郝金鳳

（云南興滇建筑設(shè)計咨詢有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG）是一種由丙烷、乙烷、丁烷等物質(zhì)組成的混合物，是一種石油化工基本原料，也是一種高質(zhì)量燃料。目前已被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等領(lǐng)域，成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會發(fā)展重要資源。據(jù)統(tǒng)計，2020 年我國LPG 產(chǎn)量已超過4400 萬t，2021 年超過4600 萬t，近三年累計增產(chǎn)幅度保持在4.6%～7.5%左右。面對LPG 產(chǎn)量、需求量的不斷增加，LPG 灌區(qū)項目運(yùn)行安全問題得到人們越來越多關(guān)注。LPG 的危險性決定，LPG 罐區(qū)項目管理不當(dāng)易發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事故，嚴(yán)重威脅LPG 罐區(qū)項目內(nèi)人們生命財產(chǎn)安全，危害自然環(huán)境。故加強(qiáng)大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)至關(guān)重要。以下筆者對大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)設(shè)計的幾點體會，意在拋磚引玉。

1 大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)構(gòu)成要素分析

1.1 PLC 組成及特性分析

由LPG 主要組分及其基本特性（表1）可知，LPG 屬于高危險性物品，具備易燃、易爆、易揮發(fā)、低溫、有毒等特征，如LPG 組分中丙烷占比較大，丙烷泄漏到儲運(yùn)環(huán)境中，可導(dǎo)致工作人員出現(xiàn)呼吸困難、昏迷、窒息等問題；空氣中的丙烷遇火源將發(fā)生爆炸，引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故，造成生命財產(chǎn)損失[1]。因此，大型LPG 罐區(qū)項目對消防安全具有較高要求，面對LPG 生產(chǎn)量、需求量等不斷增多，有必要加強(qiáng)消防系統(tǒng)設(shè)計，不斷提高項目消防安全水平。

表1 PLC 組成及主要成分性質(zhì)

1.2 大型LPG 罐區(qū)項目消防方案

根據(jù)LPG 組分及其特征，大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)應(yīng)屬于綜合型系統(tǒng)，需要配備齊全消防滅火設(shè)施?；诮?jīng)驗歸納與總結(jié)，消防系統(tǒng)可配備如下設(shè)施：

（1）水消防系統(tǒng)。由于LPG 具有較高的火災(zāi)危險性，且火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，一旦LPG 罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)，將帶來嚴(yán)重?fù)p失和影響。這就需要在消防系統(tǒng)設(shè)計中，配備科學(xué)且完善水消防系統(tǒng)，能夠及時對LPG 儲罐進(jìn)行冷卻，減少火災(zāi)發(fā)生率，控制火勢蔓延速度與范圍，減輕火災(zāi)事故危害。目前，較為常見的水消防系統(tǒng)主要有低壓給水系統(tǒng)、高壓消防泵系統(tǒng)、穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)等。就穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)而言，主要是利用補(bǔ)充水管道將生產(chǎn)給水引入消防水池中，一旦罐區(qū)發(fā)生水災(zāi)消防水泵進(jìn)行加壓操作，將消防水池中的水引入消防給水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行消防。就水噴霧系統(tǒng)而言，由《液化石油氣供應(yīng)工程設(shè)計規(guī)范》可知LPG 儲罐單罐容量超過20m3或儲罐區(qū)總?cè)萘砍^50m3時，需要在儲罐上配備固定噴水冷卻裝置（水噴霧系統(tǒng)），但發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)檢測探頭發(fā)出報警信號，驅(qū)動水噴霧系統(tǒng)雨淋閥、電磁閥、放水閥，對著火罐體及其鄰近罐體進(jìn)行保護(hù)，控制災(zāi)情蔓延，防止沸液蒸汽爆炸[2]。某大型LPG 罐區(qū)項目共有12 萬m3丙烷儲罐，設(shè)計采用水噴霧系統(tǒng)對其進(jìn)行給水消防，根據(jù)相關(guān)要求計算消防水量，確定水噴霧系統(tǒng)供水強(qiáng)度20L/min·m2，冷卻水用量480m3/h，水災(zāi)延續(xù)時間6h。

