王威
(中國(guó)石油東北煉化工程有限公司,遼寧大連116085)
石油化工企業(yè)消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
王威
(中國(guó)石油東北煉化工程有限公司,遼寧大連116085)
石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置和罐區(qū)大部分屬于甲類火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域,存在發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故的可能性。文中分析了消防給水系統(tǒng)在石油化工企業(yè)消防方面的重要作用,并闡述了穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的工作原理,探討了給水系統(tǒng)的組成、設(shè)備配置及技術(shù)參數(shù)的確定和控制方式。
石油化工;消防;給水系統(tǒng);設(shè)計(jì)
石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)中涉及的原料、產(chǎn)品、半成品及副產(chǎn)品,絕大多數(shù)為易燃易爆的可燃性氣體或液體,生產(chǎn)過程多為高溫、高壓條件,具有較高的危險(xiǎn)性,存在發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故的可能性非常大。石油化工企業(yè)的消防工作可為重中之重,首先在設(shè)計(jì)上就應(yīng)周密考慮,在石油化工企業(yè)的消防設(shè)計(jì)中,最重要的就是消防給水系統(tǒng)。
(1)工作原理:高壓消防給水系統(tǒng)利用地勢(shì)高差設(shè)高位水池(或高位水塔)使消防給水管網(wǎng)始終保持一定的壓力和流量,滿足全部消防設(shè)備投入使用的要求。發(fā)生火災(zāi)時(shí),不需要使用其他消防給水設(shè)備對(duì)此給水系統(tǒng)進(jìn)行加壓[1]。
(2)技術(shù)特點(diǎn):無論準(zhǔn)工作狀態(tài)還是在消防全過程都能有效保證消防所需要的水壓和水量要求;不過此種工況實(shí)施有一定的局限性,很難實(shí)現(xiàn)。
(1)工作原理:穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)是以消防穩(wěn)壓系統(tǒng)的日常高穩(wěn)壓使管網(wǎng)壓力大于或等于0.7 MPa?;馂?zāi)發(fā)生時(shí),隨著消防設(shè)施的啟用,管網(wǎng)壓力下降至設(shè)定值,通過壓力聯(lián)動(dòng),自動(dòng)啟動(dòng)消防給水主泵從消防儲(chǔ)水罐(或消防水池)吸水后加壓供給消防給水管網(wǎng),滿足全部消防設(shè)施系統(tǒng)投入使用所需要的工作壓力和流量。同時(shí)消防穩(wěn)壓系統(tǒng)通過聯(lián)動(dòng)自動(dòng)停止運(yùn)行[2]。
(2)技術(shù)特點(diǎn):平時(shí)管網(wǎng)維持高壓,火災(zāi)時(shí)消防水泵自動(dòng)開泵,消防動(dòng)作及時(shí)。但由于穩(wěn)壓水泵流量小,初期火災(zāi)在消防水泵開泵之前,系統(tǒng)不能提供消防全部用水。
(1)工作原理:臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)平時(shí)不能滿足消防設(shè)施系統(tǒng)投入使用所需要的工作壓力和流量,火災(zāi)時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵以滿足消防設(shè)施系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量的供水系統(tǒng)。
(2)技術(shù)特點(diǎn):消防水泵開泵之前,既不滿足滅火時(shí)供水壓力要求又不滿足滅火所需要的流量要求。消防動(dòng)作嚴(yán)重滯后。
(1)高壓消防給水系統(tǒng)在準(zhǔn)工作狀態(tài)和消防時(shí)都要完全滿足消防用水的水壓和流量要求,需設(shè)高位水池(或高位水塔),在實(shí)際工程中很難實(shí)施。臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí),由于消防用水的水壓和流量不能完全滿足,消防動(dòng)作嚴(yán)重滯后,因此一旦發(fā)生火災(zāi),不能有效地、及時(shí)地?fù)錅缁馂?zāi),以至造成嚴(yán)重后果。
穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)只需配置消防主泵和穩(wěn)壓裝置就可實(shí)施,相比高壓消防給水系統(tǒng),容易實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)不論在準(zhǔn)工作狀態(tài)和消防時(shí),基本能夠滿足石化企業(yè)相應(yīng)消防用水的水壓和流量要求,無需消防車加壓,可立即取水進(jìn)行撲救,提高了消防的速度,相比臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)具有消防動(dòng)作及時(shí),系統(tǒng)設(shè)備投入使用快等優(yōu)點(diǎn)[3]。
(2)有利于石油化工企業(yè)裝置和罐區(qū)的擴(kuò)建。對(duì)石油化工企業(yè)裝置和罐區(qū)擴(kuò)建工程,只要原有穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)滿足擴(kuò)建工程消防供水壓力和流量要求,新建工程消防給水系統(tǒng)只需從原有穩(wěn)高壓消防給水管網(wǎng)中接出消防給水管線,并在管線上設(shè)置一定的消防設(shè)施即可,無需新建消防給水泵站,節(jié)省工程投資。
(3)設(shè)計(jì)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng),采用消防給水管網(wǎng)壓力聯(lián)鎖啟動(dòng)消防供水主泵,與臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)相比,此系統(tǒng)可取消大量消防設(shè)施(消火栓、消防炮等)現(xiàn)場(chǎng)起泵按鈕和消防濕式自動(dòng)噴淋系統(tǒng)控制閥與消防供水主泵聯(lián)鎖啟動(dòng)的控制電纜,節(jié)省了工程投資,并使消防給水系統(tǒng)在保證正常給水壓力和流量的前提下,控制系統(tǒng)簡(jiǎn)潔化,便于消防隊(duì)員操作和使用。
(4)消防給水設(shè)備均設(shè)在消防給水泵站內(nèi),相對(duì)集中,便于消防隊(duì)員操作、管理、保養(yǎng)、維護(hù)。
綜上所述,石油化工企業(yè)采用全廠性穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)既保證了消防用水的水壓和流量,又滿足石化行業(yè)消防設(shè)施需要投入使用快的要求,此系統(tǒng)還便于操作、管理、維修和日后的擴(kuò)展。所以穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)在石油化工企業(yè)消防方面起到十分重要的作用。
有消防水池和消防水罐兩種儲(chǔ)存方式。消防水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于鋼筋混凝土水池看上去較為笨重,特別是對(duì)較大的消防水池,如采用地上型式,占地面積大,影響廠區(qū)的整體美觀。如采用地下型式,不能滿足消防水泵自灌要求(如為滿足消防水泵自灌要求,采用半地下泵房,影響日常操作管理),帶來安全隱患。鋼制水罐采用地上型式,相比消防水池,占地面積小,易檢修、操作,平面布置不影響廠區(qū)的美觀。所以對(duì)較大型的消防儲(chǔ)水設(shè)施建議采用鋼制水罐的型式[4]。
(1)消防儲(chǔ)水設(shè)施有效容積,應(yīng)滿足火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)消防用水總量的要求。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)能保證向水池連續(xù)補(bǔ)水時(shí),其容量可減去火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)的補(bǔ)充水量。
(2)消防水池有效容積大于500 m3時(shí),宜設(shè)兩格能獨(dú)立使用的消防水池;消防水池大于1 000 m3時(shí),應(yīng)設(shè)置能獨(dú)立使用的兩座消防水池,并設(shè)帶閥門的連通管;消防水罐同理。
(3)消防儲(chǔ)水設(shè)施補(bǔ)水時(shí)間,不宜超過48 h。
(4)消防儲(chǔ)水設(shè)施與全廠性生活或生產(chǎn)儲(chǔ)水設(shè)施合建時(shí),應(yīng)有消防用水不作他用的技術(shù)措施。
(5)寒冷地區(qū)應(yīng)設(shè)防凍措施。
(1)消防供水主泵動(dòng)力源問題
在全廠性或比較重要的聯(lián)合裝置或大型石油庫(kù)的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)中,消防給水主泵即使在有雙電源或雙回路電源供電時(shí),其備用泵仍建議采用柴油泵,以保證消防給水主泵有更可靠的動(dòng)力供應(yīng)。這樣雖增加了一次性投資成本,但是在火災(zāi)時(shí),消防水泵的啟動(dòng)和運(yùn)行更為可靠。
(2)消防供水主泵配置和技術(shù)參數(shù)的確定
