張晶

(中國華電工程(集團)有限公司，北京 100035)

0 引言

2011年年初，我國環(huán)保部頒布了《火電廠大氣污染物排放標準(二次征求意見稿)》。其與2009年頒布的一次征求意見稿相比，在脫硝減排進展速度及力度上都有了明顯提高。我國各電力集團和發(fā)電公司也積極響應(yīng)國家政策，開始將脫硝納入電力建設(shè)總體規(guī)劃，新建火電機組同步建設(shè)脫硝裝置，對已建機組逐步進行脫硝改造。目前，選擇性催化還原(SCR)法是國內(nèi)大型燃燒設(shè)備首選煙氣脫硝技術(shù)，而SCR法通常以氨為還原劑，對氨的需求量非常大。液氨儲罐容積都大于GB 18218—2009《重大危險源辨識標準》所規(guī)定的10 t的氨臨界量，因此，液氨儲罐屬于重大危險源，其存在最主要的、最嚴重的危害為火災(zāi)、爆炸(化學(xué)或物理爆炸)及毒物危害。氨屬于乙類化學(xué)品，火災(zāi)危險性很大，而現(xiàn)行GB 50229—2006《火電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》卻沒有相應(yīng)的要求，可以參考的GB 50219—1995《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、GB 50016—2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》與GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》又存在不一致的地方，使設(shè)計人員不好把握。為了配合今后大量脫硝項目的開展，迫切需要完善消防規(guī)范。

1 生產(chǎn)工藝流程

火電廠煙氣脫硝工程氨站裝置主要完成液氨卸車、液氨儲罐及液氨氣化輸送3個工序，氨站采用連續(xù)加熱蒸發(fā)方式對脫硝裝置供氣態(tài)氨。氨站生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

液氨通過壓縮機由槽車卸入液氨儲罐，液氨靠自身壓力進入液氨蒸發(fā)器氣化為氨氣，氨氣靠自身壓力送入脫硝工段。

圖1 氨站生產(chǎn)工藝流程

2 液氨的火災(zāi)危險性分類

根據(jù)GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》3.0.1 與 3.0.2 條的規(guī)定，氨氣與空氣混合物的爆炸極限是15.7% ～27.4%，屬于乙類可燃氣體，而且液氨屬于28℃≤閃點≤45℃的乙A類可燃液體。

3 液氨區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計標準

氨區(qū)水噴霧系統(tǒng)的水量計算主要依據(jù)GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》執(zhí)行，主要設(shè)計依據(jù)如下:

(1)根據(jù)該規(guī)范8.10.13條的規(guī)定，全壓力式液氨儲罐宜采用固定式水噴霧和移動式消防冷卻水系統(tǒng)，冷卻水供給強度不宜小于6 L/(min·m2)，其他消防要求與全壓力式液化烴儲罐相同。

(2)根據(jù)該規(guī)范8.10.5條的規(guī)定，移動式消防用水量應(yīng)按罐組內(nèi)最大儲罐的用水量來確定:當(dāng)儲罐容積＜400 m3時，用水量不應(yīng)小于30 L/s;當(dāng)儲罐容積≥400 m3且＜1000 m3時，用水量不應(yīng)小于45 L/s;當(dāng)儲罐容積≥1 000 m3時，用水量不應(yīng)小于80 L/s。

(3)根據(jù)該規(guī)范8.10.4條的規(guī)定，全壓力式及半冷凍式液化烴儲罐固定式消防冷卻水系統(tǒng)的用水量應(yīng)符合下列規(guī)定:著火罐冷卻水供給強度不應(yīng)小于9 L/(min·m2);距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內(nèi)罐的冷卻水供給強度不應(yīng)小于9L/(min·m2)，著火罐冷卻面積按照其罐表面積計算，鄰近罐冷卻面積按其半個罐體表面積計算;距著火罐1.5倍著火罐直徑范圍內(nèi)的鄰近罐超過3個時，冷卻水量可按3個罐時的用水量計算。

(4)根據(jù)該規(guī)范8.10.7條的規(guī)定，液化烴罐區(qū)的消防用水延續(xù)時間為6 h，液氨儲罐參照執(zhí)行。根據(jù)此條規(guī)定，消防用水延續(xù)時間取6 h。

目前的脫硝工程最多設(shè)置4個液氨儲罐，通常為2個或3個。每個氨罐在泄漏危險大的部位設(shè)置1個氨泄漏報警儀，通常設(shè)置在氨罐上部。因為每個罐都有可能成為著火罐，也都可能成為著火罐的相鄰罐，如果按此條規(guī)范要求，每半個罐就需設(shè)置1個獨立環(huán)路、1個報警閥，當(dāng)對應(yīng)的氨泄漏檢測儀報警時，對應(yīng)的報警閥開啟，對應(yīng)的半個罐的噴頭噴水，從而使管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)變得復(fù)雜。氨泄漏檢測儀沒有實測經(jīng)驗，不知道是否足夠靈敏;若1個罐設(shè)置1個可燃氣體探測器，因罐之間凈距只有1.7 m，不知道著火罐、相鄰罐的報警是否可以有效區(qū)分?；谶@些考慮，對于設(shè)置2個或3個罐的工程，只設(shè)置1套報警閥，工作狀態(tài)時任何一個氨泄漏報警儀報警后，報警閥打開，所有儲罐的噴頭同時噴水。此時的消防設(shè)計水量按噴水強度9L/(min·m2)、火災(zāi)延續(xù)時間按6 h計算，即:設(shè)置2個儲罐的工程，2個儲罐同時噴水;設(shè)置3個儲罐的工程，3個儲罐同時噴水;當(dāng)設(shè)置4個儲罐時，同時噴水水量過大，而且規(guī)范允許最多按照3個罐考慮，因此，按照每個儲罐1套報警閥、每個報警閥1套環(huán)路進行設(shè)置。在工作狀態(tài)下，著火罐的雨淋閥和相鄰罐的雨淋閥同時開啟，由控制專業(yè)配合完成。此時，計算消防水量為9 L/(min·m2)，火災(zāi)延續(xù)時間按6 h計算，理論上最多3個儲罐同時噴水。

