大型煤化工項(xiàng)目成品罐區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊 陶，歸顯揚(yáng)

(1 銅陵市消防救援支隊(duì)，安徽 銅陵 244000；2 安徽節(jié)源環(huán)保科技有限公司，安徽 合肥 230088)

煤化工行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，受到國(guó)家的大力支持，一直保持著高速平穩(wěn)的發(fā)展，為我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了比較重大的貢獻(xiàn)。但在中國(guó)煤化工行業(yè)高速發(fā)展的過(guò)程中，也存在著一些安全隱患問(wèn)題。煤化工項(xiàng)目工藝流程長(zhǎng)，建設(shè)規(guī)模大，儲(chǔ)存的原材料、副產(chǎn)品等的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性不高，容易引起火災(zāi)或者爆炸，且煤化工項(xiàng)目一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)火面積大、燃燒很快、不易撲滅。如果在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)安全問(wèn)題，就可能會(huì)帶來(lái)不可估量的損失，其安全生產(chǎn)已成為整個(gè)社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)[1-3]。

可燃液體儲(chǔ)罐作為煤化工項(xiàng)目中的常見(jiàn)裝置，其占地面積、儲(chǔ)罐數(shù)量、單罐容積日益大型化，因?yàn)閮?chǔ)存物料多為甲、乙、丙類(lèi)液體，火災(zāi)危險(xiǎn)性較高，罐區(qū)的消防設(shè)計(jì)作為防控火災(zāi)的重要環(huán)節(jié)，理應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的極大重視[4-5]。

本文以西北某煤化工項(xiàng)目新建的成品罐區(qū)為例，介紹可燃液體儲(chǔ)罐區(qū)的消防設(shè)計(jì)思路，以及罐區(qū)消防系統(tǒng)的設(shè)置和在消防設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的事項(xiàng)。

1 成品罐區(qū)概況

為落實(shí)地方政府加快推進(jìn)煤炭綜合利用項(xiàng)目建設(shè)，發(fā)揮煤化工項(xiàng)目規(guī)?；⒁惑w化、基地化布局優(yōu)勢(shì)的要求，西北某化工企業(yè)對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行擴(kuò)建，在廠區(qū)預(yù)留地內(nèi)新建成品罐區(qū)(乙二醇產(chǎn)品罐區(qū))1座，用于儲(chǔ)存乙二醇裝置送來(lái)的產(chǎn)品，并通過(guò)產(chǎn)品裝車(chē)泵輸送至汽車(chē)裝卸設(shè)施后，裝汽車(chē)槽車(chē)出廠。新建的成品罐區(qū)內(nèi)包括聚酯級(jí)乙二醇成品儲(chǔ)罐4座(單罐容積為 5 000 m3，并設(shè)有氮封)、輕質(zhì)多元醇儲(chǔ)罐3座(單罐容積為500 m3)、碳酸二甲酯儲(chǔ)罐2座(單罐容積為500 m3，并設(shè)有氮封)、無(wú)水乙醇儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐2座(單罐容積為500 m3，并設(shè)有氮封)、混合醇儲(chǔ)罐2座(單罐容積為300 m3)、重質(zhì)多元醇儲(chǔ)罐2座(單罐容積為200 m3)、污甲醇儲(chǔ)罐1座(單罐容積為3 000 m3，并設(shè)有氮封)，共16個(gè)儲(chǔ)罐。各儲(chǔ)罐的基本參數(shù)和儲(chǔ)存介質(zhì)的火災(zāi)危險(xiǎn)性見(jiàn)表1。

表1 成品罐區(qū)各個(gè)儲(chǔ)罐數(shù)據(jù)

各個(gè)儲(chǔ)罐之間分別用防火堤分隔，保證單罐單堤，其中4座聚酯級(jí)乙二醇成品儲(chǔ)罐位于罐區(qū)東部，從北到南一字排列；污甲醇儲(chǔ)罐位于罐區(qū)東南部；其余儲(chǔ)罐位于罐區(qū)西部，從北到南一字排列。儲(chǔ)罐泵區(qū)位于儲(chǔ)罐南側(cè)防火堤外。整個(gè)儲(chǔ)罐區(qū)圍堰內(nèi)南北長(zhǎng)156.5 m，東西寬54 m。

