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        加氫站及加氫合建站消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)探索

        2022-10-21 12:19:26孟進(jìn)朝
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2022年27期
        關(guān)鍵詞:儲(chǔ)氫消火栓水池

        孟進(jìn)朝

        (河北海川能源科技股份有限公司,河北 石家莊 050000)

        氫氣作為最清潔的能源,被認(rèn)為是未來替代傳統(tǒng)化石能源最理想的新型能源,在國家“3060 碳達(dá)峰碳中和”能源發(fā)展背景下,加氫站在近幾年得到蓬勃發(fā)展。作為新興能源供應(yīng)模式,現(xiàn)行國家規(guī)范均指出加氫站建設(shè)過程中應(yīng)設(shè)置消防水系統(tǒng)。

        1 消防設(shè)計(jì)要求

        現(xiàn)行國家規(guī)范《加氫站技術(shù)規(guī)范》和《汽車加油加氣站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》作為加氫站建設(shè)的主要參考規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),均對(duì)加氫站建設(shè)的消防系統(tǒng)建設(shè)提出明確要求,指出加氫站建設(shè)過程中必須設(shè)置消防水系統(tǒng)[1]?!都託湔炯夹g(shù)規(guī)范》要求加氫站內(nèi)消防水系統(tǒng)應(yīng)依據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》對(duì)可燃?xì)怏w罐區(qū)的室外消火栓設(shè)計(jì)流量和火災(zāi)延續(xù)時(shí)間≥3h。

        可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐區(qū)室外消火栓的設(shè)計(jì)流量可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐或儲(chǔ)罐區(qū)(m3)500<V≤10 000 15 L/s 10 000<V≤50 000 20 50 000<V≤100 000 25 100 000<V≤200 000 30 V>200 000 35

        《汽車加油加氣加氫站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中,對(duì)室外消火栓的設(shè)計(jì)流量規(guī)定≥15 L/s,并對(duì)消火栓的供水壓力應(yīng)滿足移動(dòng)式水槍出口處水壓不小于0.2 MPa[2]。該標(biāo)準(zhǔn)中特別指出加氫站中可設(shè)置≥30 m3的可循環(huán)使用的消防水系統(tǒng)。

        2 循環(huán)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與計(jì)算

        加氫站、加氫合建站依據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》采用非循環(huán)式消防系統(tǒng)時(shí),消防水池容積應(yīng)按以下方式進(jìn)行計(jì)算[3]:

        首先應(yīng)確定加氫站或加氫合建站氫氣儲(chǔ)存總?cè)莘e。加氫站內(nèi)固定和非固定儲(chǔ)氫設(shè)施的總?cè)莘e為單個(gè)儲(chǔ)氫設(shè)施幾何容積(m3)和設(shè)計(jì)工作壓力(絕對(duì)壓力,105Pa)的乘積計(jì)算后相加之和。

        目前高壓儲(chǔ)氫加氫站內(nèi)氫氣儲(chǔ)存設(shè)施有兩種,分別是固定儲(chǔ)氫瓶組(罐)和氫氣拖車,固定儲(chǔ)氫瓶組(罐)壓力一般為45 MPa 或87.5 MPa,氫氣拖車壓力一般為20 MPa,幾何容積一般為24 m3。

        式中:VH-站內(nèi)氫氣儲(chǔ)存總?cè)莘e;V固1、V固2-站內(nèi)固定儲(chǔ)氫瓶組(罐)幾何容積;V車-氫氣拖車幾何容積。例如,某項(xiàng)目設(shè)45 MPa 固定儲(chǔ)氫瓶組9 m3,設(shè)氫氣拖車2 輛,那么站內(nèi)儲(chǔ)氫總?cè)莘e結(jié)合式(1)計(jì)算后為13 650 m3。其次,根據(jù)站內(nèi)儲(chǔ)氫總?cè)莘e,確定合理的消火栓設(shè)計(jì)流量和消防水池有效容積。根據(jù)《加氫站技術(shù)規(guī)范》和《汽車加油加氣站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)加氫站及加氫合建站要求,站內(nèi)最高氫氣儲(chǔ)量不允許超過8 000 kg。

