)消防水泵及油箱采用水噴霧滅火系統(tǒng)，并在本體和油箱上設(shè)有線型感溫電纜，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫感動(dòng)作，從而使雨淋閥打開后自動(dòng)啟動(dòng)該水噴霧滅火系統(tǒng)。

本期工程新建四座12700m3的燃油罐（固定頂油罐，地上式，直徑36m，罐壁高14.398m，罐頂高4.33m），柴油的閃點(diǎn)≥70℃。燃油罐設(shè)置低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)（液下式）及固定式冷卻水系統(tǒng)，配置泡沫的用水和火災(zāi)時(shí)冷卻用水來自廠區(qū)消防水管網(wǎng)。油罐區(qū)周圍布置足夠數(shù)量的室外消火栓，油罐設(shè)有專用的固定式泡沫消防管道，在防火堤外的公共泡沫管線上設(shè)有供撲滅零星火災(zāi)用的泡沫槍接口，油罐頂周圍設(shè)有線型感溫探測(cè)器，當(dāng)火災(zāi)探測(cè)器將火災(zāi)報(bào)警信號(hào)送至區(qū)域/集中控制盤后，自動(dòng)/手動(dòng)啟動(dòng)該著火油罐的電動(dòng)控制閥，打開泡沫滅火系統(tǒng)；同時(shí)打開相應(yīng)的冷卻水管道，冷卻相應(yīng)的油罐，以免火勢(shì)進(jìn)一步蔓延。

5 油罐消防措施配置

5.1 油罐火災(zāi)的特點(diǎn)

由于儲(chǔ)油的種類、儲(chǔ)存的方式和條件不同，油罐火災(zāi)的特點(diǎn)也不一樣。油罐一旦發(fā)生爆炸，就會(huì)造成罐體破裂，罐蓋掀開、飛出，或是罐壁底部、中間裂開，導(dǎo)致油品流出燃燒。油品流出后，會(huì)向四周低洼處流淌，形成大面積火災(zāi)。

油罐發(fā)生火災(zāi)，有的先燃燒后爆炸，有的爆炸后不燃燒。

汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)后，燃燒速度快，火焰高、火勢(shì)猛，熱輻射強(qiáng)，易引起相鄰油罐及其他可燃物燃燒。儲(chǔ)存輕質(zhì)油品的油罐在呼吸閥、入孔和油罐上部破損處起火時(shí)，燃燒可能出現(xiàn)火炬狀，火焰體積不大，燃燒比較穩(wěn)定。

原油等重質(zhì)油品儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)后，易出現(xiàn)沸溢和噴濺（又稱沸噴），這是原油儲(chǔ)罐以及油輪、油駁火災(zāi)的一個(gè)突出特點(diǎn)。重質(zhì)油品著火后蒸發(fā)速度慢，蒸發(fā)時(shí)吸收熱量少，但容易使油品溢出罐外形成沸溢的現(xiàn)象。有時(shí)油品與火焰騰空而起，將燃油噴出罐外幾十米或百余米遠(yuǎn)，形成噴濺的現(xiàn)象。

5.2 油罐消防措施的分類

根據(jù)《發(fā)電廠和高壓變電站的消防安全推薦標(biāo)準(zhǔn)》（NFPA850）、《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50074-2002）的規(guī)定要求：石油庫(kù)的油罐應(yīng)設(shè)置泡沫滅火設(shè)施；地上式固定頂油罐、內(nèi)浮頂油罐應(yīng)設(shè)低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)或中倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)；單罐容量大于1000m3的油罐應(yīng)采用固定式泡沫滅火系統(tǒng)；單罐油罐不小于5000m3或罐壁高度不小于17m的油罐，還應(yīng)設(shè)固定式消防冷卻水系統(tǒng)。

因此對(duì)本期工程的油罐消防措施的配置提出以下兩種方案：

方案一：液上式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)+固定式消防冷卻水系統(tǒng)。

方案二：液下式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)+固定式消防冷卻水系統(tǒng)。

6 各方案組成及特點(diǎn)

6.1 液上式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)+固定式消防冷卻水系統(tǒng)（方案一）

液上式泡沫噴射系統(tǒng)是泡沫從液面上噴入被保護(hù)儲(chǔ)罐內(nèi)的滅火系統(tǒng)，由泡沫儲(chǔ)罐、泡沫比例混合器、泡沫產(chǎn)生器、火災(zāi)探測(cè)與啟動(dòng)控制裝置、管道及閥門組成。