2 成品罐區(qū)主要消防措施

根據(jù)GB 50151-2021《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50160-2008(2018年版)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50140-2005《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》等國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定，本項(xiàng)目的成品罐區(qū)內(nèi)設(shè)置如下消防措施：滅火器配置、泡沫滅火系統(tǒng)、固定式消防冷卻水系統(tǒng)和室外消火栓系統(tǒng)。其中，儲(chǔ)罐上設(shè)置的泡沫滅火系統(tǒng)所需泡沫混合液由成品罐區(qū)北側(cè)新建的泡沫站供給，儲(chǔ)罐固定式消防冷卻水系統(tǒng)所需消防水由全廠穩(wěn)高壓消防給水管網(wǎng)供給，成品罐區(qū)的室外消火栓系統(tǒng)依托本罐區(qū)周邊廠區(qū)預(yù)留的穩(wěn)高壓消防給水管網(wǎng)。

2.1 滅火器配置

成品罐區(qū)罐組內(nèi)的的滅火器設(shè)置主要依據(jù)為GB 50160-2008(2018年版)。成品罐區(qū)內(nèi)可能發(fā)生B、E類(lèi)火災(zāi)，根據(jù)GB 50140-2005，可選用手提式磷酸銨鹽干粉滅火器進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)GB 50160-2008(2018年版)[6]規(guī)定“可燃?xì)怏w、液化烴和可燃液體的地上罐組宜按防火堤內(nèi)面積每400 m2配置1具手提式滅火器，但每個(gè)儲(chǔ)罐配置的數(shù)量不宜超過(guò)3具”，同時(shí)生產(chǎn)區(qū)內(nèi)設(shè)置的單個(gè)滅火器的規(guī)格，手提式干粉型滅火器充裝量宜為6 kg或8 kg。結(jié)合當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)情況，本成品罐區(qū)配置8 kg的手提式磷酸銨鹽干粉滅火器(MFZ/ABC8型)進(jìn)行保護(hù)。

本成品罐區(qū)防火堤內(nèi)總面積為156.5 m×54 m=8 451 m2，計(jì)算得到需配置的手提式滅火器數(shù)量為8 451/400=21.2具，因此在罐區(qū)圍堰外配置了22具手提式磷酸銨鹽干粉滅火器(MFZ/ABC8型)進(jìn)行保護(hù)。依據(jù)GB 50140-2005[7]，泵區(qū)可能發(fā)生B、E類(lèi)火災(zāi)，按嚴(yán)重危險(xiǎn)等級(jí)設(shè)計(jì)，根據(jù)規(guī)范，泵區(qū)手提式磷酸銨鹽干粉滅火器的最大保護(hù)距離為9 m，單具滅火器最小配備滅火級(jí)別為89B，MFZ/ABC8型磷酸銨鹽干粉滅火器(滅火級(jí)別為144B)滿(mǎn)足配置要求。經(jīng)計(jì)算后，在泵區(qū)配置了6具手提式磷酸銨鹽干粉滅火器(MFZ/ABC8型)進(jìn)行保護(hù)。

2.2 泡沫滅火系統(tǒng)

本罐區(qū)儲(chǔ)存的物料主要是甲、丙類(lèi)可燃液體，根據(jù)GB 50160-2008(2018年版)第8.7.1條[6]規(guī)定，可能發(fā)生可燃液體火災(zāi)的場(chǎng)所宜采用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。根據(jù)GB 50160-2008(2018年版)第8.7.2～8.7.4條[6]規(guī)定，結(jié)合本項(xiàng)目所設(shè)置的泡沫站距離本罐區(qū)較近、且本罐區(qū)內(nèi)同時(shí)設(shè)置有固定式、半固定式泡沫系統(tǒng)的實(shí)際情況，此成品罐區(qū)內(nèi)各儲(chǔ)罐均設(shè)置固定式泡沫滅火系統(tǒng)，采用液上噴射系統(tǒng)，選用3%的抗溶性水成膜泡沫液[6]。

現(xiàn)以污甲醇儲(chǔ)罐為例，介紹固定式泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。成品罐區(qū)內(nèi)有1個(gè)污甲醇儲(chǔ)罐，為3 000 m3不銹鋼內(nèi)浮頂罐，尺寸為Φ17 000 mm×15 850 mm，罐壁材質(zhì)為碳鋼，儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存的物料為甲醇，儲(chǔ)存介質(zhì)火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲B，屬于水溶性可燃液體。根據(jù)GB 50151-2021中第4.4.3條及4.2.2條[8]等規(guī)定，污甲醇儲(chǔ)罐泡沫系統(tǒng)的設(shè)置按固定頂儲(chǔ)罐對(duì)待，保護(hù)面積以?xún)?chǔ)罐的橫截面積計(jì)算，泡沫混合液的供給強(qiáng)度為10 L/(min·m2)，連續(xù)供給時(shí)間不小于30 min。

