張恒濤

中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊

1. 引言

石油是全球任何一個(gè)國(guó)家生存和發(fā)展的命脈。截止到2020 年，我國(guó)已建成一些石油庫(kù)，這些石油庫(kù)的建成對(duì)保障國(guó)家能源供應(yīng)安全具有十分重大的意義。原油屬于易燃、易爆危險(xiǎn)物品，著火后易發(fā)生沸溢，且流淌蔓延快，一旦發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故將造成災(zāi)難性后果，還將造成大范圍的環(huán)境事故。因此，大型石油庫(kù)儲(chǔ)罐的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤為重要[1] [2]。

我國(guó)石油庫(kù)消防系統(tǒng)從無(wú)到有，已發(fā)展成一個(gè)具有較完整的以預(yù)防為主的消防體系。消防裝備從初期的天然水和沙子，后來(lái)從前蘇聯(lián)引進(jìn)的化學(xué)泡沫、煙霧滅火以及擁有現(xiàn)代化消防通信和全自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制的消防滅火體系，這些設(shè)施為保障石油庫(kù)的安全作業(yè)、預(yù)防意外事故的發(fā)生起到了一定作用，但也存在著一些問(wèn)題，如沒(méi)有把“預(yù)防為主”落實(shí)到實(shí)處，消防設(shè)施的可靠性差，維護(hù)保養(yǎng)工作量大，消防投資大效益差等問(wèn)題。

某大型石油庫(kù)占地110 公頃，由多座15 × 104m3鋼制雙盤外浮頂油罐組成，儲(chǔ)存油品為原油，火災(zāi)危險(xiǎn)性類別屬甲B 類。

2. 消防系統(tǒng)工藝流程

本工程含油儲(chǔ)罐設(shè)置固定式冷卻水噴淋系統(tǒng)和固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)[3]，同時(shí)輔助室外消火栓、泡沫栓、移動(dòng)式水-泡沫兩用炮和移動(dòng)式滅火器等進(jìn)行滅火；其它區(qū)域設(shè)置消火栓系統(tǒng)和移動(dòng)式滅火器。消防用水儲(chǔ)存于消防水罐內(nèi)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防水分別經(jīng)消防冷卻水泵及泡沫消防泵加壓后分2 路向消防系統(tǒng)供水：一路水經(jīng)消防冷卻水泵加壓后，向儲(chǔ)罐固定式冷卻水噴淋設(shè)施及罐區(qū)周圍的消火栓供水；另一路水經(jīng)泡沫消防泵加壓后經(jīng)泡沫比例混合裝置，向儲(chǔ)罐固定式低倍數(shù)泡沫滅火設(shè)施及罐區(qū)周圍的泡沫栓提供泡沫混合液。罐區(qū)消防系統(tǒng)流程如圖1 所示。

Figure 1. Fire fighting process flow圖1. 消防系統(tǒng)流程

3. 消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1. 消防水量計(jì)算

根據(jù)《消規(guī)》3.1.1.2 條規(guī)定，當(dāng)儲(chǔ)罐區(qū)占地面積大于100 hm2，同一時(shí)間內(nèi)的火災(zāi)起數(shù)應(yīng)按2 起確定[4]，本工程儲(chǔ)罐區(qū)占地面積約為110 hm2，消防用水量按最大的兩座儲(chǔ)罐著火各計(jì)1 次計(jì)算，本工程消防用水量最大的兩處為兩座15 × 104m3外浮頂原油儲(chǔ)罐，消防用水量計(jì)算如下：

1) 消防冷卻水量計(jì)算

根據(jù)《石油儲(chǔ)備庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》，油罐應(yīng)設(shè)置固定式消防冷卻水系統(tǒng)，消防冷卻水量應(yīng)滿足冷卻一個(gè)最大著火油罐用水量和為該油罐配置的移動(dòng)消防用水量之和的要求。著火油罐應(yīng)按罐壁表面積冷卻，冷卻水供給強(qiáng)度不應(yīng)小于2.0 L/(min?m2)，經(jīng)計(jì)算最大一座著火油罐固定冷卻水量232 L/s，移動(dòng)冷卻水量120 L/s，一處消防冷卻水量為352 L/s，兩處消防冷卻水量為704 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間取6 h [5]，計(jì)算消防冷卻儲(chǔ)水量約15,210 m3。

