胡正勛HU Zheng-xun；郭三霞GUO San-xia；曾小飛ZENG Xiao-fei；鄒馳ZOU Chi

（中國(guó)輕工業(yè)長(zhǎng)沙工程有限公司，長(zhǎng)沙 410114）

0 引言

火力發(fā)電廠脫硝工藝中常采用液氨、氨水、尿素作為還原劑，將其溶液噴入爐膛中與煙氣中的NOx反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化為N2和H2O以達(dá)到脫硝的目的。對(duì)于SCR煙氣脫硝工藝，當(dāng)火電廠處于郊區(qū)或遠(yuǎn)離城區(qū)，且距離液氨產(chǎn)地較近時(shí)，宜采用液氨作為還原劑；當(dāng)火電廠處于大中城市或其近郊區(qū)，宜采用尿素作為還原劑。對(duì)于SNCR煙氣脫硝工藝，宜采用尿素作為還原劑；對(duì)于SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，可綜合考慮選擇合適的還原劑；而當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量不大于400t/h時(shí)，可采用氨水作為還原劑，氨水質(zhì)量濃度一般為20%~25%。還原劑液氨屬于重大危險(xiǎn)源，其存在最主要的、最嚴(yán)重的危害為火災(zāi)、爆炸及毒物危害，其同類還原劑氨水火災(zāi)危險(xiǎn)性比液氨要低，但仍具有一定火災(zāi)危險(xiǎn)性，并被定義為丙類液體，而現(xiàn)行GB 50229-2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》卻沒有相應(yīng)氨水的消防要求，使設(shè)計(jì)人員不好把握其消防系統(tǒng)配置要求。本文結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范對(duì)火力發(fā)電廠氨水罐區(qū)進(jìn)行消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)及歸納總結(jié)，為同類型脫硝工程消防設(shè)計(jì)提供參考。

1 氨水性質(zhì)

氨水為氨氣（NH3）溶于水后的產(chǎn)物，其為混合物，包含NH3、NH3·H2O、H2O三種分子及NH4+、OH-、H+三種離子，其中NH3·H2O為主要成分。氨水有強(qiáng)烈刺鼻氣味，具弱還原性及弱堿性，為無色透明液體，易揮發(fā)，不可燃。氨水受熱可揮發(fā)出NH3，溫度越高，NH3·H2O分解速度越快，NH3聚集可形成爆炸性氣氛。

2 氨水罐區(qū)概述

以國(guó)內(nèi)某1×380t/h鍋爐脫硝工程為例，氨水罐區(qū)主要包含氨水罐儲(chǔ)存區(qū)、氨水泵房及電氣儀表輔助區(qū)域。氨水罐區(qū)占地面積212.44m2，建筑高度8.300m，建筑體積約1140m3，建筑耐火等級(jí)為二級(jí)，氨水泵房和低壓配電室有圍護(hù)結(jié)構(gòu)、氨水罐區(qū)敞開無圍護(hù)結(jié)構(gòu)。氨水儲(chǔ)罐區(qū)有兩個(gè)氨水儲(chǔ)罐（1用1備），每個(gè)氨水儲(chǔ)罐（固定頂罐）內(nèi)筒直徑為4800mm，外筒直徑為4900mm，高度為6000mm，液位高度為5.8m。氨水儲(chǔ)罐的單罐容積為105m3，橫截面積為18.85m2。

由于氨水能揮發(fā)NH3，氨水罐儲(chǔ)存區(qū)一般采用半封閉式結(jié)構(gòu)，其能防止陽光直射氨水儲(chǔ)罐，減少NH3逸出量，同時(shí)能避免形成可集聚氣體死角。同時(shí)，一般將電氣儀表輔助區(qū)域與氨水罐儲(chǔ)存區(qū)進(jìn)行隔離布置，并與氨水泵房合并布置。氨水罐區(qū)平面布置如圖1所示。

3 氨水罐區(qū)消防設(shè)計(jì)

根據(jù)DL/T 5480-2013《火力發(fā)電廠煙氣脫硝設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第3.2.15條及其條文解釋，氨水罐區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)性分類宜按丙類液體考慮。氨水罐區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類應(yīng)比同類還原劑的液氨罐區(qū)要低，根據(jù)GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3.0.2條，液氨屬于乙A類可燃液體，因此電廠脫硝用氨水的火災(zāi)危險(xiǎn)性按丙類對(duì)待。

3.1 室外消火栓系統(tǒng)

根據(jù)GB 50016-2014（2018版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.1.2條，儲(chǔ)罐區(qū)應(yīng)設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)；同時(shí)根據(jù)GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第7.3.6條，丙類液體儲(chǔ)罐一旦發(fā)生火災(zāi)，火場(chǎng)溫度高，人員很難接近，同時(shí)還有可能發(fā)生泄漏和爆炸，因此要求氨水罐區(qū)室外消火栓設(shè)置在距儲(chǔ)罐壁15m外的安全地點(diǎn)。根據(jù)GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第7.3.6條，單個(gè)氨水儲(chǔ)罐單罐容積小于5000m3，氨水罐區(qū)室外消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為15L/s。

