國外水泥廠油罐消防系統(tǒng)設計的探討

宣軼群，謝志英，陶金成，熊忠良，張平

國外水泥廠油罐消防系統(tǒng)設計的探討

宣軼群，謝志英，陶金成，熊忠良，張平

對國外水泥廠石油庫油罐區(qū)域消防系統(tǒng)設計進行了闡述，對其與國內同類項目設計之間的異同進行了比較和分析，討論了國外油罐區(qū)消防設計參數(shù)和國標消防設計參數(shù)存在的差別。

油罐泡沫消防；油罐冷卻防護；美國消防標準；中國消防規(guī)范

TU279.743

A

近年來，緊隨一帶一路發(fā)展規(guī)劃，國內設計公司不斷加強歐美設計標準的探索與研究，優(yōu)化設計理念，以加快國內水泥企業(yè)海外業(yè)務的拓展。國外水泥廠項目中消防設計十分重要，在業(yè)主的招標文件中也備受關注?，F(xiàn)就國外總承包項目中油庫油罐消防系統(tǒng)設計做簡要介紹，分析比較國內外油罐區(qū)消防設計標準之間的差異，以安全的消防設計方案滿足國外業(yè)主的要求。

1　油罐消防系統(tǒng)設計標準

國外項目消防系統(tǒng)設計通常執(zhí)行國際通行的消防標準，如美國國家防火協(xié)會標準NFPA（National Fire Protection Association），英國標準BS（British Standard）等，其中國外工程項目中NFPA的應用越來越多。在油罐區(qū)消防設計中，常用的美國消防標準有NFPA11《低、中、高倍數(shù)泡沫標準2010版》、NFPA13《自動噴水滅火系統(tǒng)2010版》、NFPA15《固定式水噴霧標準2012版》、API2030《固定式水噴霧滅火系統(tǒng)在石油石化業(yè)的應用》、NFPA850《火電廠和高壓變電站防火標準》等。其中，NFPA11、NF?PA15標準應用最為廣泛。

國內油罐區(qū)消防規(guī)范有GB50074-2014《石油庫設計規(guī)范》（以下簡稱GB50074）、GB50219-2014《水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》（以下簡稱GB50219）、GB50151-2010《泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》（以下簡稱GB50151）等。關于油罐的消防設計，NFPA與國內消防規(guī)范相比，其泡沫滅火系統(tǒng)消防條文明確、可操作性強。

2　油罐消防系統(tǒng)

按照美國NFPA11、NFPA15、NF?PA850、API2030規(guī)范要求，油罐區(qū)消防由泡沫滅火系統(tǒng)、固定水噴霧冷卻系統(tǒng)、泡沫消火栓及室外消火栓組成。水泥廠油罐區(qū)消防類型需根據油罐區(qū)域的體積，油罐類型、數(shù)量，儲藏液體種類等來確定。

泡沫滅火系統(tǒng)：低、中、高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設計用于不同的場所，低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設計用于保護室外儲罐、堤防區(qū)域、無防護堤溢流區(qū)域，中、高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)主要用于煤礦、大型飛機庫、地下工程等場所。根據設備和管道安裝方式的不同，泡沫系統(tǒng)分為固定式、半固定式、移動式；根據噴射方法的不同，泡沫系統(tǒng)分為液上噴射式和液下噴射式。有實踐證明液上噴射式滅火效果較好，使用也最為廣泛。水泥廠油罐區(qū)消防通常采用低倍數(shù)液上噴射式固定泡沫滅火系統(tǒng)。

固定水噴霧冷卻系統(tǒng)：油罐設置冷卻水系統(tǒng)的主要目的是，平時無火情況下作為油罐降溫冷卻水，發(fā)生火災時作為著火油罐的輔助消防設施。霧化噴水可以有效地降低罐體及其周圍的溫度，防止罐殼因高溫而爆裂，并為相鄰油罐提供有效的保護屏障，防止火災進一步蔓延惡化。

3　設計參數(shù)的選擇

3.1泡沫滅火系統(tǒng)

