某石油化工項目消防給水系統(tǒng)安全可靠性分析及相關(guān)規(guī)范適用性探討

朱元臣，欒新曉，朱超凡

（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，山東　青島　266071）

某石油化工項目消防給水系統(tǒng)安全可靠性分析及相關(guān)規(guī)范適用性探討

朱元臣，欒新曉，朱超凡

（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，山東青島266071）

介紹了某大型石化項目消防給水系統(tǒng)，針對其安全可靠性進(jìn)行分析，并對GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)條文的適用性進(jìn)行探討，提出修訂建議。

石油化工；消防給水系統(tǒng)；安全可靠性；規(guī)范條文適用性；修訂

某大型石油化工項目廠區(qū)占地面積約為620 hm2，石油加工能力為2 800萬t/a。該項目主要包括常減壓蒸餾、催化裂化、連續(xù)重整、延遲焦化、加氫裂化和聚丙烯等30余套工藝生產(chǎn)裝置，并且建設(shè)有原油碼頭及庫區(qū)、產(chǎn)品碼頭和鐵路專用線，以及油品儲運罐組和輔助生產(chǎn)設(shè)施等配套工程。該項目廠區(qū)消防給水系統(tǒng)設(shè)計主要執(zhí)行了GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》［1］（以下簡稱《石化規(guī)》）和GB 50016—2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（以下簡稱《建規(guī)》）等規(guī)范，并且滿足《建規(guī)》（GB 50016—2014［2］）和《石化規(guī)》（修訂版報批稿）的相關(guān)要求的相關(guān)要求。

隨著GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》［3］（以下簡稱《消規(guī)》）的發(fā)布實施，石化項目消防給水系統(tǒng)設(shè)計需要執(zhí)行的規(guī)范除了《石化規(guī)》和《建規(guī)》等相關(guān)規(guī)范外，又增加了《消規(guī)》。本文在分析該大型石化項目消防給水系統(tǒng)安全可靠性的基礎(chǔ)上，探討《消規(guī)》中部分條文對于石化項目的適用性。

1　消防給水系統(tǒng)

1.1廠區(qū)設(shè)計消防用水量

根據(jù)《石化規(guī)》的相關(guān)條文規(guī)定，廠區(qū)占地面積大于100 hm2，其設(shè)計消防用水量按一次同時發(fā)生2處火災(zāi)考慮，一處為廠區(qū)消防用水量最大處，另一處為輔助生產(chǎn)設(shè)施。該項目廠區(qū)消防用水量最大處為球罐組Ⅰ和球罐組Ⅱ，其計算消防用水量均為700 L/s（2 520 m3/h），火災(zāi)延續(xù)時間均為6 h；輔助生產(chǎn)設(shè)施計算消防用水量為50 L/s（180 m3/h），火災(zāi)延續(xù)時間為2 h。廠區(qū)計算消防用水總量為750 L/s（2 700 m3/h），計算消防水儲存量為15 500m3。廠區(qū)設(shè)計消防用水量為800 L/s（2 880 m3/h），設(shè)計消防儲存水量為18 000 m3。

1.2廠區(qū)消防水泵站

《石化規(guī)》（修訂版報批稿）中規(guī)定：“石油化工企業(yè)占地面積大于200 hm2時，消防水泵站應(yīng)不少于2座”。為了消除廠區(qū)僅設(shè)置1套消防供水系統(tǒng)發(fā)生意外事故而帶來的安全供水風(fēng)險，對于廠區(qū)占地面積超過200 hm2的大型石化企業(yè)，設(shè)置不少于2套消防供水系統(tǒng)是比較合理的［4］。根據(jù)廠區(qū)占地面積和總平面布置，參照各消防對象所需要的消防用水量和消防水壓要求，該項目在廠區(qū)設(shè)置了2座規(guī)模、能力和機(jī)泵設(shè)備配置等均完全相同的消防水泵站。2座消防水泵站的消防水設(shè)計規(guī)模均為800 L/s（2 880 m3/h），供水壓力為1.2 MPa（g）。2座消防水泵站均配置2臺安全儲水罐、2臺電動消防水泵、2臺柴油機(jī)消防水泵和2臺變頻電動消防穩(wěn)壓泵等主要機(jī)泵設(shè)備。2座泵站的消防水設(shè)計儲存量均為18 000 m3。安全儲水罐內(nèi)設(shè)置消防水不被動用的設(shè)施，兩儲罐之間設(shè)置連通管和切斷閥，設(shè)計補(bǔ)充消防用水量為400 m3/h。

消防水泵站（1#，2#）配備的主要機(jī)泵及設(shè)備見表1。

表1　消防水泵站主要機(jī)泵及設(shè)備Tab.1　Main pumps and equipments of fire water pump station

1.3廠區(qū)消防給水管道系統(tǒng)

