閆東東 苗春光 中國石化華北分公司石油工程技術研究院

油氣田站場干粉滅火器配置優(yōu)化方法?

閆東東 苗春光 中國石化華北分公司石油工程技術研究院

油氣裝置區(qū)主要包括工藝管線、儲罐、加熱爐等裝置，存在天然氣、原油、甲醇等易燃易爆物質，有著極大的火災爆炸風險。根據(jù)裝置區(qū)面積、危險等級、火災類型等參數(shù)，計算其滅火級別。從滅火器保護距離、單具滅火器最小滅火級別、滅火器最低配置基準、總費用四個角度綜合研究得出多解方程最優(yōu)解（滅火器數(shù)量）。以某油氣田采氣廠八號集氣站裝置區(qū)為例，計算滅火器最優(yōu)配置方案，計算得出配備17具5 kg干粉滅火器更為經濟合理。優(yōu)化油氣田站場滅火器配置數(shù)量，既能滿足油氣站場滅火需求，又能實現(xiàn)降本增效的最佳效果，對其他油氣站場的干粉滅火器配置具有較高的參考價值。

油氣站場；干粉滅火器；優(yōu)化配置；保護距離；滅火級別

油氣站場生產、儲存、使用大量的易燃易爆物質，存在較大的火災爆炸風險，需要配置消防器材。干粉滅火器作為油氣火災發(fā)生初期的主要消防器材，滅火效果好，速度快，操作簡單，應用范圍廣，適用于固體火災、液體火災、氣體火災等多種火災類型的撲救，在國內油氣站場使用較為普遍。

《石油天然氣工程設計防火規(guī)范（GB 50183）》和《建筑滅火器配置設計規(guī)范（GB 50140）》對生產區(qū)域油罐區(qū)、裝卸平臺等部分場所滅火器配置數(shù)量作了具體規(guī)定，但是對于裝置區(qū)卻沒有可操作性較強的計算規(guī)則，僅要求執(zhí)行《建筑滅火器配置設計規(guī)范（GB 50140）》中相應規(guī)定。而《建筑滅火器配置設計規(guī)范（GB 50140）》中不同型號干粉滅火器滅火級別與滅火器質量不成正比，且滅火級別跨度較大，工程設計時為了回避設計風險，通常將站場消防設計提高若干級別，存在滅火器配置浪費的情況。另外油氣站場中部分滅火器（如常見的35 kg推車式干粉滅火器）在規(guī)范中沒有給出滅火級別，在工程設計時只能套用低一個標準的滅火等級，也會導致滅火器配置的浪費。

1 計算單元的劃分

按照可燃物質可能發(fā)生的泄漏區(qū)域以及可燃物質泄漏后發(fā)生的區(qū)域來劃分計算單元。防火分區(qū)之間的防火墻、防火門或防火卷簾可能會直接阻礙滅火人員攜帶滅火器通過，并影響滅火器的保護距離；而樓梯則會增加滅火人員攜帶滅火器上下樓層趕往著火點的反應時間，也有可能因此而失去滅火器撲救初期火災的最佳時機，故計算單元不應跨越防火分區(qū)和樓層，只能局限在一個樓層或一個水平防火分區(qū)之內。對危險等級和火災種類均相同的各個場所，只要它們是相鄰的并同屬于一個樓層或一個水平防火分區(qū)，那么就可將這些場所組合起來作為一個計算單元來考慮。如集氣站多個甲醇罐區(qū)組成的罐區(qū)存在防火堤，罐內液體流出后不會外溢，故應列為一個計算單元。存在公共走廊的宿舍、辦公室也應該列為一個計算單元。若某一滅火器配置場所，當其危險等級和火災種類有一項或二項與相鄰的其他場所不相同時，都應將其單獨作為一個計算單元來考慮。

結合油氣站場實際，建議將站場劃分為配電室、儲罐區(qū)、工藝泵房、裝置區(qū)、其他部分等若干計算單元。裝置區(qū)滅火器數(shù)量計算是各個單元計算中較為復雜的部分，本文重點分析裝置區(qū)滅火器數(shù)量計算方法，其他地區(qū)可參考裝置區(qū)計算。