泡沫滅火系統(tǒng)設計參數(shù)主要包含設計強度、最短噴放時間、泡沫液濃度等，設計參數(shù)選擇取決于油罐類型、所含液體的特性、油罐尺寸等。根據NFPA11標準規(guī)定[1]：含烴固定頂儲罐防護泡沫炮和泡沫栓設計強度為6.5L/min·m2，噴放時間50～65min；含烴固定錐形頂儲罐固定泡沫噴放口設計強度為4.1L/min·m2，噴放時間30～55min；固定頂儲罐液下噴射式設計強度4.1L/min·m2，噴放時間30～55min。GB50151[2]規(guī)定，泡沫液供給強度為6.0L/min·m2，連續(xù)供給時間為30min。不同工程項目儲罐設計參數(shù)的選擇需根據具體情況而定，固定泡沫噴放口的數(shù)量根據罐體的直徑確定。國外水泥廠油罐通常采用固定錐形頂，即設計強度取4.1L/min·m2，噴放時間根據油罐內液體的閃點選擇。

3.2水噴霧冷卻系統(tǒng)

根據NFPA15[3]，著火罐水噴霧強度最小為6.1L/ min·m2，相鄰罐水噴霧強度最小為12.2L/min·m2。在大型化工或石油化工設施中，持續(xù)時間8h，通常認為持續(xù)時間4h為實際最大值。API2030[4]中規(guī)定常壓儲罐有效噴射強度為4.1L/min·m2，壓力儲罐的輻射防護強度0～4.1L/min·m2。持續(xù)時間根據NFPA850[5]中規(guī)定的一般輻射防護取2h。GB50074[6]中規(guī)定著火罐冷卻水供給強度為2.5L/min·m2，供給范圍為罐壁表面積；相鄰罐冷卻水供水強度為2.0L/min·m2，供給范圍為罐壁表面積一半，持續(xù)供給時間均為6h。GB50219[7]中規(guī)定甲、乙、丙類液體儲罐防護冷卻水的供給強度為6L/min·m2，持續(xù)供給時間按6h計。NFPA標準中冷卻水強度高于國標，冷卻水持續(xù)供應時間低于國標，計算出的冷卻水總量遠大于國標[8]。

4　工程應用

本文以我院在建的沙特某5 000t/d水泥生產線總承包項目為例，介紹國外水泥廠燃油系統(tǒng)常用的固定頂罐消防系統(tǒng)設計在實際工程中的應用。其油罐區(qū)共有2座5 000m3的固定錐形頂油罐，直徑為24m，高度13.5m，防護堤尺寸為80.5m×40m，罐內儲存閃點為55℃的重油；1座500m3的小型柴油罐。罐區(qū)的布置見圖1。

該工程采用油罐罐體固定式低倍數(shù)液上噴射泡沫滅火系統(tǒng)，水噴霧輻射防護滅火系統(tǒng)。防護堤采用泡沫消火栓、泡沫炮、室外消火栓防護。按照業(yè)主合同要求，工程采用NFPA消防標準。

圖1　罐區(qū)布置圖

4.1泡沫滅火系統(tǒng)

（1）重油罐泡沫混合液流量計算

式中：

Q1——泡沫混合液流量，L/s

q設——泡沫混合液的供給強度，取4.1L/min·m2

S——按重油罐的橫截面積計算，為452.16m2

設計供給的泡沫混合液流量：

式中：

q1——每臺PC16泡沫發(fā)生器的流量，L/s

K——泡沫發(fā)生器流量特性系數(shù)，廠家提供為6.83

P——泡沫發(fā)生器進口壓力，MPa

（2）防護堤泡沫混合液流量計算

泡沫炮泡沫混合液流量：

式中：

Q1——泡沫炮泡沫混合液流量，L/s

q設——泡沫混合液的供給強度，取6.5L/min·m2

S——防護堤面積，為2 295.68m2

泡沫炮泡沫混合液流量：

選取泡沫消火栓數(shù)量n=3個，型號PQ4，工作壓力P=0.5MPa，q1=4L/s

Q設3=n·q1=3×4=12L/s=720L/min。

總泡沫混合液流量：

（3）泡沫液總儲量

式中：

Vfoam——泡沫液總儲量，m3

t——重油罐泡沫混合液供給時間，取30min

t1——防護堤泡沫炮泡沫混合液供給時間，取20min

t2——防護堤泡沫消火栓連續(xù)供給時間，取20min

4.2水噴霧輻射防護冷卻系統(tǒng)