根據(jù)《石化規(guī)》的規(guī)定，廠區(qū)設(shè)置了獨立的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，其管道系統(tǒng)設(shè)計工作壓力為1.2 MPa（g）。在工藝生產(chǎn)裝置、油品儲運罐組和主要輔助生產(chǎn)設(shè)施等單元四周，消防給水管道均以環(huán)狀管網(wǎng)布置，并且采用閥門把消防水環(huán)狀管網(wǎng)分成若干可以獨立的管段，每段設(shè)置消火栓的數(shù)量不超過5個。工藝生產(chǎn)裝置和油品儲運罐組等單元四周消火栓間距不超過50 m；輔助生產(chǎn)設(shè)施等單元四周消火栓間距不超過60 m。消火栓均采用直徑為150 mm的快速調(diào)壓地上式防撞型消火栓。在裝置區(qū)和球罐區(qū)設(shè)置消防水炮，用于甲、乙類可燃?xì)怏w、可燃液體設(shè)備的高大構(gòu)架和設(shè)備群的保護(hù)。

消防給水管道均采用鋼管，閥門采用壓力等級PN16～PN25閘閥或球閥。

1.4消火栓

該項目采用的是具有調(diào)壓、防撞功能的公稱直徑150 mm地上式消火栓。

2　消防給水系統(tǒng)的安全可靠性分析

2.1消防水泵站

2.1.1泵站數(shù)量

廠區(qū)設(shè)置了2座規(guī)模、能力和機(jī)泵設(shè)備配置均完全相同的消防水泵站，相當(dāng)于2座完全相同的消防水泵站互為備用。當(dāng)廠區(qū)某處一旦發(fā)生火災(zāi)時，可單獨運行其中的任1座泵站或聯(lián)合運行2座泵站向火災(zāi)處供給所需要的消防水。

2.1.2泵站設(shè)置位置

2座消防水泵站分別位于廠區(qū)的中南部和北部區(qū)域，兩者之間的直線距離約為2.7 km，并且均遠(yuǎn)離爆炸危險區(qū)域，其安全性可以得到保障。即使在其中1座消防水泵站被破壞時，另1座泵站完全不會受到影響，仍然能夠安全可靠地向廠區(qū)所有消防對象提供滿足水量和水壓要求的消防水。

2.1.3泵站配備的動力

采用電動泵為消防主泵，其供電方式滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》所規(guī)定的一級負(fù)荷供電要求。另外，配備柴油機(jī)為第二動力源，設(shè)置柴油機(jī)消防水泵做為備用泵，其備用率為100%。即使在2路電源均斷電的極端不利情況下，消防水泵站也能夠安全可靠地向廠區(qū)內(nèi)所有消防對象提供滿足水量和水壓要求的消防水。

2.2消防給水管道

在火災(zāi)危險性較大的工藝生產(chǎn)裝置、油品儲運罐組和主要輔助生產(chǎn)設(shè)施等區(qū)域，消防給水管道系統(tǒng)采用環(huán)狀管網(wǎng)布置；消防水管道系統(tǒng)上設(shè)置的閥門把環(huán)狀管網(wǎng)分成若干可以獨立的管段，每段消火栓的數(shù)量不超過5個；當(dāng)某個管段發(fā)生事故時，消防給水管道系統(tǒng)的其余管段組成的環(huán)狀管網(wǎng)仍然能夠滿足廠區(qū)所有消防對象的100%消防用水量和用水壓力要求。

消防給水管道均采用了鋼管，閥門采用了壓力等級PN16～PN25閘閥或球閥，能夠確保消防給水管道系統(tǒng)長期處于安全完好狀態(tài)。

2.3消火栓

該項目穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)的壓力較高，采用了具有調(diào)壓、防撞功能的地上式消火栓，便于在各種情況下安全使用消火栓。其防撞功能是針對即使發(fā)生某一個消火栓被撞壞的情況，此時也只是僅影響被撞的消火栓，不會影響到整個消防給水系統(tǒng)的安全使用。

3　執(zhí)行 《消規(guī)》過程中遇到的主要問題

《消規(guī)》于2014年發(fā)布后，該項目在執(zhí)行《消規(guī)》過程中遇到以下主要問題：

（1）《消規(guī)》中3.1.1條文規(guī)定：“工廠、堆場和儲罐區(qū)等，當(dāng)占地面積大于100 hm2，同一時間內(nèi)的火災(zāi)起數(shù)應(yīng)按2起確定，工廠、堆場和儲罐區(qū)應(yīng)按需水量最大的2座建筑各計1起”。按照《消規(guī)》中上述的條文規(guī)定，該石化項目的單個工藝生產(chǎn)裝置和單個油品儲運罐組均應(yīng)作為1座“建筑”對待。經(jīng)過計算得到的結(jié)果是，廠區(qū)消防用水量將達(dá)到1 400 L/s（5 040 m3/h）。這樣一來，該項目不僅需要近乎成倍地擴(kuò)大消防水泵站的設(shè)計規(guī)模，而且需要大幅度地增加供水主干管和部分環(huán)狀管網(wǎng)的管道管徑，同時還有相當(dāng)數(shù)量的閥門需要加大口徑。