2) 泡沫滅火用水量計(jì)算

根據(jù)《石油儲(chǔ)備庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》，油罐應(yīng)設(shè)置固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，泡沫混合液量應(yīng)滿足撲救油罐區(qū)內(nèi)最大單罐火災(zāi)所需泡沫混合液用量和為該油罐配置的輔助泡沫槍所需混合液用量之和的要求。著火油罐的固定泡沫混合液供給強(qiáng)度不應(yīng)小于12.5 L/(min?m2)，經(jīng)計(jì)算最大一座著火油罐泡沫混合液流量為112 L/s，連續(xù)供給時(shí)間為60 min；同時(shí)用于撲救該罐液體流散火災(zāi)的輔助泡沫槍數(shù)不應(yīng)小于3 支，每支泡沫槍的流量按240 L/min 設(shè)計(jì)，最大一座著火油罐輔助泡沫混合液流量為12 L/s，連續(xù)供給時(shí)間為30 min。經(jīng)計(jì)算最大一座著火罐所需泡沫混合液總流量為124 L/s，最大兩座著火罐所需泡沫混合液總流量為248 L/s，選用3%的水成膜泡沫液，泡沫液儲(chǔ)量為40 m3(含泡沫混合液管道殘余量)，泡沫混合液用水儲(chǔ)量約為900 m3。為了滿足泡沫混合液上罐時(shí)間，根據(jù)罐區(qū)布置設(shè)置5 座泡沫液站，同時(shí)考慮全面積火災(zāi)儲(chǔ)備泡沫量110 t [6]。

綜上所述，最大兩座儲(chǔ)罐消防用水量約為16,110 m3，同時(shí)根據(jù)相關(guān)要求需另外考慮10,000 m3移動(dòng)消防用水量[6]，本工程消防總儲(chǔ)水量為26,110 m3。

3.2. 消防水源

大型儲(chǔ)罐消防所需消防水量大，滅火時(shí)間短，難以快速補(bǔ)充，故將所需消防用水量?jī)?chǔ)存于鋼制消防水罐內(nèi)。本工程設(shè)置2 座公稱容積15,000 m3消防水罐，兩座消防水罐均設(shè)置獨(dú)立的出水管，并設(shè)置滿足最低有效水位的連通管。消防水罐補(bǔ)水來(lái)自庫(kù)外市政給水管線，消防水罐根據(jù)液位自動(dòng)補(bǔ)水，補(bǔ)水管管徑DN300，補(bǔ)水時(shí)間控制在72 h 內(nèi)。

3.3. 消防冷卻水系統(tǒng)

消防冷卻水系統(tǒng)采用穩(wěn)高壓系統(tǒng)，由消防冷卻水泵、消防冷卻水穩(wěn)壓裝置、儲(chǔ)罐固定式冷卻水噴淋設(shè)施、控制閥門和消防冷卻水管網(wǎng)等組成。

1) 消防冷卻水泵

消防冷卻水泵采用特性曲線平緩的離心泵，工作泵采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，備用泵采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，4 運(yùn)4備，單泵流量220 L/s，揚(yáng)程120 m。當(dāng)儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防控制室值班人員接到火災(zāi)的聲、光報(bào)警信號(hào)后，確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)時(shí)一鍵按鈕啟動(dòng)主用電驅(qū)消防冷卻水泵P-1001～1004 (當(dāng)發(fā)生1 起火災(zāi)時(shí)程序啟動(dòng)P-1001 及P-1002，當(dāng)發(fā)生2 起火災(zāi)時(shí)程序啟動(dòng)全部4 臺(tái))，打開(kāi)對(duì)應(yīng)罐前雨淋閥，對(duì)著火罐進(jìn)行冷卻，當(dāng)電驅(qū)消防冷卻水泵發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換至備用柴驅(qū)消防冷卻水泵。

2) 消防冷卻水穩(wěn)壓裝置

設(shè)置1 套消防冷卻水穩(wěn)壓裝置，流量15 L/s，揚(yáng)程80 m。穩(wěn)壓裝置由2 臺(tái)消防穩(wěn)壓泵、1 臺(tái)穩(wěn)壓罐及檢測(cè)控制儀表等組成，可通過(guò)壓力檢測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)控制消防穩(wěn)壓泵的啟停。平時(shí)由穩(wěn)壓裝置維持管網(wǎng)壓力，當(dāng)管網(wǎng)壓力低于0.7 Mpa 時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)1 臺(tái)穩(wěn)壓泵，故障時(shí)自動(dòng)切換至另1 臺(tái)穩(wěn)壓泵，當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到0.8 Mpa 時(shí)自動(dòng)停泵，當(dāng)著火啟動(dòng)消防泵的同時(shí)自動(dòng)停止穩(wěn)壓泵。