火力發(fā)電廠的大型點(diǎn)火固定頂油罐消防系統(tǒng)，較多采用液上噴射泡沫消防滅火系統(tǒng)進(jìn)行消防保護(hù)。該系統(tǒng)具有泡沫發(fā)生器和部分管線易受到罐體燃燒爆炸破壞的影響而失去作用等缺點(diǎn)。

6.2 液下式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)+固定式消防冷卻水系統(tǒng)（方案二）

液下式泡沫噴射系統(tǒng)是泡沫從液面下噴入被保護(hù)儲(chǔ)罐內(nèi)的滅火系統(tǒng)，由泡沫儲(chǔ)罐、泡沫比例混合器、高背壓泡沫發(fā)生器、火災(zāi)探測(cè)與啟動(dòng)控制裝置、管道及閥門組成。

該方案泡沫發(fā)生器不是安裝在油罐罐體上，而是安裝在油罐區(qū)防火堤外，油罐一旦發(fā)生先爆炸后燃燒的情況，泡沫滅火系統(tǒng)不易受到破壞，提高了系統(tǒng)的安全性；泡沫液從液下到達(dá)燃燒面，不通過高溫火焰，不沿灼熱的罐壁流入，減少了泡沫損失，提高了滅火效率；泡沫液在上浮過程中，使罐內(nèi)液體冷油和熱油進(jìn)行對(duì)流，從而起到一定冷卻作用，有利于滅火；可在油罐區(qū)防火堤外進(jìn)行滅火操作，運(yùn)行靈活；減少了對(duì)油罐本體的結(jié)構(gòu)開孔，安裝便利。

7 本工程方案描述

本工程電廠設(shè)有4×12700m3的重油罐，油罐設(shè)計(jì)采用API標(biāo)準(zhǔn)，油罐消防采用NFPA標(biāo)準(zhǔn)。重油罐直徑36m，高18.728m（罐壁高14.398m、罐頂高4.33m），儲(chǔ)存的燃油額定閃點(diǎn)高于70℃。重油罐為地上立式固定頂油罐，相鄰罐之間的凈距為36m，油罐區(qū)設(shè)有防火堤。

按照外方業(yè)主要求，油罐區(qū)消防用水有電廠高壓消火栓系統(tǒng)供應(yīng)，消防水取自兩座4500m3工業(yè)/消防水箱（地上式），水源為經(jīng)預(yù)處理后的AROA河地表水，市政自來水作為補(bǔ)充水源?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)所需最大一次消防用水量按照9000m3考慮。為了保證消防用水，在工業(yè)/消防水箱內(nèi)設(shè)置了水位報(bào)警信號(hào)和停運(yùn)其他用水水泵的控制裝置。

7.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

按照外方業(yè)主要求，本工程消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須按照NFPA標(biāo)準(zhǔn)，并滿足業(yè)主方的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具體要求

如下：

經(jīng)計(jì)算后，消防最大用水量為633.215L/s，對(duì)應(yīng)的水壓要求為0.71MPa?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)所需最大一次消防用水量為12159.9m3。根據(jù)業(yè)主初步設(shè)計(jì)審查意見，業(yè)主同意設(shè)置2座4500m3的工業(yè)/消防水箱，并同意剩余不足部分消防水量（能在2小時(shí)內(nèi)補(bǔ)足）由業(yè)主考慮。

7.2 消防系統(tǒng)概述

本期工程消防系統(tǒng)為新建，采用獨(dú)立的臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)，設(shè)置獨(dú)立的消防給水系統(tǒng)的目的是為了確保全廠的安全生產(chǎn)，保證消防水不作它用，在消防時(shí)不因其他用水及用水點(diǎn)泄漏而影響消防水量和水壓。

本期工程消防給水系統(tǒng)由工業(yè)/消防水箱、消防水泵、消防穩(wěn)壓水泵、消防給水管網(wǎng)、室內(nèi)外消火栓、水噴霧滅火設(shè)施等組成。

消防水泵間內(nèi)設(shè)有3臺(tái)消防水泵，主泵為1臺(tái)50%電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)消防水泵、1臺(tái)50%柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)消防水泵，備用泵為1臺(tái)50%柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)消防水泵，并設(shè)1臺(tái)消防穩(wěn)壓水泵作為消防給水系統(tǒng)的穩(wěn)壓裝置。