2 滅火器配置數(shù)量優(yōu)化方法

油氣裝置區(qū)主要包括工藝管線、儲罐、加熱爐等裝置，存在天然氣、原油、甲醇等易燃易爆物質，有著極大的火災爆炸風險。根據(jù)裝置區(qū)面積、危險等級、火災類型等參數(shù)，按以下公式計算其滅火級別

式中Q為單元滅火級別；K為綜合調整系數(shù)；S為計算單元保護面積；U為單位滅火級別保護面積。按照《建筑滅火器配置設計規(guī)范（GB 50140）》中的條文補充說明，保護面積按建筑面積計算。

下面是從滅火器保護距離、單具滅火器最小滅火級別、滅火器最低配置基準、總費用四個角度綜合研究得出的多解方程最優(yōu)解（滅火器數(shù)量）。

2.1 從滅火器保護距離角度計算

按照《建筑滅火器配置設計規(guī)范（GB 50140）》要求，火災區(qū)域的每個點均應處于滅火器最大保護距離之內，對于設置點數(shù)并無明確的計算方法。經過分析，每個保護區(qū)域至少要設置一個滅火器設置點，才能保證覆蓋到站場各角落，滅火器保護距離示意圖見圖1。

對于一個固定計算單元，X和Y值均為固定值，S值由滅火器型號決定。將不同級別滅火器保護距離代入公式得到多解方程式

圖1 滅火器保護距離示意

式中N2為滅火器設置點數(shù)；表示小數(shù)部分向上取整；變量S為最大保護距離；X為計算單元橫向長度；Y為計算單元縱向長度；橫向需要設置的點數(shù)區(qū)間應為，縱向為

2.2 從單具滅火器最小滅火級別角度計算

在式（1）計算出單元滅火級別的基礎上，按照不同滅火器的滅火級別，將ABC1型、ABC2型、ABC3型、ABC4型滅火器滅火級別分別代入公式，得到多解方程式

式中N3為滅火器配置數(shù)量。

2.3 從滅火器最低配置基準角度計算

按照《建筑滅火器配置設計規(guī)范（GB 50140）》要求，計算單元內的滅火器需要符合配置基準，見表1。

表1 危險場所單具滅火器最低配置基準

2.4 從總費用角度計算

配置所有滅火器的費用

式中N為第k類干粉滅火器的數(shù)量，總共有n項。

2.5 多解方程最優(yōu)解計算

通過以上分析，根據(jù)不同情況，結合各種費用計算方法，利用公式（1）、（2）、（3）計算得出多解方程最優(yōu)解。

首先，配置的干粉滅火器需要滿足表1要求。其次，進行配置數(shù)量N3與點數(shù)N2的比較。因滅火器配置數(shù)量必須滿足大于等于滅火器設置點的數(shù)量以及規(guī)范中每個設置點數(shù)配置數(shù)量小于等于5具的要求，故應有N3數(shù)值介于N2～5N2之間。

若N3小于N2，說明滅火器配置規(guī)格過大，在滿足設置點數(shù)的條件下，配置的滅火器級別必然超過站場滅火級別，存在配置浪費情況，此時的滅火器級別不建議選取，如必須在此區(qū)間取值，則應選擇等于N2值。

若N3大于5N2，說明選取的滅火器配置級別過低，會出現(xiàn)一處地點滅火器配置多于5具的情況，則不應選取。

當N3數(shù)值介于N2～5N2之間時，則為符合要求區(qū)間。如果僅存在一個解，則為最優(yōu)解，否則需要參考滅火器價格用式（4）計算最優(yōu)解。

2.6 一些特殊點處理

《石油天然氣工程設計防火規(guī)范（GB 50183）》對一些特殊點做了要求，如原油儲罐、裝卸平臺等區(qū)域應遵循專門的規(guī)定，這些點的設置需要補充到配置當中。