（2）泡沫消防系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常由泡沫產(chǎn)生設(shè)備、比例混合裝置、存儲裝置、消防泵、火災(zāi)探測與控制裝置、各類閥門、各種管道等組成，可對甲類、乙類、丙類液體火災(zāi)進(jìn)行防控，故適用于大型LPG 罐區(qū)項目消防。隨著泡沫消防系統(tǒng)研究的不斷深入，已形成多種類型泡沫消防系統(tǒng)，按照發(fā)泡倍數(shù)可分為低倍數(shù)泡沫消防系統(tǒng)、中倍數(shù)泡沫消防系統(tǒng)、高倍數(shù)泡沫消防系統(tǒng)三種類型[3]。就低倍數(shù)泡沫消防系統(tǒng)而言，供給強(qiáng)度5～7L/min·m2，預(yù)燃時間60～120s 條件下，可在3～5min 滅火；按照泡沫比例混合設(shè)備配置情況可分為環(huán)泵負(fù)壓式泡沫比例混合裝置滅火系統(tǒng)、泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置滅火系統(tǒng)、貯罐壓力式泡沫比例混合裝置滅火系統(tǒng)等多種類型。某大型LPG 罐區(qū)項目根據(jù)消防需求配備了泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置滅火系統(tǒng)（圖1），以串聯(lián)形式安裝平衡閥，在一定程度上提高了平衡閥出口壓力與混合器進(jìn)口水壓力的平衡性，同時該系統(tǒng)在泡沫液泵進(jìn)口位置、平衡閥供液管路位置配了自動閥門、控制箱，能夠根據(jù)泡沫液泵監(jiān)測情況，保證各裝置正常運(yùn)行，同時滿足各管路系統(tǒng)對泡沫液流量的需求。

圖1 泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置流程

（3）火災(zāi)探測系統(tǒng)?；馂?zāi)探測系統(tǒng)的合理應(yīng)用能夠在大型LPG 罐區(qū)火災(zāi)燃燒初期準(zhǔn)確檢測到火災(zāi)信號，并及時將其傳遞給消防系統(tǒng)控制中心，控制中心通過對火災(zāi)信號進(jìn)行處理分析，了解火災(zāi)具體情況，并啟動報警、滅火等系統(tǒng)，從而達(dá)到災(zāi)情控制與搶救效果?；馂?zāi)探測系統(tǒng)功能有效發(fā)揮的關(guān)鍵在于探測裝置合理選用。大型LPG 罐區(qū)項目中，LPG 罐火災(zāi)信號探測以溫度探測裝置為主，如感溫探測裝置、定溫探測裝置等。

（4）自動監(jiān)視系統(tǒng)。大型LPG 罐區(qū)項目因規(guī)模大、范圍廣，傳統(tǒng)人工監(jiān)測方式無法滿足其消防安全管理需求。因此，在大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)配備具備自動監(jiān)測、連續(xù)監(jiān)測等特征的自動監(jiān)視系統(tǒng)。電視監(jiān)視系統(tǒng)是當(dāng)前生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)安全管理中應(yīng)用較為廣泛的一種自動監(jiān)視系統(tǒng)，主要由室外與室內(nèi)前端設(shè)備、彩色監(jiān)視裝置等構(gòu)成，且和火災(zāi)探測系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，能夠全天候監(jiān)視大型LPG 罐區(qū)項目火災(zāi)高發(fā)設(shè)備、區(qū)域，以便及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并進(jìn)行啟動報警系統(tǒng)進(jìn)行自動報警。目前，大型LPG 罐區(qū)項目中多采用色彩性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、能耗低的彩色夜視攝像機(jī)進(jìn)行罐區(qū)監(jiān)視，如圖2 所示。

圖2 彩色夜視攝像機(jī)

（5）自動控制程序。在信息化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化時代背景下，企業(yè)生產(chǎn)安全管理自動化、智能化水平大幅度提高。消防系統(tǒng)作為企業(yè)生產(chǎn)安全管理體系中的重要組成部分，具備了自動化控制特征。通常大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)多通過可編程邏輯控制器將收集到的各類信號，如溫度信號、煙氣信號、電動閥信號等編入控制系統(tǒng)程序中；可編程邏輯控制器內(nèi)部存儲各種操作指令；可編程邏輯控制器可通過數(shù)字信號形式或模擬信號形式的輸入輸出單元和被控制設(shè)備連接，借助顯示屏顯示大型LPG 罐區(qū)項目消防設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)信息；相關(guān)工作人員能夠以觸摸方式進(jìn)行各種操作。當(dāng)LPG罐區(qū)可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)或出現(xiàn)火災(zāi)時，可編程邏輯控制器可自動報警，相關(guān)工作人員在確認(rèn)災(zāi)情后，可啟動相應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行針對性消防。

（6）事故存儲系統(tǒng)。大型LPG 罐區(qū)項目出現(xiàn)災(zāi)情后，泄漏氣體、消防廢水等如得不到有效處理，將產(chǎn)生二次危害。對此，大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)高度重視事故存儲系統(tǒng)設(shè)計。在此過程中，可參照《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》《水體污染防控緊急措施設(shè)計導(dǎo)則》等相關(guān)規(guī)定與要求制定事故存儲方案，配備事故存儲裝置。