在正常情況下，由消防穩(wěn)壓水泵維持消防給水系統(tǒng)的水壓（0.90MPa，可調(diào)），當(dāng)消防給水系統(tǒng)壓力下降至設(shè)定值（0.85MPa，可調(diào)）時(shí)，該設(shè)備自動(dòng)投入運(yùn)行，以保證消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，穩(wěn)壓裝置不能保證消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力，在消防給水系統(tǒng)的壓力下降至一定值（0.80MPa，可調(diào)）時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)消防水泵和一臺(tái)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)消防主泵自動(dòng)投入運(yùn)行。當(dāng)管網(wǎng)壓力繼續(xù)下降至一定值（0.75MPa，可調(diào)）時(shí)，柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)消防備用水泵自動(dòng)投入運(yùn)行，以保證消防給水系統(tǒng)所要求的水量和水壓。

消防水泵有兩路消防出水管接入廠區(qū)消防水管網(wǎng)，該管網(wǎng)在燃機(jī)島、燃油罐等區(qū)域呈環(huán)狀布置，管徑為24"、12"，供變壓器的水噴霧滅火系統(tǒng)用水、燃油罐泡沫消防用水等；該管網(wǎng)在化水、辦公區(qū)同樣均呈環(huán)狀布置，管徑為8"、6"，其供水對(duì)象為各建筑物的室內(nèi)消防用水以及廠區(qū)室外消火栓用水等。管網(wǎng)的壓力平時(shí)維持在0.90MPa。

7.3 設(shè)備的選型

本期工程共設(shè)3臺(tái)50%消防水泵，其中1臺(tái)電動(dòng)消防水泵參數(shù)：Q=300L/s（Q=1080m3/h），H=0.90MPa；配套電動(dòng)機(jī)N=500hp；2臺(tái)柴油機(jī)消防泵，參數(shù)：Q=300L/s（Q=1080m3/h），H=0.90MPa；配套柴油機(jī)N=575hp。

為維持消防給水管網(wǎng)的水壓，消防水泵間內(nèi)設(shè)置1臺(tái)消防穩(wěn)壓水泵，參數(shù)：Q=3.6L/s（Q=18m3/h），H=95m；配套電動(dòng)機(jī)N=25hp。

在消防水泵的出水管上設(shè)14"回水管，回水管接入消防水箱，供消防水泵檢查和試驗(yàn)用。回水管上設(shè)泄壓閥，以防止消防給水系統(tǒng)水壓過高。

經(jīng)計(jì)算后，本期工程油罐區(qū)一次火災(zāi)所需的3%的氟蛋白泡沫液量為4266L，泡沫儲(chǔ)罐容積不小于5000L即可。但外方業(yè)主要求泡沫儲(chǔ)罐容積不小于10000L，并考慮100%備用，故最終設(shè)置2座10000L的泡沫液儲(chǔ)罐。高背壓泡沫產(chǎn)生器的混合液流量為227～10410L/min。

7.4 管道連接及閥門

因本系統(tǒng)泡沫管道由油罐底部進(jìn)入，為防止油罐正常情況下內(nèi)部介質(zhì)不回流到泡沫管道，需在高背壓泡沫發(fā)生器至噴射口之間的管道上設(shè)置止回閥和檢修閘閥。止回閥必須具有良好的防漏效果，避免油介質(zhì)泄露。

7.5 泡沫系統(tǒng)的控制要求

本系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)，可以手動(dòng)啟動(dòng)（可在泡沫滅火監(jiān)控盤、集中控制盤上按鈕手動(dòng)），油罐頂周圍設(shè)有線型感溫探測(cè)器，當(dāng)火災(zāi)探測(cè)器將火災(zāi)報(bào)警信號(hào)送至區(qū)域/集中控制盤后，自動(dòng)/手動(dòng)啟動(dòng)該著火油罐的電動(dòng)控制閥，打開泡沫滅火系統(tǒng)，同時(shí)打開相應(yīng)的冷卻水管道，冷卻相應(yīng)的油罐，以免火勢(shì)進(jìn)一步蔓延。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本期工程4×12700m3的重油罐消防措施采用液下式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)+固定式消防冷卻水系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、可靠，一舉克服了液上噴射泡沫消防滅火系統(tǒng)的固有缺陷，安全性能大大提高，在對(duì)油罐安全有特殊要求的地方非常適用，并對(duì)有類似嚴(yán)格要求的地區(qū)大型非水溶性甲、乙、丙類液體點(diǎn)火固定頂油罐的泡沫消防設(shè)計(jì)起到一定的借鑒作用。

（責(zé)任編輯：蔣建華）