3) 儲(chǔ)罐固定式冷卻水噴淋設(shè)施

每座儲(chǔ)罐采用4 根獨(dú)立的消防冷卻水立管供水，單根管徑為D168.3 × 5.0。根據(jù)抗風(fēng)圈或加強(qiáng)圈的布置，其下部設(shè)冷卻噴水環(huán)管，每座儲(chǔ)罐外壁設(shè)置5 圈冷卻水環(huán)管，每環(huán)均分為6 段，自上而下第1～4 層環(huán)管為D48.3 × 4.0，第5 層環(huán)管為D114.3 × 4.5。采用水幕式噴頭[7]，不銹鋼材質(zhì)，噴頭與儲(chǔ)罐外壁的距離0.60 m，噴頭布置間距1.70 m，每層180 個(gè)噴頭，噴頭最小出水壓力為0.2 MPa。同時(shí)為了減小水流對(duì)罐壁的沖擊力減少反彈水量，噴頭噴水方向與罐壁保持30°～60°夾角，以便有效冷卻罐壁。每根消防立管和水平管道連接處設(shè)置1 根DN150 的金屬軟管，以消除儲(chǔ)罐沉降引起的應(yīng)力；立管采用管卡固定在罐壁上，其間距為3 m，管線采用無(wú)縫鍍鋅鋼管。

4) 消防冷卻水管網(wǎng)

儲(chǔ)罐區(qū)防火堤外敷設(shè)消防冷卻水環(huán)管，消防時(shí)管網(wǎng)壓力為1.2 MPa，消防環(huán)管上設(shè)置消火栓，其間距不超過(guò)60 m [8]，每個(gè)消火栓均配置相應(yīng)的消防器材箱，并配置一定數(shù)量的移動(dòng)式滅火器材，消火栓用閥門截?cái)?，每段室外消火栓的?shù)量不超過(guò)5 個(gè)。儲(chǔ)罐固定式冷卻水噴淋設(shè)施的進(jìn)水管接自環(huán)狀消防水管網(wǎng)，通過(guò)雨淋閥門向儲(chǔ)罐供給消防冷卻水。

罐體及防火堤內(nèi)消防管線采用無(wú)縫鋼管，內(nèi)外熱鍍鋅，法蘭連接。防火堤外的消防管線采用低壓流體輸送用焊接鋼管，焊接。

3.4. 泡沫滅火系統(tǒng)

泡沫滅火系統(tǒng)[9]由泡沫消防泵、泡沫穩(wěn)壓給水裝置、泡沫混合裝置、固定式液上噴射泡沫發(fā)生裝置、泡沫混合液管網(wǎng)和控制閥門等組成。

1) 泡沫消防泵

泡沫消防泵采用特性曲線平緩的離心泵，工作泵采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，備用泵采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，2 運(yùn)2 備，單泵流量160 L/s，揚(yáng)程150 m。當(dāng)儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)，啟動(dòng)消防冷卻水泵的同時(shí)，程序啟動(dòng)主用電驅(qū)泡沫消防水泵P-2001～2002 (當(dāng)發(fā)生1 起火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)P-2001，當(dāng)發(fā)生2 起火災(zāi)時(shí)程序啟動(dòng)2 臺(tái))，故障時(shí)自動(dòng)切換至備用柴驅(qū)泡沫消防水泵，順序啟動(dòng)泡沫撬、環(huán)管相應(yīng)的電動(dòng)閥及著火罐罐前泡沫混合液電動(dòng)控制閥，對(duì)著火罐進(jìn)行泡沫滅火?；馂?zāi)撲滅后，手動(dòng)關(guān)閉消防冷卻水泵、泡沫消防泵、泡沫撬泡沫液泵及進(jìn)出口電動(dòng)閥門。著火罐罐前冷卻水雨淋控制閥及泡沫滅火電動(dòng)控制閥。