污甲醇儲(chǔ)罐泡沫混合液量為：

Q泡計(jì)=10×(172×π/4)=2 269.8 L/min ≈37.8 L/s

根據(jù)GB 50151-2021中第4.4.3條及4.2.3條[8]規(guī)定，污甲醇儲(chǔ)罐的直徑為17 m，按規(guī)范要求，泡沫產(chǎn)生器的設(shè)置數(shù)量不應(yīng)少于2個(gè)，因此設(shè)置2個(gè)PCL24型泡沫發(fā)生器，即Q泡設(shè)=48 L/s。每個(gè)泡沫發(fā)生器均使用獨(dú)立的混合液管道引至防火堤外，同時(shí)每個(gè)泡沫發(fā)生器在防火堤外距地面0.7 m處設(shè)置帶悶蓋的管牙接口[9]，防火堤外泡沫混合液管道上均在低點(diǎn)處設(shè)有放空閥，且管道以2‰的坡度坡向放空閥。

同樣的方式，可以計(jì)算出成品罐區(qū)所有儲(chǔ)罐泡沫滅火系統(tǒng)所需泡沫混合液的量。由計(jì)算可知，成品罐區(qū)最大固定式泡沫滅火系統(tǒng)的泡沫混合液流量為48 L/s，根據(jù)GB 50151-2021中第4.1.5條規(guī)定，成品罐區(qū)最大儲(chǔ)罐的直徑為21 m，則撲救液體流散火災(zāi)，需配備2支PQ4的輔助泡沫槍?zhuān)o助泡沫槍泡沫混合液連續(xù)供給時(shí)間為20 min。故撲滅流散液體火災(zāi)所需的移動(dòng)泡沫混合液流量為8 L/s[10]。

則成品罐區(qū)一次消防事故時(shí)所需泡沫混合液用量為：

Q=(48×60×30+8×60×20)/1 000=96 m3

根據(jù)GB 50151-2021中第4.2.3條[8]規(guī)定，成品罐區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存水溶性液體的固定頂儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置泡沫緩沖裝置，本項(xiàng)目在相應(yīng)的儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)置了泡沫溜槽作為泡沫緩沖裝置。

2.3 消防冷卻水系統(tǒng)

(1)固定式消防冷卻水系統(tǒng)

根據(jù)GB 50160-2008(2018年版)中第8.4.4～8.4.7條[6]和GB 50974-2014中第3.4.2[11]規(guī)定，成品罐區(qū)內(nèi)4個(gè)聚酯級(jí)乙二醇成品儲(chǔ)罐和1個(gè)污甲醇儲(chǔ)罐設(shè)置固定式消防冷卻水系統(tǒng)，著火罐供水強(qiáng)度為2.5 L/(min·m2)，供水范圍為罐壁表面積，鄰近罐為2.5 L/(min·m2)，供水范圍為罐壁表面積的1/2，其余儲(chǔ)罐均采用移動(dòng)消防冷卻水系統(tǒng)。成品罐區(qū)火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為6 h。

成品罐區(qū)內(nèi)當(dāng)著火罐為聚酯級(jí)乙二醇成品儲(chǔ)罐B罐時(shí)，實(shí)際冷卻水量為最大，因其臨近立式儲(chǔ)罐超過(guò)3個(gè)，冷卻水量按3個(gè)罐的消防用水量計(jì)算[6]，即聚酯級(jí)乙二醇成品儲(chǔ)罐A罐、聚酯級(jí)乙二醇成品儲(chǔ)罐C罐、碳酸二甲酯儲(chǔ)罐A罐3個(gè)儲(chǔ)罐。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 成品罐區(qū)冷卻水量

考慮到配水均勻性等的影響，儲(chǔ)罐的固定式消防冷卻水設(shè)計(jì)用量取1.1倍的計(jì)算用水量，則成品罐區(qū)一次消防的固定式冷卻系統(tǒng)消防水用量為：96.6×1.1=106.3 L/s。設(shè)置固定式消防冷卻水系統(tǒng)的儲(chǔ)罐均采取2根立管，分別由獨(dú)立的閥門(mén)進(jìn)行控制。

成品罐區(qū)固定式消防冷卻水系統(tǒng)所需消防用水量為：

Q=106.3×3.6×6≈2 296 m3

(2)室外消火栓系統(tǒng)

成品罐區(qū)的室外消火栓系統(tǒng)所需消防水接自罐區(qū)周邊廠區(qū)預(yù)留的穩(wěn)高壓消防給水管網(wǎng)。同時(shí)根據(jù)GB 50160-2008(2018年版)中第8.6.1條[6]規(guī)定，成品罐區(qū)應(yīng)設(shè)置水炮保護(hù)。沿全廠罐區(qū)周?chē)巴鈬缆吩O(shè)置了環(huán)狀消防給水管網(wǎng)，主干管管徑DN300，并沿線(xiàn)設(shè)置SSFT150/80-1.6型室外地上式消火栓和PS40型消防水炮，保護(hù)該區(qū)域的設(shè)施。室外消火栓、消防水炮采用自泄式，并采用栓井安裝形式，一栓(炮)一井。栓井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