        結(jié)合氣體狀態(tài)方程

        站內(nèi)儲(chǔ)氫總?cè)莘e(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)、總質(zhì)量與消火栓設(shè)計(jì)流量、消防水池有效容積之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

        表1 加氫站氫氣儲(chǔ)量和消防設(shè)水設(shè)計(jì)對(duì)照表

        3 循環(huán)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與論證

        某設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)20 MPa 氫氣拖車2 輛,9 m3的45 MPa 固定儲(chǔ)氫瓶組3 組,1 m3的87.5 MPa 固定儲(chǔ)氫瓶組2 組,設(shè)4 座30 m3埋地油罐(2 汽2 柴),該項(xiàng)目為二級(jí)加油與高壓儲(chǔ)氫加氫合建站。該項(xiàng)目氫氣總儲(chǔ)量為23 500 m3,采用常規(guī)消防水設(shè)計(jì)形式時(shí),消火栓設(shè)計(jì)流量應(yīng)為20 L/s,該項(xiàng)目消防水池的有效容積不應(yīng)小于216 m3,消防水池建設(shè)容積約為250 m3。該項(xiàng)目符合《汽車加油加氣站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置不≥30 m3的循環(huán)使用消防水池的設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)方案如下:站內(nèi)進(jìn)出口設(shè)排水溝,排水溝一端連接分水井,分水井設(shè)過濾網(wǎng),過濾掉粒徑較大的雜質(zhì),分水井兩側(cè)分別連接閥門井和消防檢查井。閥門井內(nèi)閥門處于常閉狀態(tài)。消防檢查井頂端連接分水井,底部利用管道與消防水池連通,保證消防水在使用時(shí)能夠有效返回消防水池。消防水池內(nèi)設(shè)隔墻,延長消防水從地面至消防泵入口的時(shí)間,在隔墻與消防水池池壁之間設(shè)擋泥臺(tái),防止消防水池內(nèi)的沉積物進(jìn)入消防水泵,保護(hù)消防水泵。

        圖1 加油加氫合建站消防總平面布置圖

        采用地下覆土消防水池,池頂結(jié)合當(dāng)?shù)貎鐾辽疃纫筮M(jìn)行覆土[5]。在消防檢查井、分水井井口配置符合要求的保溫井蓋,防止在過冬期間消防水因溫度過低而結(jié)冰,影響站內(nèi)消防使用,保證站內(nèi)消防安全。該形式簡稱為覆土式循環(huán)消防水系統(tǒng)。覆土式循環(huán)消防水系統(tǒng)剖面圖見圖2。

        圖2 覆土式循環(huán)消防水系統(tǒng)剖面圖

        消防有效容積(Va)計(jì)算公式如下

        式中:Va1-消防水池有效容積;Va2-埋地回水管道總?cè)莘e;Va3-消防檢查井與消防水池同高差下的有效容積。

        消防水池消減容積(Vb)計(jì)算公式如下:

        式中:Vb1-分水井井底與消防檢查井進(jìn)口高差形成的容積;n-消防檢查井?dāng)?shù)量;S-項(xiàng)目消防水區(qū)域面積(m2);η-地坪高低不平形成的積水和地坪滲水率。

        消防水池?zé)o效容積:

        式中:Vc-消防水池?zé)o效容積;S-消防水池的投影面積(m2);△h-消防水池與消防泵入口之間的高差。

        因此,消防水池總建設(shè)容積(V總)計(jì)算公式如下

        消防水可使用容積為

        消防水可使用容積(V可)不應(yīng)小于30m3。

        覆土式循環(huán)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算:結(jié)合該項(xiàng)目消防總平面布置圖,消防設(shè)計(jì)驗(yàn)算需要的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2。