2) 泡沫穩(wěn)壓給水裝置

設(shè)置1 套泡沫穩(wěn)壓給水裝置，流量10 L/s，揚(yáng)程100 m。穩(wěn)壓裝置由2 臺(tái)消防穩(wěn)壓泵、1 臺(tái)穩(wěn)壓罐及檢測(cè)控制儀表等組成，可通過(guò)壓力檢測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)控制消防穩(wěn)壓泵的啟停。當(dāng)管網(wǎng)壓力低于0.9 Mpa 時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)1 臺(tái)穩(wěn)壓泵，故障時(shí)自動(dòng)切換至另1 臺(tái)穩(wěn)壓泵，當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到1.0 Mpa 時(shí)自動(dòng)停泵，當(dāng)著火時(shí)啟動(dòng)消防泵的同時(shí)自動(dòng)停止穩(wěn)壓泵。其主要作用在于準(zhǔn)工作狀態(tài)下由消防穩(wěn)壓泵維持泡沫橇前消防管線水壓，著火時(shí)開(kāi)啟泡沫消防泵可快速向泡沫橇提供消防用水，節(jié)省充滿消防管線所用時(shí)間，從而為泡沫混合液上罐爭(zhēng)取要求。

3) 泡沫混合裝置

固定式泡沫混合系統(tǒng)有平衡式、機(jī)械泵入式、囊式壓力比例混合裝置或泵直接注入式比例混合流程四種，其中平衡式更適用于大型油罐區(qū)的消防。本工程設(shè)置5 套泵入平衡壓力式泡沫混合裝置，采用3%的水成膜泡沫液，工作壓力1.65 MP a，混合液流量范圍40～160 L/s，每套主要由2 座20 m3常壓泡沫液貯罐、泡沫液泵組(1 電及1 水輪機(jī))、比例混合器、平衡閥、過(guò)濾器、控制柜等相關(guān)組件及管路組成。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，自動(dòng)或人工啟動(dòng)泡沫消防泵，平衡式的比例混合器有壓力水流過(guò)。由消防控制中心遙控開(kāi)啟或自動(dòng)化控制柜打開(kāi)泡沫原液進(jìn)口閥，同時(shí)啟動(dòng)泡沫液泵，儲(chǔ)存在常壓泡沫罐內(nèi)的泡沫液由泡沫液泵注入比例混合器，經(jīng)過(guò)平衡閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)后使得適量的泡沫液進(jìn)入比例混合器與壓力水按比例混合成泡沫混合液。再通過(guò)管道供給消防用泡沫發(fā)生設(shè)備，如泡沫槍、泡沫栓及泡沫產(chǎn)生器等，產(chǎn)生空氣泡沫撲救火災(zāi)。

4) 泡沫發(fā)生裝置

每座儲(chǔ)罐直壁頂部均勻布置14 個(gè)水平安裝的PC8 泡沫發(fā)生裝置。采用7 根獨(dú)立的泡沫混合液消防立管供泡沫混合液，單根管徑為D114.3 × 4.5，每根泡沫混合液立管連接2 個(gè)泡沫產(chǎn)生器。連接泡沫產(chǎn)生器的泡沫混合液立管應(yīng)用管卡固定在罐壁上，管卡間距不宜大于3 m；儲(chǔ)罐梯子平臺(tái)上設(shè)置1 個(gè)DN65二分水器，用于撲滅局部密封處的初期火災(zāi)；每根泡沫混合液立管和水平管道連接處設(shè)置1 根DN100 的金屬軟管，以消除儲(chǔ)罐沉降引起的應(yīng)力；立管采用管卡固定在罐壁上，其間距為3 m，管線采用無(wú)縫鍍鋅鋼管。

5) 泡沫混合液管網(wǎng)

儲(chǔ)罐區(qū)防火堤外敷設(shè)泡沫混合液環(huán)管，消防時(shí)管網(wǎng)壓力為1.5 MPa，消防環(huán)管上設(shè)置泡沫栓，其間距不超過(guò)60 m，間隔一定距離集中布置管牙接口，并配備泡沫鉤管和泡沫槍等移動(dòng)式泡沫滅火設(shè)備。儲(chǔ)罐固定式泡沫發(fā)生裝置的進(jìn)液管接自泡沫混合液環(huán)管，每個(gè)儲(chǔ)罐的泡沫混合液總管在進(jìn)防火堤前設(shè)置一個(gè)電動(dòng)閥，著火時(shí)打開(kāi)電動(dòng)閥，向著火罐泡沫發(fā)生裝置提供泡沫混合液進(jìn)行滅火，同時(shí)要求泡沫混合液從泡沫站到儲(chǔ)罐著火點(diǎn)的時(shí)間不超過(guò)5 min。