根據(jù)GB 50016-2014（2018版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.2.1條及GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.11.2條，氨水罐區(qū)可不設(shè)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。根據(jù)GB 50016-2014（2018版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.3條，氨水罐區(qū)可不設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

3.2 固定冷卻水系統(tǒng)

根據(jù)GB 50016-2014（2018版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.1.4條及GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.4.5條，丙類液體儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置移動(dòng)水槍或固定水冷卻設(shè)施，考慮到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及GB 50219-2014《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第1.0.3條，氨水儲(chǔ)罐設(shè)置固定冷卻水系統(tǒng)，并采用水噴霧型式，按照水噴霧防護(hù)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為氨水儲(chǔ)罐噴霧降溫。

根據(jù)GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第3.4.2條，固定冷卻水系統(tǒng)（水噴霧防護(hù)冷卻系統(tǒng)）冷卻范圍為著火罐表面積+鄰近罐表面積的1/2，供給強(qiáng)度為5.0 L/min·m2（冷卻水多環(huán)布置時(shí)，其冷卻水供給強(qiáng)度為單環(huán)布置時(shí)2倍）。氨水罐區(qū)設(shè)置有2個(gè)儲(chǔ)罐，如其中一個(gè)氨水罐直接受到火焰威脅，為控制火焰蔓延、降低火焰輻射，保證鄰近罐的安全，應(yīng)對(duì)距著火固定罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內(nèi)的鄰近罐設(shè)置冷卻水系統(tǒng)，因此固定冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量按2個(gè)氨水儲(chǔ)罐考慮。

固定冷卻水系統(tǒng)理論用水量為1.5×3.14×4.9×6×5.0÷60=11.5L/s。用于防護(hù)冷卻丙類液體儲(chǔ)罐的水霧噴頭工作壓力按不小于0.15MPa設(shè)計(jì)，取值0.2MPa。水霧噴頭選型為ZSTWB/SL-S232-40-120：流量系數(shù)K為18.9，噴射角120°，噴霧有效距離1.8m，工作壓力范圍0.2~0.6MPa。根據(jù)GB 50219-2014《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.1條計(jì)算公式，最不利點(diǎn)水霧噴頭流量為0.45L/s，2個(gè)氨水儲(chǔ)罐水霧噴頭數(shù)量至少為26個(gè)。

根據(jù)GB 50219-2014《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第

3.2.4 條，水霧噴頭的平面布置方式可采用矩形或菱形，本文采用矩形設(shè)計(jì)，則水霧噴頭之間的距離不應(yīng)大于1.4倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑，水霧錐底圓半徑公式為：R=Btanθ/2，B為水霧噴頭的噴口與保護(hù)對(duì)象之間的距離，取值0.7；θ為水霧噴頭的霧化角（120°），則水霧噴頭保護(hù)半徑為1.21m，水霧噴頭間的間距應(yīng)不大于1.7m。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果于氨水儲(chǔ)罐罐壁周圍設(shè)置水霧噴頭，為保證水霧在罐壁全覆蓋，采用冷卻水多環(huán)布置，單罐噴頭設(shè)置4行（環(huán)），每行12個(gè)噴頭，均勻布置，單罐水霧噴頭共48個(gè)，單罐水霧噴頭布置見圖2。

圖2 單個(gè)氨水儲(chǔ)罐水霧噴頭布置圖

根據(jù)GB 50219-2014《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第

7.1.3 及7.1.4條，氨水罐區(qū)固定冷卻水系統(tǒng)（水噴霧防護(hù)冷卻系統(tǒng)）設(shè)計(jì)用水量按系統(tǒng)啟動(dòng)后同時(shí)噴霧的水霧噴頭流量之和確定。因此需從最不利點(diǎn)水霧噴頭（最不利點(diǎn)噴頭工作壓力按0.2MPa設(shè)計(jì)）開始，沿程按同時(shí)噴霧的每個(gè)水霧噴頭實(shí)際工作壓力逐個(gè)計(jì)算其流量，然后累積求和。經(jīng)管道水力計(jì)算，同時(shí)考慮安全系數(shù)1.05，則2個(gè)氨水儲(chǔ)罐的固定冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為49.2L/s，持續(xù)供給時(shí)間為4.0h。

氨水罐區(qū)2個(gè)氨水儲(chǔ)罐間隔較近，當(dāng)一個(gè)儲(chǔ)罐著火時(shí)，其鄰近罐也應(yīng)得到有效防護(hù)，如果設(shè)置2套雨淋閥組，而有可能不會(huì)同時(shí)報(bào)警，勢(shì)必會(huì)影響鄰近罐的安全，基于以上考慮，氨水罐區(qū)設(shè)置1套雨淋閥組。

3.3 移動(dòng)式泡沫滅火系統(tǒng)