消防供水主泵的配置建議選擇兩電兩柴,消防供水主泵配置數(shù)量,應(yīng)由單臺(tái)水泵功率決定,配置合理,可節(jié)省工程投資。建議單臺(tái)水泵功率不要超過710 kW,2個(gè)電動(dòng)泵作為主泵,2個(gè)柴油泵作為備用。選擇電動(dòng)泵為主是考慮操作方便,選擇柴油泵作為備用是考慮出現(xiàn)意外情況導(dǎo)致全部電源中斷時(shí)使用。大連某企業(yè)原油罐區(qū)火災(zāi),消防電動(dòng)供水主泵因供電線路全部中斷,無法啟動(dòng)。又無柴油備用泵,導(dǎo)致消防供水系統(tǒng)沒有正常運(yùn)行,至使延誤滅火最佳戰(zhàn)機(jī),導(dǎo)致火情擴(kuò)大,損失嚴(yán)重。
消防給水主泵的流量應(yīng)滿足系統(tǒng)供水范圍內(nèi)最大消防用水量的設(shè)計(jì)流量。揚(yáng)程應(yīng)按環(huán)狀管網(wǎng)中1條干管發(fā)生故障或檢修時(shí),其余干管仍能通過全部消防用水量至最不利點(diǎn)所需揚(yáng)程計(jì)算。而且消防水主泵要求在150%額定流量時(shí),水泵揚(yáng)程不低于65%額定揚(yáng)程[5]。
(1)消防穩(wěn)壓系統(tǒng)的分類
①設(shè)穩(wěn)壓泵的消防穩(wěn)壓系統(tǒng)。準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)的消防用水水壓通過連續(xù)運(yùn)行的消防專用穩(wěn)壓泵來保證。該消防穩(wěn)壓系統(tǒng)適合較大型的消防穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)。但消防穩(wěn)壓水泵需要連續(xù)工作,能耗高。
②設(shè)氣壓水罐的消防穩(wěn)壓系統(tǒng)。準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)的消防用水水壓靠氣壓水罐的壓力保證,氣壓水罐的壓力由配套設(shè)置的穩(wěn)壓水泵來提供。消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的泄露量直接關(guān)系到氣壓水罐的容積,消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的規(guī)模大,管網(wǎng)相對(duì)的泄露量就大,如氣壓水罐的容積小,穩(wěn)壓水泵就要頻繁的啟動(dòng)以補(bǔ)充氣壓水罐的水量。所以該穩(wěn)壓系統(tǒng)適合較小型的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng),特別是建筑穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)。
③設(shè)變頻調(diào)速恒壓裝置的消防穩(wěn)壓系統(tǒng)。準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)的消防用水水壓通過穩(wěn)壓泵運(yùn)行來保證。穩(wěn)壓泵配套變頻控制柜,可根據(jù)消防水系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓泵的供給流量,按需供給,在一定程度上,降低了系統(tǒng)能耗。所以石化企業(yè)全廠性的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)建議設(shè)置該種穩(wěn)壓系統(tǒng)。
(2)消防穩(wěn)壓泵流量、揚(yáng)程的確定
消防穩(wěn)壓泵的流量是穩(wěn)高壓系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)參數(shù),它直接關(guān)系到穩(wěn)壓泵的選擇及系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)流量過大,系統(tǒng)投資、日常運(yùn)行費(fèi)用就會(huì)增高,且火災(zāi)初期流量較小時(shí),會(huì)影響主泵啟動(dòng)的時(shí)間滯后;設(shè)計(jì)流量過小則會(huì)因管網(wǎng)及消防設(shè)備的滲漏使系統(tǒng)穩(wěn)不住壓力,導(dǎo)致消防主泵頻繁啟動(dòng),穩(wěn)高壓系統(tǒng)無法使用。在綜合考慮上述因素后,消防穩(wěn)壓主泵設(shè)計(jì)流量要考慮1支水槍出水量5 L/s加上管網(wǎng)滲漏量之和來確定較為合適,滿足工藝要求,安全、經(jīng)濟(jì)??煽刂圃?5 L/s左右。備用穩(wěn)壓泵則考慮設(shè)置流量較大一些,可控制在30 L/s左右,滿足全廠輔助生產(chǎn)設(shè)施消防水量的要求。以防止消防供水主泵頻繁啟動(dòng)。