        將表2 的數(shù)據(jù)代入式(5),消防水池?zé)o效容積(Vc)為9.60 m3;將表2 的數(shù)據(jù)代入式(4),消防水池消減容積(Vb)為12.57 m3;將表2的數(shù)據(jù)代入式(5),消防水池?zé)o效容積(Vc)為9.60 m3。

        表2 覆土式消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

        消防水的可使用容積為

        將以上數(shù)據(jù)代入式(7),消防水池可使用容積(V可)為30.35 m3,滿足《汽車加油加氣站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置≥30 m3的循環(huán)使用消防水池的設(shè)計(jì)要求。將以上數(shù)據(jù)代入式(6),消防水池總建設(shè)容積(V總) 為54.95 m3。

        4 分析與對(duì)比

        地上消防水罐、地下消防水池、地上室內(nèi)消防水箱、覆土式循環(huán)消防水池建設(shè)費(fèi)用和用地情況對(duì)比見表3。

        表3 不同形式消防水池建設(shè)費(fèi)用對(duì)比

        北方地區(qū)冬季氣溫較低,消防水罐需配套安裝加熱系統(tǒng)和保溫材料,運(yùn)行和維護(hù)成本較高。地下消防水池設(shè)計(jì)深度較深,建設(shè)成本相對(duì)較高,消防泵房屬于地下空間,不符合加油與加氫合建站中與加油站建設(shè)的規(guī)范要求。地上室內(nèi)消防水箱在北方嚴(yán)寒地區(qū)有一定應(yīng)用,建設(shè)和運(yùn)行成本不具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。覆土式循環(huán)消防水系統(tǒng)結(jié)合了消防系統(tǒng)的特點(diǎn),具有經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、安全性,在加氫合建站中具有較高的應(yīng)用優(yōu)勢。

        5 加氫站消防系統(tǒng)建設(shè)過程的建議

        單獨(dú)建設(shè)的加氫站規(guī)劃建設(shè)過程中增設(shè)加油或加氣功能,降低消防系統(tǒng)建設(shè)成本,提高占內(nèi)盈利能力;當(dāng)項(xiàng)目用地面積受限,消防水池建設(shè)面積較小時(shí),加大消防循環(huán)回收管管徑,提高消防循環(huán)回水管內(nèi)的儲(chǔ)水容積以滿足消防用水的建設(shè)需求;采用覆土式循環(huán)消防水池應(yīng)加強(qiáng)站內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生管理,及時(shí)清理站內(nèi)垃圾、雜草、樹葉等,提高消防水水質(zhì);消防循環(huán)回水管道敷設(shè)與站內(nèi)消防環(huán)管同溝敷設(shè),降低施工成本,可結(jié)合場地設(shè)計(jì)可采用PPR 管、PE 管代替。

        6 結(jié)論

        覆土式循環(huán)消防水池具有建設(shè)和使用成本低,無需做單獨(dú)的防凍設(shè)備和設(shè)計(jì),運(yùn)行穩(wěn)定性高,使用安全,站區(qū)景觀協(xié)調(diào)性高的優(yōu)點(diǎn),不存在垃圾清運(yùn)費(fèi),開挖的土石方覆于消防水池頂部,降低了垃圾清運(yùn)費(fèi)。

        隨著國內(nèi)土地的拍賣價(jià)格越來越高,為了達(dá)到土地效益的最大化利用,建設(shè)項(xiàng)目的附屬設(shè)施設(shè)計(jì)將會(huì)更加向集約化、小型化發(fā)展[4]。隨著建設(shè)項(xiàng)目不斷向土地的縱深發(fā)展開拓,減少地面建設(shè)用地是一個(gè)需要不斷探索的課題。覆土式循環(huán)消防水池用地面積小,提升了地面的利用空間,水池的覆土部分可以用于綠地,土地的綜合使用率大大提高。

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