根據(jù)GB 50016-2014（2018年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.3.10條，丙類液體儲(chǔ)罐高度小于7m或容量不大于200m3的丙類液體儲(chǔ)罐可采用移動(dòng)式泡沫滅火系統(tǒng)。移動(dòng)式泡沫滅火系統(tǒng)由有壓水源、泡沫比例混合器、泡沫槍及泡沫液儲(chǔ)罐組成。移動(dòng)式泡沫滅火裝置在滅火時(shí)其泡沫比例混合器兩端的管牙接口與消防水帶連接，并連接壓力水源，當(dāng)有不低于0.6MPa壓力的水以很高的速度流過比例混合器的噴嘴時(shí)，由于射流質(zhì)點(diǎn)的橫向移動(dòng)的擴(kuò)散作用，比例混合器在腔室內(nèi)形成真空（負(fù)壓），于是泡沫液儲(chǔ)罐內(nèi)的泡沫液在大氣的壓力作用下通過吸液管進(jìn)入混合器，與壓力水混合，最終達(dá)到一定比例的混合液，經(jīng)泡沫槍噴射泡沫撲滅火災(zāi)。

根據(jù)GB 50151-2010《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第

4.1.2 條，氨水為水溶性丙類液體，應(yīng)選用移動(dòng)式液上噴射泡沫滅火系統(tǒng)，同時(shí)為避免氨水對(duì)普通泡沫的破壞，應(yīng)選用抗溶性泡沫液，本文泡沫液選低倍數(shù)抗溶氟蛋白泡沫液，其既具有氟蛋白泡沫滅油類火災(zāi)的功能，又具有抗溶性泡沫滅醇類火災(zāi)的能力，可以在各種低倍數(shù)泡沫產(chǎn)生設(shè)備中與水按3∶97或6∶94的比例混合產(chǎn)生泡沫，本文額定混合比選為3%，泡沫比例混合器選為負(fù)壓比例混合器，置于氨水罐區(qū)雨棚內(nèi)。GB 50151-2010《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.2條并沒有規(guī)定水溶性液體氨水的泡沫混合液供給強(qiáng)度和連續(xù)供給時(shí)間，本文從安全考慮并以丙酮或甲醇為參比液，將氨水儲(chǔ)罐火災(zāi)時(shí)的泡沫混合液供給強(qiáng)度選為12L/（min·m2），連續(xù)供給時(shí)間選為30min。著火面積按2個(gè)罐體橫截面計(jì)算，故設(shè)計(jì)流量為452.4L/min，撲滅火災(zāi)需要的泡沫液設(shè)計(jì)流量為0.23L/s，消防水設(shè)計(jì)流量為7.31L/s，泡沫混合液用水由室外消火栓提供。氨水儲(chǔ)罐移動(dòng)式泡沫滅火系統(tǒng)原理圖見圖3。

圖3 氨水儲(chǔ)罐移動(dòng)式泡沫滅火系統(tǒng)原理圖

3.4 滅火器設(shè)置

GB 50229-2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》并未規(guī)定氨水罐區(qū)的火災(zāi)類別和危險(xiǎn)等級(jí)，而其第

7.11.1 條規(guī)定液氨區(qū)火災(zāi)類別為A類，滅火器危險(xiǎn)等級(jí)為輕級(jí)，以液氨區(qū)為參照，氨水儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)類別設(shè)為A類，滅火器危險(xiǎn)等級(jí)設(shè)為輕級(jí)。電氣儀表輔助區(qū)域火災(zāi)類別為E類，滅火器危險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)。根據(jù)GB 50140-2005《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.1及4.2.5條，分別于氨水罐儲(chǔ)存區(qū)、氨水泵房及電氣儀表輔助區(qū)域設(shè)置磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC4。

3.5 氨水罐區(qū)消防水量

根據(jù)GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第3.4.2條，丙類可燃液體儲(chǔ)罐的消防給水設(shè)計(jì)流量應(yīng)按最大罐組確定，并應(yīng)按泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量、固定冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量與室外消火栓設(shè)計(jì)流量之和確定。則氨水罐區(qū)一次火災(zāi)消防水量為（（15+49.2）×4+7.31×0.5）×3.6=938m3。

4 結(jié)論與建議

根據(jù)上述分析，氨水罐區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包含室外消火栓系統(tǒng)、固定冷卻水系統(tǒng)、移動(dòng)式泡沫滅火系統(tǒng)及滅火器設(shè)置，在具體選用設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，會(huì)參照?qǐng)?zhí)行石油化工類規(guī)范?？紤]氨水罐區(qū)的實(shí)際需要，需要明確氨水罐區(qū)消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使相關(guān)單位設(shè)計(jì)人員有統(tǒng)一、明確的設(shè)計(jì)依據(jù)，從而在初步設(shè)計(jì)階段就能夠充分考慮氨水罐區(qū)的消防需求，合理配置消防水池和消防水泵，建議在修訂《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》時(shí)，補(bǔ)充氨水罐區(qū)消防設(shè)計(jì)相關(guān)條文。