（1）甲醇罐區(qū)、油罐區(qū)?！妒吞烊粴夤こ淘O計防火規(guī)范（GB 50183）》中“8.9.2當設有固定式或半固定式消防系統(tǒng)時，固定頂罐配置滅火器可按應配置數(shù)量的10%設置，浮頂罐應按配置數(shù)量的5%設置。當罐組內儲罐數(shù)量超過2座時，滅火器數(shù)量應按其中2個較大儲罐計算確定；但每個儲罐配置的數(shù)量不宜多于3個、小于1個手提式滅火器，所配滅火器應分組布置；露天生產裝置應按配置數(shù)量的30%設置。”這里的配置數(shù)量應指式（1）中K=1的情形。

（2）裝卸平臺?！妒吞烊粴夤こ淘O計防火規(guī)范（GB 50183）》中“8.7.3火車、汽車裝卸液化石油氣棧臺宜設置消防給水系統(tǒng)和干粉滅火設施。”但是未給出配置數(shù)量，此時需要參考其他規(guī)范?！妒突て髽I(yè)設計防火規(guī)范（GB 50160）》中“8.9.4可燃氣體、液化烴和可燃液體的鐵路裝卸棧臺應沿棧臺每12 m處上下各分別設置2個手提式干粉型滅火器?！北局挥靡粋浜椭亓窟m中的原則，建議裝卸平臺處設置2具8 kg滅火器。

（3）壓縮機房。《石油天然氣工程設計防火規(guī)范（GB 50183）》中“8.9.4天然氣壓縮機廠房應配置推車式滅火器。”但是未給出配置數(shù)量，這里可以通過費用比選的方法在推車式滅火器當中選擇費用最低方案。

3 優(yōu)化實例

以某油氣田采氣廠八號集氣站裝置區(qū)為例，實際配有5 kg干粉滅火器10具、10 kg干粉滅火器11具、20 kg干粉滅火器4具、50 kg干粉滅火器2具，該計算單元是露天高危B類火災場所，尺寸X、Y為50 m×50 m，K取0.3，計算滅火器最優(yōu)配置方案。將不同滅火器滅火級別和保護距離代入公式（1）、（2）、（3）、（4），經計算得到多個解。

由表1最低配置標準得知，最小應配置89B級別滅火器，即滅火器重量應大于等于5 kg，故MF/ ABC1、MF/ABC2、MF/ABC3、MF/ABC4型號滅火器均不應選用?？梢赃x擇MF/ABC5、MF/ABC6、MFT/ABC20、MFT/ABC50、MFT/ABC100和MFT/ ABC125五種滅火器。從《建筑滅火器配置設計規(guī)范（GB 50140）》附表A.0.1和A.0.2可知，因MF/ ABC5型比MF/ABC6型重量輕，而滅火級別均為3A/89B，不建議選擇MF/ABC6。同理MFT/ABC100和MFT/ABC125重量大且滅火級別與MFT/ABC50均為297B，不建議選擇。由此可以選擇MF/ ABC5、MFT/ABC20和MFT/ABC50三種方案，經市場詢價，5 kg干粉滅火器市場價格為85元/具，10 kg干粉滅火器價格為158元/具，20 kg干粉滅火器價格為570元/具，50 kg干粉滅火器價格為850元/具。計算得出，本實例中選擇配備17具5 kg干粉滅火器方案更為經濟合理。

4 結語

從滅火器保護距離、單具滅火器最小滅火級別、滅火器最低配置基準、總費用四個角度進行綜合研究，將站場面積、修正系數(shù)、滅火器保護距離、滅火器滅火級別、單臺滅火器費用分別代入公式（1）～（4），可知滅火器數(shù)量存在最優(yōu)解。

根據(jù)當前消防技術的發(fā)展趨勢，在較長時期內油氣站場消防力量仍需依靠大量干粉滅火器等基礎滅火器材，而實際油氣站場存在很大干粉滅火器配置優(yōu)化空間，本文所述優(yōu)化配置方法對其他油氣站場的干粉滅火器配置具有一定的參考價值。為達到既能滿足油氣站場滅火需求，又能實現(xiàn)降本增效的最佳效果，消防管理和技術人員需在消防器材選型、配備數(shù)量等方面進行優(yōu)化研究，輔助以完善的運行維護流程，并在實踐中不斷總結經驗，加強技術改進，這樣才可提高我國油氣站場的消防能力。

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.030