罐體及防火堤內(nèi)消防管線采用無(wú)縫鋼管，內(nèi)外熱鍍鋅，法蘭連接。防火堤外的消防管線采用低壓流體輸送用焊接鋼管，焊接。

3.5. 消防站及其它滅火器材

本工程將設(shè)置消防站1 座。站內(nèi)設(shè)置消防綜合樓(主要包括辦公、宿舍、食堂等)、消防車庫(kù)、消防訓(xùn)練塔、消防訓(xùn)練場(chǎng)等。消防車庫(kù)配備6 輛消防車，其中：通信指揮車1 輛、12t 重型泡沫消防車3 輛、3 t(泡沫液儲(chǔ)量)舉高(70 m)噴射消防車1 輛、泡沫-干粉兩用消防車1 量。同時(shí)，配備移動(dòng)式水/泡沫消防兩用炮(拖車) 5 門，泡沫液罐裝泵2 臺(tái)，以及一定數(shù)量的泡沫鉤管、泡沫槍、滅火毯等，以便撲救零星火災(zāi)。

根據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50140)要求及消防設(shè)施完備情況，對(duì)可能發(fā)生火災(zāi)的各類場(chǎng)所，根據(jù)其火災(zāi)危險(xiǎn)性、區(qū)域大小等實(shí)際情況，分別設(shè)置一定數(shù)量不同類型、不同規(guī)格的移動(dòng)式滅火設(shè)備，以便及時(shí)撲滅初期零星火災(zāi)[10]。

4. 消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在罐區(qū)消防設(shè)計(jì)中，某個(gè)細(xì)節(jié)的缺失或錯(cuò)誤可能導(dǎo)致整個(gè)滅火系統(tǒng)的失效，必須引起重視。以下列舉一些在設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題，以供探討學(xué)習(xí)。

1) 消防水罐的有效容積必須滿足兩次消防所需的消防水，同時(shí)須儲(chǔ)備10,000 m3移動(dòng)消防用水量；每座泡沫液站必須儲(chǔ)存滿足兩次消防所需的泡沫液，同時(shí)考慮全面積火災(zāi)儲(chǔ)備泡沫量110 t [6]。

2) 消防冷卻系統(tǒng)采用固定式消防冷卻水噴淋和移動(dòng)消防設(shè)施向儲(chǔ)罐聯(lián)合供水冷卻儲(chǔ)罐，消防管網(wǎng)控制閥采用遠(yuǎn)程程序控制，保證消防設(shè)施的迅速啟動(dòng)。

3) 泡沫混合裝置采用平衡式比例混合裝置，泡沫液泵采用1 臺(tái)電機(jī)及1 臺(tái)水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)泵，水輪機(jī)消耗的水量應(yīng)計(jì)入消防用水量。

4) 合理布置泡沫站及泡沫混合液管網(wǎng)，確保泡沫混合液從消防泵房到儲(chǔ)罐著火點(diǎn)的時(shí)問(wèn)不超過(guò)5 min，同時(shí)還應(yīng)考慮泡沫混合液和消防冷卻水管線的放空。

5. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)石油庫(kù)消防系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題入手，并結(jié)合大型儲(chǔ)罐消防系統(tǒng)工程實(shí)例，重點(diǎn)研究消防水源、消防冷卻水系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、消防站及其它滅火器材等方面，得出了其消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)和應(yīng)注意的問(wèn)題。儲(chǔ)罐區(qū)消防安全事關(guān)重大，一旦發(fā)生事故，消防系統(tǒng)能否迅速發(fā)揮作用關(guān)系到生命及財(cái)產(chǎn)安全，在設(shè)計(jì)中除了嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范、法規(guī)外還要因地制宜，結(jié)合工程情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證消防設(shè)計(jì)合規(guī)、合理、有效、可靠。一旦儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)，確保從源頭提高滅火效率，降低火災(zāi)危害。