消防穩(wěn)壓泵揚(yáng)程應(yīng)根據(jù)消防系統(tǒng)要求確定,可低于消防主泵揚(yáng)程要求,但最小不得小于最不利點(diǎn)消防設(shè)施所需的消防供水壓力。穩(wěn)壓壓力不宜過高,壓力高對(duì)管網(wǎng)材質(zhì)和施工要求高,整個(gè)系統(tǒng)易發(fā)生泄漏現(xiàn)象。根據(jù)計(jì)算,穩(wěn)壓泵揚(yáng)程一般不應(yīng)超過1.0 MPa。
穩(wěn)高壓消防供水系統(tǒng)設(shè)有防超壓措施。由于消防時(shí)用水的不均勻性,在消防管網(wǎng)上設(shè)置超壓回流管線,以防止初期火災(zāi)或火災(zāi)較小時(shí),消防水主泵工作但消防用水量較小而造成管網(wǎng)超壓,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。泄壓后的水應(yīng)回流至消防儲(chǔ)水罐,消防安全泄壓管道管徑的選擇應(yīng)根據(jù)消防安全泄壓閥開啟時(shí)的壓力所對(duì)應(yīng)的消防供水主泵的流量來確定管徑大小,應(yīng)小于消防水泵出水管道管徑。
為測(cè)試消防水泵的性能及工作狀況,消防水泵出水管道母線上應(yīng)設(shè)置回流管道至消防儲(chǔ)水設(shè)施?;亓鞴艿拦軓綉?yīng)不大于消防水泵出水管道管徑,并設(shè)置手動(dòng)切斷閥門(可考慮與消防安全泄壓系統(tǒng)管線合并設(shè)計(jì))。
消防水回流系統(tǒng)還可以延長(zhǎng)消防水系統(tǒng)管網(wǎng)的使用時(shí)間。由于石化行業(yè)設(shè)計(jì)的消防系統(tǒng)管網(wǎng),大部分是鋼管,而不流動(dòng)的水易孽生厭氧菌,厭氧菌對(duì)鋼管會(huì)產(chǎn)生生化腐蝕,這種腐蝕多為點(diǎn)蝕,對(duì)消防系統(tǒng)管網(wǎng)破壞性極大。該種腐蝕導(dǎo)致的最根本原因就是消防水的不流動(dòng),因此,定時(shí)利用消防水回流系統(tǒng)使消防系統(tǒng)管網(wǎng)的消防水流動(dòng)起來,是防止消防水系統(tǒng)管網(wǎng)腐蝕的最好措施。
(1)管材的選擇
石油化工企業(yè)消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)所用的材料均采用鋼管。由于鋼管采購(gòu)容易,耐高壓且安裝方便,特別是臨時(shí)接管簡(jiǎn)便,備受設(shè)計(jì)人員青睞。但鋼管有個(gè)致命的弱點(diǎn),就是耐腐蝕性較差,消防系統(tǒng)管線均埋地敷設(shè),埋地鋼質(zhì)管道外防腐采用環(huán)氧煤瀝青特加強(qiáng)級(jí)防腐;內(nèi)防腐采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)。
(2)墊片的選擇
石油化工企業(yè)消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)上的閥門和消防設(shè)施均為法蘭連接,法蘭之間的墊片選擇根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)消防供水系統(tǒng)的穩(wěn)壓效果至關(guān)重要,石油化工企業(yè)消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為1.2~1.6 MPa,為保證穩(wěn)壓效果,使消防穩(wěn)高壓消防供水系統(tǒng)能常年正常運(yùn)行,建議選擇增強(qiáng)柔性石墨板墊片或金屬纏繞墊片。
(1)正常運(yùn)行時(shí):系統(tǒng)壓力保持在1.00 MPa左右。當(dāng)系統(tǒng)壓力P≤0.90 MPa時(shí),穩(wěn)壓泵開啟;當(dāng)系統(tǒng)壓力P≤0.85 MPa時(shí),備用穩(wěn)壓泵開啟;當(dāng)系統(tǒng)壓力P≥1.00 MPa時(shí),穩(wěn)壓泵關(guān)閉;穩(wěn)壓泵互為備用。并設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)切換開關(guān)。
(2)發(fā)生火災(zāi)時(shí):消防泵自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行消防供水。
發(fā)生火災(zāi)時(shí),消防電動(dòng)主泵自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行消防供水。當(dāng)系統(tǒng)壓力P≤0.80 MPa時(shí),消防電動(dòng)主泵開啟;當(dāng)系統(tǒng)壓力在消防電動(dòng)主泵啟動(dòng)60 s后仍小于0.80 MPa,自動(dòng)啟動(dòng)消防電動(dòng)主泵;操作人員手動(dòng)關(guān)閉運(yùn)行不正常的消防主泵。消防主泵啟動(dòng)后,聯(lián)鎖關(guān)閉所有消防穩(wěn)壓泵。
當(dāng)消防電動(dòng)主泵(或備用泵)因故障無法運(yùn)行時(shí),延時(shí)10 s后,自動(dòng)啟動(dòng)柴油機(jī)泵。操作人員手動(dòng)關(guān)閉運(yùn)行不正常的消防泵。
