水泥廠油罐區(qū)消防冷卻水系統(tǒng)設(shè)計的探討

秦江江，徐夢溪

1 項目概況

在水泥廠油罐區(qū)的消防設(shè)計中，儲罐消防冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。消防設(shè)計規(guī)范的正確使用、冷卻水供給強度的合理選取、冷卻方式的經(jīng)濟(jì)性選擇，往往關(guān)系到消防水池容積的大小、消防水泵的流量、揚程以及投資的大小。本文以我公司承建并負(fù)責(zé)生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)的阿聯(lián)酋ABMC 10 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線（以下簡稱ABMC項目）為例，進(jìn)行油罐區(qū)消防冷卻水系統(tǒng)設(shè)計介紹。該水泥廠位于阿聯(lián)酋Al Ain市的ARKAN工業(yè)區(qū)內(nèi)，由印度某公司負(fù)責(zé)項目咨詢業(yè)務(wù)，國內(nèi)某設(shè)計院負(fù)責(zé)工程設(shè)計。ABMC項目以重油（HFO）作為水泥熟料生產(chǎn)線的主要燃料，廠區(qū)內(nèi)設(shè)有重油（HFO）油罐區(qū)。油罐區(qū)共有2個5 000m3的固定錐形頂重油罐（HFO罐），直徑24m、高12m，罐內(nèi)儲存閃點為55℃的重油（HFO），非水溶性可燃液體，火災(zāi)危險級別為乙B類；1座50m3的小型柴油罐，直徑4.5m，高3.6m。油罐區(qū)平面布置圖見圖1。

2 消防冷卻水系統(tǒng)設(shè)計

ABMC項目始建于2007年9月，于2014年2月27日取得PAC證書，設(shè)計時采用GB 50074-2002《石油庫設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“油庫規(guī)2002”），該規(guī)范現(xiàn)已修訂為GB 50074-2014《石油庫設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“油庫規(guī)2014”），在新修訂的規(guī)范中，部分條文結(jié)合工程實際案例有所更改?，F(xiàn)結(jié)合ABMC項目，依據(jù)兩個版本的《石油庫設(shè)計規(guī)范》，對油罐區(qū)消防冷卻水系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行對比。

2.1 儲罐消防冷卻水系統(tǒng)簡介

儲罐消防冷卻水系統(tǒng)有固定式、移動式兩種。根據(jù)“油庫規(guī)2002”第12.1.5條第1款規(guī)定，單罐容量≮5 000m3或罐壁高度≮17m的油罐，應(yīng)設(shè)固定式消防冷卻水系統(tǒng)[1]，故本項目儲罐消防冷卻水系統(tǒng)采用固定式冷卻水系統(tǒng)。“油庫規(guī)2014”第12.1.5條第1款規(guī)定，容量≥3 000m3或罐壁高度≥15m的地上立式儲罐，應(yīng)設(shè)固定式消防冷卻水系統(tǒng)[2]。對比可知，“油庫規(guī)2014”的條文要嚴(yán)于“油庫規(guī)2002”，但設(shè)計時都應(yīng)采用固定式消防冷卻水系統(tǒng)。

儲罐固定式消防冷卻水系統(tǒng)包括消防水泵、消防水池、由電動閥控制的水霧噴頭及相應(yīng)的消防管線。

2.2 儲罐消防冷卻水流量的計算

“油庫規(guī)2002”與“油庫規(guī)2014”中關(guān)于地上立式油罐的消防冷卻水的供水范圍和供水強度計算規(guī)定分別見表1和表2。由表對比可知，“油庫規(guī)2002”與“油庫規(guī)2014”中的固定式消防冷卻水的供水范圍和供水強度一致，因此，二者計算出的消防冷卻水流量也相同。

圖1 油罐區(qū)平面布置圖

表1 固定式消防冷卻水供水范圍和供水強度（油庫規(guī)2002）

表2 固定式消防冷卻水供水范圍和供水強度（油庫規(guī)2014）

1個著火罐（HFO罐）所需消防冷卻水流量為3.14×24×12×2.5/60=37.68L/s，另1個相鄰罐（HFO罐）所需消防冷卻水流量為1/2×3.14×24×12×2.0/60=15.07L/s，則儲罐區(qū)所需的消防冷卻水總流量應(yīng)為37.68+15.07=52.75L/s。

2.3 冷卻水霧噴頭的設(shè)計選型

根據(jù)GB 50219-2014《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第7.1.2條規(guī)定[4]，保護(hù)每個HFO罐所需的水霧噴頭的數(shù)量按式（1）計算：