（2）按照《消規(guī)》中2.1.3條文規(guī)定，該項目設(shè)計方案采用的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)屬于臨時高壓消防給水系統(tǒng)。根據(jù)《消規(guī)》中6.1.11條文規(guī)定：“工礦企業(yè)消防供水的最大保護(hù)半徑不宜超過1 200 m，且占地面積不宜大于200 hm2”。該項目廠區(qū)占地面積為620 hm2，不僅需要再增設(shè)至少2座消防水泵站，而且必須調(diào)整2座已有消防水泵站的平面位置，甚至還需要重新規(guī)劃調(diào)整全廠總平面布置。

（3）《消規(guī)》中6.2.1條文規(guī)定：“消火栓栓口處靜壓大于1.0 MPa時，消防給水系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)供水”。按照此條文規(guī)定，該項目必須要增設(shè)若干專用閥門，把一個完整的全廠穩(wěn)高壓消防水管道系統(tǒng)，人為地分隔為若干個互相獨立的消防給水管道系統(tǒng)。

（4）該項目的消防水管道系統(tǒng)系根據(jù)《石化規(guī)》進(jìn)行設(shè)計，采用的消防水管道的設(shè)計流速為不大于3.5 m/s，設(shè)計消防給水管道的主要干管管徑為DN 600 mm。但是，《消規(guī)》中8.1.8條文規(guī)定：“消防給水管道的設(shè)計流速不宜大于2.5 m/s”。為了滿足該條文要求，再使用《消規(guī)》“需水量最大的2座建筑各計1起”確定的廠區(qū)消防用水量數(shù)據(jù)，計算得到的設(shè)計消防給水管道的主要干管管徑就必須不小于DN 900 mm。該項目若執(zhí)行《消規(guī)》的上述條文規(guī)定，必須增大整個廠區(qū)消防給水管道系統(tǒng)近于全部的管道管徑和閥門口徑。

4　《消規(guī)》相關(guān)條文對石化項目的適用性探討

（1）當(dāng)石化項目廠區(qū)占地面積大于100 hm2時，若按照《消規(guī)》中3.1.1條文規(guī)定進(jìn)行消防用水量進(jìn)行設(shè)計時，不僅需要擴(kuò)大消防水泵站的設(shè)計規(guī)模，而且需要大量地增加整個消防給水系統(tǒng)的管道管徑和閥門口徑?！妒?guī)》的長期應(yīng)用經(jīng)驗完全可以證明，石化企業(yè)廠區(qū)消防用水量按照消防用水最大處和輔助生產(chǎn)設(shè)施的消防用水量之和確定，這樣得到的消防水泵站設(shè)計規(guī)模既是比較經(jīng)濟(jì)合理的，也是本質(zhì)上安全可靠的。與此同時，由于按照《石化規(guī)》設(shè)計計算得到的消防用水量本來就已經(jīng)足夠大的原因，所以消防水泵站設(shè)計方案無法再執(zhí)行《消規(guī)》中5.1.4和5.1.6等條文關(guān)于消防水泵的選擇和應(yīng)用等規(guī)定。

（2）若根據(jù)《消規(guī)》中6.1.11條文規(guī)定，石化企業(yè)整個廠區(qū)的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)屬于“建筑群共用臨時高壓消防給水系統(tǒng)”。但是，《石化規(guī)》所要求的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，不僅消防水泵站電動消防水泵的供電方式滿足一級負(fù)荷供電要求，而且同時又配備了100%柴油機(jī)消防水泵作為備用泵，已經(jīng)達(dá)到無障礙的動力配備要求。從其安全可靠性分析，可以認(rèn)為石化企業(yè)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)完全可以等同于《消規(guī)》中的“高壓消防給水系統(tǒng)”。另外，石化企業(yè)的消防水管道沿廠區(qū)消防道路敷設(shè)，形成大環(huán)套小環(huán)、大小環(huán)又環(huán)環(huán)相扣的環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)，并且消防水管道上設(shè)置的閥門把整個環(huán)狀管網(wǎng)分隔成若干可以互相獨立的管段。所以，該項目已經(jīng)按照《石化規(guī)》（修訂版報批稿）中“石油化工企業(yè)占地面積大于200 hm2時，消防水泵站應(yīng)不少于2座”等相關(guān)條文規(guī)定進(jìn)行設(shè)計，不需要再增設(shè)消防水泵站，這樣是比較經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠的。對于廠區(qū)面積大于200 hm2的大型石化企業(yè)，尤其是對于某些占地面積超過400 hm2甚至大于1 000 hm2的特大型石化企業(yè)，其消防水泵站設(shè)置數(shù)量和其消防供水的最大保護(hù)半徑等均不需要再執(zhí)行《消規(guī)》中6.1.11等條文規(guī)定。