(5)GB 50219—1995《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》與GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》關(guān)于設(shè)計噴霧強度和消防用水持續(xù)時間的對比見表1。

(6)經(jīng)咨詢化工專家，根據(jù)化工行業(yè)的設(shè)計經(jīng)驗，確定液氨儲罐水噴霧系統(tǒng)噴霧強度取9L/(min·m2)，持續(xù)噴霧時間取6h。

4 消防水量計算實例

消防水量計算以設(shè)置4個液氨儲罐的工程為例，儲罐水噴霧系統(tǒng)水量按照防護冷卻計算。水噴霧系統(tǒng)水量計算見表2，移動水槍(室外消火栓)水量計算見表3，氨區(qū)消防用水總量見表4。

5 消防排水

根據(jù)GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》5.2.27條，火災(zāi)事故狀態(tài)下，受污染的消防水應(yīng)有效收集和排放。液氨屬于有毒物質(zhì)，它對人體、土壤、空氣和水源都可造成非常嚴重的危害。液氨區(qū)應(yīng)收集噴灑時液氨和消防水的混合液，其中氨水的質(zhì)量分數(shù)約為30%，不能通過附近的雨水或污水系統(tǒng)而排入市政系統(tǒng)。收集方法通常有2種:一種是氨區(qū)設(shè)置廢水池，廢水池的容積和廢水泵合理匹配，將含氨廢水排到廠區(qū)污水處理站或者在廢水坑暫時存儲;另一種是含氨廢水直接排到廠區(qū)雨水系統(tǒng)，在廠區(qū)雨水管網(wǎng)的總出口設(shè)置廢水池，通過閥門轉(zhuǎn)換，只排雨水時，直接排到廠外市政雨水系統(tǒng)，如廠內(nèi)雨水管網(wǎng)遭到污染，由閥門控制排到廢水池收集處理后再排出。

表1 設(shè)計噴霧強度和消防用水持續(xù)時間的對比

表2 水噴霧系統(tǒng)水量計算

表3 移動水槍水量計算

表4 消防用水總量 m3

目前，脫硝工程氨區(qū)設(shè)置有廢水池，但廢水池容積小，通常只有30 m3，只能滿足平時檢修需要，而且污水泵排污能力不大，一般為每臺60 m3/h，不能按照消防時的消防排水流量及時排除。這樣，勢必造成消防時氨區(qū)及附近區(qū)域布滿含氨廢水，廢水滲入附近土壤、流入周圍的雨水系統(tǒng)會造成環(huán)境污染?，F(xiàn)階段，在老電廠脫硝改造工程中布置足夠大的水池受現(xiàn)有場地限制，而設(shè)置足夠大的排水泵，污水處理站的設(shè)計能力也要重新校核。這些都需要在初步設(shè)計階段統(tǒng)一考慮。

6 電廠消防系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)狀

電廠通常以主廠房火災(zāi)危險性最大，消防水量最大，故消防水泵和消防水池的水量均以主廠房消防要求計算。消防水池容積一般為800～1 000 m3，主廠房消防設(shè)計用水量大于氨區(qū)消防用水量，但主廠房火災(zāi)延續(xù)時間通常為3 h，而氨區(qū)火災(zāi)延續(xù)時間為6 h，在延續(xù)時間內(nèi)主廠房所需的總水量少于氨區(qū)。氨區(qū)消防啟動時，消防水泵流量大于氨區(qū)所需水量，導(dǎo)致水泵工作點左移，使消防系統(tǒng)工作壓力高于設(shè)計壓力，所以，氨區(qū)需設(shè)置減壓閥以保證實際工況不偏離設(shè)計工況。而消防水池水量又不足，不能提供氨區(qū)6 h的消防用水總量。因此，在最不利工況下，電廠消防水池容積不能滿足氨區(qū)消防水量需要。

7 建議

根據(jù)上述分析，建議在修訂《火電廠與變電所設(shè)計防火規(guī)范》時，考慮煙氣脫硝工程液氨罐區(qū)的實際需要，明確脫硝氨區(qū)設(shè)計標準，即明確噴水強度和火災(zāi)延續(xù)時間，使相關(guān)單位設(shè)計人員有統(tǒng)一、明確的設(shè)計依據(jù)，從而在初步設(shè)計階段就能夠充分考慮氨區(qū)的消防需要，合理配置消防水池和消防水泵，充分考慮氨區(qū)消防排水的處理方案。

［1］中國市政工程東北設(shè)計研究院.給水排水設(shè)計手冊［M］.2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——給水排水［M］.北京:中國計劃出版社，2009.

［3］GB 50016—2006，建筑設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［4］GB 50229—2006，火電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［5］GB 50160—2008，石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［6］GB 50219—1995，水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.