式中：

N——保護(hù)對象所需水霧噴頭的數(shù)量，只

S——保護(hù)對象的保護(hù)面積，m2

W——保護(hù)對象的設(shè)計供給強度，L/（min·m2）

q——水霧噴頭的流量，L/min

每個著火罐（HFO罐）的罐壁外表面積為3.14×24×12=904.32m2；消防冷卻水的供水強度為2.5L/（min·m2）；選用ZSTWC34-120型水霧噴頭，每只噴頭的流量為63L/min（工作壓強為0.35MPa時）。經(jīng)計算可知，每個著火罐（HFO罐）應(yīng)設(shè)36只噴頭，沿罐周均勻布置，DN200冷卻水供水環(huán)管高度設(shè)在11.70m標(biāo)高。儲罐區(qū)共設(shè)72只噴頭，提供消防冷卻水保護(hù)著火罐（HFO罐），具體布置詳見圖2。

3 消防泵房及消防水池的設(shè)計

3.1 儲罐消防冷卻水系統(tǒng)所需用水量計算

（1）根據(jù)“油庫規(guī)2002”第12.2.10條第1款規(guī)定，直徑＞20m的地上固定頂油罐的消防冷卻水的最小供給時間為6h。因此儲罐消防冷卻水系統(tǒng)的消防用水量為6×3 600×52.75=1 139 400L=1 139.4m3。

（2）根據(jù)“油庫規(guī)2014”第12.2.11條第1款規(guī)定，直徑＞20m的地上固定頂儲罐的消防冷卻水的最小供給時間≮9h。因此儲罐消防冷卻水系統(tǒng)的消防用水量為9×3 600×52.75=1 709 100L=1 709.1m3。

經(jīng)對比，“油庫規(guī)2014”的條文要嚴(yán)于“油庫規(guī)2002”，消防冷卻水的最小供給時間多3h，消防冷卻水總用水量需要多569.7m3。

3.2 消防水池容積計算及消防水泵選型

根據(jù)“油庫規(guī)2002”，儲罐消防冷卻水系統(tǒng)所需總用水量為1 139.4m3，采用廠區(qū)2×2 000m3循環(huán)水池兼做消防水池，并保證消防貯水量不被挪用。

儲罐消防冷卻水系統(tǒng)與泡沫滅火系統(tǒng)共用1套消防水泵，消防泵房內(nèi)設(shè)1臺電動消防泵、1臺柴油機消防泵（備用）。廠區(qū)內(nèi)同一時間內(nèi)的火災(zāi)次數(shù)按1次計算，且油罐區(qū)的消防用水量按最大計算。消防冷卻水設(shè)計流量為52.75L/s，泡沫混合液所需水量的設(shè)計流量為55.27L/s，考慮管網(wǎng)漏失水量，則消防系統(tǒng)總用水流量為1.1×（55.27+52.75）=118.82L/s。

消防水泵的揚程計算如下：水霧噴頭的工作壓強為0.35MPa，消防管道沿程和局部水頭損失壓強的累加值為0.12MPa，消防水池最低水位與水霧噴頭高差壓強為0.14MPa，則滿足消防水泵揚程所需壓強為1.1×（0.35+0.12+0.14）=0.67MPa。

根據(jù)消防系統(tǒng)總用水流量及消防水泵揚程計算值，選定消防水泵如下：型號為XBD7.2/120-250-435的電動消防泵1臺，其額定水流量為122.2L/s，揚程為71m，電機功率為160kW；型號為XBC7.7/120-250M6/473的柴油機消防泵1臺，其額定水流量為122.2L/s，揚程為76m，功率為185kW。

“油庫規(guī)2014”與“油庫規(guī)2002”中固定式消防冷卻水的供水范圍和供水強度一致，且消防泵房與油罐區(qū)在廠區(qū)中的位置不變，故消防水泵的選型沒有變化。另外，“油庫規(guī)2014”中消防冷卻水的最小供給時間比“油庫規(guī)2002”多3h，即消防冷卻水貯水量多569.7m3，故消防水池的容積應(yīng)相應(yīng)增大。

4 結(jié)語

本文以ABMC項目油罐區(qū)的消防冷卻水系統(tǒng)設(shè)計為例，對“油庫規(guī)2002”與“油庫規(guī)2014”進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)“油庫規(guī)2014”的條文要嚴(yán)于“油庫規(guī)2002”。ABMC項目實施的時間比較早，當(dāng)時業(yè)主對設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)無硬性規(guī)定，因此，設(shè)計單位采用中國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行項目設(shè)計。但近幾年，隨著國家“一帶一路”規(guī)劃的成功推進(jìn)，越來越多的國內(nèi)工程總承包公司開始拓展海外市場，并承接了大量的境外工程，很多境外業(yè)主要求使用自己國家的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，或要求按照國際通行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計施工，如美國消防協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NFPA（National Fire Protection Association）、英國標(biāo)準(zhǔn)BS（British Standard）等，因此，要求我們要努力學(xué)習(xí)國際通行標(biāo)準(zhǔn)，采用國際通行標(biāo)準(zhǔn)參與國外項目的建設(shè)，以適應(yīng)國際市場的需求。