（3）石化企業(yè)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的工作壓力一般均大于1.0 MPa，并且選用的是可調(diào)壓的消火栓。這樣既可以滿足消防時的水壓要求，又不會對消防人員的操作使用帶來困難。根據(jù)石化企業(yè)多年的實際運行情況可知，其消防給水系統(tǒng)根本不需要再執(zhí)行《消規(guī)》中6.2.1條文等規(guī)定。尤其是若把一個完整的廠區(qū)穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)管網(wǎng)，人為地分隔為若干個消防水系統(tǒng)，不僅會增加不必要的工程投資，而且直接降低了整個廠區(qū)消防給水系統(tǒng)的安全可靠性。

（4）《石化規(guī)》8.5.4條文中規(guī)定“獨立的消防給水管道的流速不宜大于3.5 m/s”。該管道流速規(guī)定不僅綜合考慮到國內(nèi)石化企業(yè)的消防給水系統(tǒng)管道材質(zhì)均采用鋼制管道等實際工程現(xiàn)狀，而且兼顧到閥門快速啟閉及水泵機(jī)組突然停車等因素形成水擊對于管路的影響，同時還參考了國外標(biāo)準(zhǔn)，把消防給水管道的流速從1999年版《石化規(guī)》中5 m/s降低到3.5 m/s。這樣的規(guī)定不僅切合實際，而且完全能夠確保消防水管道系統(tǒng)長周期地安全可靠運行。實踐充分證明，石化項目廠區(qū)消防給水系統(tǒng)設(shè)計完全不必再硬性執(zhí)行《消規(guī)》8.1.8條文中“消防給水管道的設(shè)計流速不宜大于2.5 m/s”等條文規(guī)定。

5　結(jié)語與建議

經(jīng)過認(rèn)真學(xué)習(xí)研讀《消規(guī)》，作者認(rèn)為《消規(guī)》中的部分條文，在很大程度上主要適用于民用建筑、居民小區(qū)、公共設(shè)施和廠區(qū)面積較小的工業(yè)企業(yè)等建設(shè)工程。而石化項目設(shè)計若完全執(zhí)行《消規(guī)》會帶來諸多不合理問題。與之相比較而言，《石化規(guī)》對于指導(dǎo)石化項目廠區(qū)消防水泵站和消防給水管道等消防給水系統(tǒng)設(shè)計則具有更強(qiáng)的適用性。

《消規(guī)》作為從《建規(guī)》中分離衍生出來的一部規(guī)范，作者認(rèn)為應(yīng)該進(jìn)一步增強(qiáng)與《建規(guī)》和《石化規(guī)》等相關(guān)規(guī)范的銜接性。基于石化項目設(shè)計的急迫需要，作者切盼《消規(guī)》能夠盡快地修訂一些不太適用的條文。建議《消規(guī)》是否可以考慮參照《建規(guī)》修訂，在1.0.2條文中，增加“人民防空工程、石油和天然氣工程、石油化工工程和火力發(fā)電廠與變電所等的防火設(shè)計，當(dāng)有專門的國家標(biāo)準(zhǔn)時，宜從其規(guī)定”等內(nèi)容。

［1］GB 50160—2008，石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范［S］（包括修訂版報批稿）.

［2］GB 50016—2014，建筑設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［3］GB 50974—2014，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］韓艷萍，張晉武.石油化工企業(yè)常見消防設(shè)計問題探討［J］.工業(yè)用水與廢水，2014，45（2）：78-82.

Safe reliability analysis of fire water supply system in a petrochemical project and discussion on applicability of relevant codes

ZHU Yuan-chen，LUAN Xin-xiao，ZHU Chao-fan
（CPECC East-China Design Branch，Qingdao 266071，China）

The fire water supp1y system in a 1arge petrochemica1 project was introduced，the safe re1iabi1ity of which was ana1yzed，and the app1icabi1ity of issues re1ated to GB 50974—2014 Technical Code for Fire Protection Water Supply and Hydrant Systems were discussed.Meanwhi1e，the amendments of re1evant codes and specifications were a1so proposed.

petrochemica1 industry；fire water supp1y system；safe re1iabi1ity；app1icabi1ity of codes；amendment

TQ086.1；TU998.1

A

1009-2455（2016）02-0073-04

朱元臣（1957-），男，河南駐馬店人，高級工程師，大學(xué)本科，多年來一直從事石油化工給水排水工程設(shè)計工作，（電話）0532-80950645（電子信箱）zhuyuanchen@cnpccei.cn。

2016-01-26（修回稿）