2 LPG 罐區(qū)固定噴水冷卻裝置設(shè)計案例分析

2.1 項目介紹

大型LPG 罐區(qū)項目A（代指項目全稱）位于某工業(yè)園區(qū)，屬于低溫存儲LPG 儲罐及其附屬設(shè)備二期工程。本項目包括供配電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、常溫丙烷裝車系統(tǒng)、三座80000m3低溫PLG 儲罐等，三座PLG 儲罐均為雙層鋼全容貯罐，外觀尺寸相同，為?60.50m×32.85m，呈“品”字布置，占地面積約為20 萬m2。

2.2 消防系統(tǒng)設(shè)計方案

本項目中，三座80000m3低溫PLG 儲罐區(qū)是消防水量最大消耗區(qū)，故需要準(zhǔn)確計算該區(qū)域消防水量，低溫PLG 儲罐設(shè)計采用水噴霧系統(tǒng)，按照相關(guān)規(guī)定計算，罐頂、罐壁與移動水量供水強(qiáng)度分別為860L/s 與710L/s，火災(zāi)延續(xù)時間為6h，消防水量約為3.5 萬m3。本項目中，因配備常溫丙烷裝車系統(tǒng)，設(shè)計構(gòu)建丙烷裝車棧臺，其面積約為3100m2，按照相關(guān)規(guī)定計算其消防水量，火災(zāi)延續(xù)時間6h，冷卻用水量約2000m3/h。

根據(jù)本項目消防需求，設(shè)計配置室外消防栓（圖3）、移動式滅火器、固定式消防水炮、水噴霧系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施。室外消防栓設(shè)計選用減壓穩(wěn)壓型消防栓，由穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)管網(wǎng)供水，消防栓被安排在距離被保護(hù)裝置15m 范圍內(nèi)，彼此之間距離控制在58m 以內(nèi)；移動式滅火器側(cè)重于大型LPG 罐區(qū)項目供配電系統(tǒng)、營業(yè)中心、控制中心等初期火災(zāi)防控，故安排在此范圍內(nèi)；固定式消防水炮分布在低溫PLG 儲罐區(qū)附近，距離被保護(hù)裝置30m 以內(nèi)，射程45～60m，水平與垂直噴射角度分別為360°與-30°～70°，出口壓力保持（0.9±0.1）MPa；水噴霧系統(tǒng)側(cè)重于罐區(qū)及其火災(zāi)輻射區(qū)域內(nèi)設(shè)備保護(hù)，設(shè)計由穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)管網(wǎng)供水，根據(jù)消防水量結(jié)合項目實際情況，設(shè)計新建2 套穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)，配置6 套消防泵。綜合分析確定方案可滿足項目消防需求，可行性、合理性較高。

圖3 室外消防栓實物

2.3 消防系統(tǒng)設(shè)計建議

基于經(jīng)驗歸納與綜合，可知大型LPG 罐區(qū)項目消防因以自救為主，能夠在火災(zāi)初期給予有效控制。故在大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)注意以下5 點。

（1）消防系統(tǒng)能夠在火災(zāi)探測系統(tǒng)、自動監(jiān)測系統(tǒng)等科學(xué)應(yīng)用下實現(xiàn)自動報警與控制。

（2）各系統(tǒng)之間可互聯(lián)互通，通過聯(lián)動控制實現(xiàn)火災(zāi)第一時間發(fā)現(xiàn)、確認(rèn)、滅火。

（3）綜合考慮管線布置、儲罐布置、配套設(shè)施布置等確定消防泵房位置。

（4）準(zhǔn)確計算消防用水，合理選擇消防滅火裝置。

（5）綜合考慮項目地理位置、地形地勢情況等科學(xué)確定事故儲存設(shè)施位置，確定事故儲存設(shè)施設(shè)計參數(shù)，保證其滿足項目事故儲存需求的同時避免二次污染。

3 結(jié)語

大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)是保障LPG 生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸安全的重要手段，是大型LPG 罐區(qū)項目開發(fā)建設(shè)不可或缺的存在。目前，關(guān)于LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)設(shè)計尚未形成完善、系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，這就需要相關(guān)企業(yè)以及工作人員能夠根據(jù)項目特征與消防需求，結(jié)合已有石化企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)、液化烴儲運(yùn)要求、LPG 供應(yīng)工程設(shè)計規(guī)范、LPG 罐區(qū)項目專家意見等科學(xué)設(shè)計消防方案，做好消防系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)工作，以保證大型LPG 罐區(qū)項目消防系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性、可靠性、實用性，提高大型LPG 罐區(qū)項目消防安全水平。