(3)當(dāng)系統(tǒng)壓力P≥1.50 MPa時(shí),消防安全泄壓系統(tǒng)中的泄壓背壓閥開啟。
(4)消防結(jié)束,當(dāng)火警解除后,必須手動(dòng)關(guān)閉消防給水主泵,系統(tǒng)返回穩(wěn)壓狀態(tài)。
(5)消防水泵開啟有3種控制狀態(tài):①通過系統(tǒng)壓力自動(dòng)啟動(dòng);②可在操作室內(nèi)手動(dòng)遠(yuǎn)程啟動(dòng);③在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟動(dòng)。
(6)泵檢維修和盤車操作時(shí),設(shè)有切斷向其發(fā)送自動(dòng)開啟信號(hào)的手動(dòng)開關(guān)。
(7)控制指示:設(shè)有消防穩(wěn)壓泵和消防水電動(dòng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(包括開、停、故障)的顯示、電流顯示,系統(tǒng)壓力顯示,手動(dòng)/自動(dòng)切換開關(guān)狀態(tài)顯示;消防水儲(chǔ)罐設(shè)有液位指示、報(bào)警,并和消防儲(chǔ)罐補(bǔ)水管線上的電動(dòng)閥聯(lián)鎖。
(8)柴油機(jī)消防泵組控制技術(shù)要求:遠(yuǎn)程啟動(dòng)、運(yùn)行信號(hào)、手動(dòng)/自動(dòng)切換開關(guān)狀態(tài)信號(hào)、綜合故障信號(hào)及所有顯示參數(shù)能夠通過通訊上傳到操作室。
穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)能夠提高石油化工企業(yè)固定式消防設(shè)施的消防防護(hù)能力以及應(yīng)急防護(hù)水平。消防給水主泵、消防穩(wěn)壓水泵依靠管網(wǎng)壓力自動(dòng)工作,實(shí)現(xiàn)無人化操作,供水速度快,能夠及時(shí)將火災(zāi)在初期階段撲滅或有效控制。
在石油化工企業(yè)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,必須優(yōu)化系統(tǒng)的形式及組成,系統(tǒng)供水范圍劃分合理,設(shè)備配置適當(dāng),技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確,控制方式及聯(lián)鎖要求先進(jìn),并優(yōu)選管網(wǎng)材質(zhì)和消防水泵動(dòng)力源,不僅能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠,延長(zhǎng)使用年限,而且還可降低能耗。
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Fire water supply system design of petrochemical enterprise
Wang Wei
(PetroChina Northeast Refining&Chemical Engineering Co,LTD,Dalian 116085,China)
Most of petrochemical production plants and tank farms belong to Class A fire danger zones in which there is the possibility of fire and explosion accidents.This paper analyzed the important role played by the fire fighting water supply system in the fire fighting aspect of petrochemical enterprise,expounded the working principle of the steady high pressure fire fighting water supply system,and discussed the composition of the water supply system and the equipment layout as well as the determination and control method of the parameters.
petrochemical enterprise;fire fighting;water supply system;design
TE685
B
1671-4962(2017)06-0069-04
2017-10-03
王威,男,工程師,1999年畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)水文與水資源工程專業(yè),現(xiàn)從事石油化工給排水和消防設(shè)計(jì)工作。