（1）重油罐表面輻射防護噴水量

式中：

Qw1——水噴霧水量，m3/h

q設——水噴霧設計強度，取4.1L/min·m2

S——保護面積，為1 092.72m2

（2）著火時相鄰油罐1/2表面積防護噴水量

式中：

S柴油罐——柴油罐表面積，283.86m2

（3）噴水水量：

式中：

VW——噴水總水量，m3

tW——水噴霧持續(xù)時間，取2h

（4）泡沫滅火系統(tǒng)用水量

（5）總用水量

通過上述計算進一步明確了國外油罐區(qū)消防設計參數(shù)的選擇。在阿聯(lián)酋UCC10 000t/d熟料水泥生產線中[9]，其油罐區(qū)2座5 000m3重油罐泡沫滅火消防系統(tǒng)的設計參數(shù)為：泡沫滅火系統(tǒng)的設計強度取值為6L/min· m2，泡沫持續(xù)供給時間為40min，泡沫槍設計流量9L/s，泡沫持續(xù)供給時間為20min，泡沫濃度為6%，經計算得出的泡沫液用量為8.36m3，泡沫混合液所需的儲水量131.04m3。國內某項目7座5 000m3重油罐區(qū)，3座5 000m3凈化油儲罐[10]，采用水噴霧冷卻系統(tǒng)和泡沫滅火系統(tǒng)的消防設施，具體參數(shù)為：水噴霧的設計強度為2.5L/min·m2，相鄰油罐的設計強度為2.0L/min·m2，連續(xù)供給時間均為6h。泡沫滅火設計強度6L/min·m2，泡沫連續(xù)供應時間40min。該項目水噴霧冷卻防護設計是根據最不利著火點一座5 000m3凈化油儲罐和相鄰2座5 000m3凈化油儲罐考慮。經計算，冷卻及泡沫用水儲量總量為1 612m3。由此可見，實際應用時設計參數(shù)的取值應根據具體的工程條件及其設計要求而定。

5　結語

由于設計標準、參數(shù)的不同，國外水泥廠油罐的消防系統(tǒng)設計與國內同類項目相比，加強了泡沫消防與水消防的共同作用，防護堤區(qū)域的消防設置更加全面。國外水泥廠工程設計更加重視消防部分，針對油罐區(qū)的消防更加系統(tǒng)全面。

[1]NFPA11.Standard for Low-,Medium-,and High-Expansion Foam [S].美國消防協(xié)會標準，2010.

[2]GB50151-2010.泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范[S].中華人民共和國國家標準.

[3]NFPA15.Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection [S].美國消防協(xié)會標準，2012.

[4]API2030.Application of Fixed Water Spray Systems for Fire Protec?tion in the Petroleum and Petrochemical Industries[S].美國石油學會標準，2005.

[5]NFPA850.Recommended Practice For Fire Protection For Electric Generating Plants And High Voltage Direct Current Converters Stations [S].美國消防協(xié)會標準，2012.

[6]GB50074-2014.石油庫設計規(guī)范[S].中華人民共和國國家標準.

[7]GB50219-2014.水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范[S].中華人民共和國國家標準.

[8]譚榮美.國外燃機電廠中大型油罐消防系統(tǒng)設計的一些探討[J].高新技術，2013.

[9]茍嘉黎，等.泡沫滅火系統(tǒng)在水泥廠油罐消防中的應用[J].新世紀水泥導報，2007.

[10]崔學龍，等.水噴霧滅火及低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)在油罐消防的應用[J].化工設計，2006.

Discussion on the Overseas Design of Oil Tank Fire Fighting Systteemm

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編輯：呂光