根據(jù)GB 50974-2014中第3.4.2條和第3.6.2條[11]規(guī)定，經(jīng)計(jì)算比較后，可知成品罐區(qū)室外消火栓設(shè)計(jì)流量為15 L/s。成品罐區(qū)的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為6 h。計(jì)算得知，成品罐區(qū)所需室外消防用水量為324 m3。

2.4 消防水池和消防泵房

由上述計(jì)算得成品罐區(qū)一次消防所需消防用水量約為 2 716 m3。本成品罐區(qū)消防用水依托全廠穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，廠區(qū)消防水池的有效儲(chǔ)存容積約為12 960 m3。廠區(qū)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)消防水泵采用電動(dòng)泵，備用泵采用柴油機(jī)泵，且按100%備用能力設(shè)置。消防泵房?jī)?nèi)設(shè)有電動(dòng)消防水泵2臺(tái)，單臺(tái)流量為1 100 m3/h，揚(yáng)程為125 m，配套電機(jī)功率為710 kW；柴油機(jī)消防水泵2臺(tái)，單臺(tái)流量為1 100 m3/h，揚(yáng)程為125 m；消防穩(wěn)壓泵組一套，含消防水穩(wěn)壓泵2臺(tái)(1用1備)，單臺(tái)流量為50 m3/h，揚(yáng)程為125 m，配套電機(jī)功率為37 kW。

廠區(qū)消防水池儲(chǔ)存消防用水量和泵房?jī)?nèi)消防水泵的設(shè)置完全滿(mǎn)足成品罐區(qū)火災(zāi)時(shí)所需消防水量和水壓的要求。

3 罐區(qū)消防設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注的事項(xiàng)

(1)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定，采用液上噴射系統(tǒng)的固定頂、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，所設(shè)置的每個(gè)泡沫產(chǎn)生器應(yīng)采用獨(dú)立的管道引至防火堤外；除立管以外，其他的泡沫混合液管道不得設(shè)置在罐壁上[8]。

(2)為了縮短火災(zāi)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，保障人員安全，罐區(qū)消防系統(tǒng)的控制閥門(mén)宜采用手動(dòng)閥門(mén)+電動(dòng)閥門(mén)的控制方式，火災(zāi)時(shí)應(yīng)優(yōu)先遠(yuǎn)程開(kāi)啟動(dòng)電動(dòng)控制閥。

(3)在固定式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從泡沫站的設(shè)置位置、泡沫干管管徑流速的選擇等方面綜合考慮，以滿(mǎn)足自泡沫消防水泵啟動(dòng)至泡沫混合液或泡沫輸送到保護(hù)對(duì)象的時(shí)間不大于5 min[8]。

(4)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，在泡沫站距離儲(chǔ)罐區(qū)較近，或同一儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)同時(shí)設(shè)置有固定式、半固定式泡沫系統(tǒng)時(shí)，可將半固定式泡沫系統(tǒng)升級(jí)為固定式泡沫滅火系統(tǒng)，從而提高整個(gè)裝置消防措施的安全性和可靠性。

(5)為避免儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)消防管道和儲(chǔ)運(yùn)等專(zhuān)業(yè)管道碰撞問(wèn)題，可采用架高管架，盡可能減少對(duì)人行走的影響；或者可在設(shè)計(jì)中通過(guò)各個(gè)專(zhuān)業(yè)統(tǒng)籌協(xié)作，采取多層管廊方式，合理布局各專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)，做到節(jié)約占地、安全美觀。

(6)泡沫消防、水消防管道與儲(chǔ)罐盤(pán)梯碰撞的問(wèn)題，可通過(guò)對(duì)立管增加彎頭，在碰撞處引至盤(pán)梯外側(cè)來(lái)解決，或者設(shè)計(jì)時(shí)考慮在碰撞處增加平臺(tái)來(lái)避讓。

(7)對(duì)于設(shè)置在防爆區(qū)內(nèi)的地上或管溝敷設(shè)的干式管道，應(yīng)采取防靜電接地措施，且法蘭連接螺栓數(shù)量少于5個(gè)時(shí)應(yīng)進(jìn)行防靜電跨接[8]。

(8)針對(duì)有業(yè)主反饋立式泡沫發(fā)生器檢修不方便、存在安全隱患的問(wèn)題，建議設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)可采取對(duì)罐頂局部加固處理措施，特殊情況下也可以增加檢修平臺(tái)等，以保障檢修期間的人員安全。