火電廠煙氣脫硝工程液氨儲罐區消防設計

張晶

(中國華電工程(集團)有限公司，北京 100035)

0 引言

2011年年初，我國環保部頒布了《火電廠大氣污染物排放標準(二次征求意見稿)》。其與2009年頒布的一次征求意見稿相比，在脫硝減排進展速度及力度上都有了明顯提高。我國各電力集團和發電公司也積極響應國家政策，開始將脫硝納入電力建設總體規劃，新建火電機組同步建設脫硝裝置，對已建機組逐步進行脫硝改造。目前，選擇性催化還原(SCR)法是國內大型燃燒設備首選煙氣脫硝技術，而SCR法通常以氨為還原劑，對氨的需求量非常大。液氨儲罐容積都大于GB 18218—2009《重大危險源辨識標準》所規定的10 t的氨臨界量，因此，液氨儲罐屬于重大危險源，其存在最主要的、最嚴重的危害為火災、爆炸(化學或物理爆炸)及毒物危害。氨屬于乙類化學品，火災危險性很大，而現行GB 50229—2006《火電廠與變電站設計防火規范》卻沒有相應的要求，可以參考的GB 50219—1995《水噴霧滅火系統設計規范》、GB 50016—2006《建筑設計防火規范》與GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》又存在不一致的地方，使設計人員不好把握。為了配合今后大量脫硝項目的開展，迫切需要完善消防規范。

1 生產工藝流程

火電廠煙氣脫硝工程氨站裝置主要完成液氨卸車、液氨儲罐及液氨氣化輸送3個工序，氨站采用連續加熱蒸發方式對脫硝裝置供氣態氨。氨站生產工藝流程如圖1所示。

液氨通過壓縮機由槽車卸入液氨儲罐，液氨靠自身壓力進入液氨蒸發器氣化為氨氣，氨氣靠自身壓力送入脫硝工段。

圖1 氨站生產工藝流程

2 液氨的火災危險性分類

根據GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》3.0.1 與 3.0.2 條的規定，氨氣與空氣混合物的爆炸極限是15.7% ～27.4%，屬于乙類可燃氣體，而且液氨屬于28℃≤閃點≤45℃的乙A類可燃液體。

3 液氨區消防系統設計標準

氨區水噴霧系統的水量計算主要依據GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》執行，主要設計依據如下:

(1)根據該規范8.10.13條的規定，全壓力式液氨儲罐宜采用固定式水噴霧和移動式消防冷卻水系統，冷卻水供給強度不宜小于6 L/(min·m2)，其他消防要求與全壓力式液化烴儲罐相同。

(2)根據該規范8.10.5條的規定，移動式消防用水量應按罐組內最大儲罐的用水量來確定:當儲罐容積＜400 m3時，用水量不應小于30 L/s;當儲罐容積≥400 m3且＜1000 m3時，用水量不應小于45 L/s;當儲罐容積≥1 000 m3時，用水量不應小于80 L/s。

(3)根據該規范8.10.4條的規定，全壓力式及半冷凍式液化烴儲罐固定式消防冷卻水系統的用水量應符合下列規定:著火罐冷卻水供給強度不應小于9 L/(min·m2);距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內罐的冷卻水供給強度不應小于9L/(min·m2)，著火罐冷卻面積按照其罐表面積計算，鄰近罐冷卻面積按其半個罐體表面積計算;距著火罐1.5倍著火罐直徑范圍內的鄰近罐超過3個時，冷卻水量可按3個罐時的用水量計算。

(4)根據該規范8.10.7條的規定，液化烴罐區的消防用水延續時間為6 h，液氨儲罐參照執行。根據此條規定，消防用水延續時間取6 h。

目前的脫硝工程最多設置4個液氨儲罐，通常為2個或3個。每個氨罐在泄漏危險大的部位設置1個氨泄漏報警儀，通常設置在氨罐上部。因為每個罐都有可能成為著火罐，也都可能成為著火罐的相鄰罐，如果按此條規范要求，每半個罐就需設置1個獨立環路、1個報警閥，當對應的氨泄漏檢測儀報警時，對應的報警閥開啟，對應的半個罐的噴頭噴水，從而使管路系統和控制系統變得復雜。氨泄漏檢測儀沒有實測經驗，不知道是否足夠靈敏;若1個罐設置1個可燃氣體探測器，因罐之間凈距只有1.7 m，不知道著火罐、相鄰罐的報警是否可以有效區分?；谶@些考慮，對于設置2個或3個罐的工程，只設置1套報警閥，工作狀態時任何一個氨泄漏報警儀報警后，報警閥打開，所有儲罐的噴頭同時噴水。此時的消防設計水量按噴水強度9L/(min·m2)、火災延續時間按6 h計算，即:設置2個儲罐的工程，2個儲罐同時噴水;設置3個儲罐的工程，3個儲罐同時噴水;當設置4個儲罐時，同時噴水水量過大，而且規范允許最多按照3個罐考慮，因此，按照每個儲罐1套報警閥、每個報警閥1套環路進行設置。在工作狀態下，著火罐的雨淋閥和相鄰罐的雨淋閥同時開啟，由控制專業配合完成。此時，計算消防水量為9 L/(min·m2)，火災延續時間按6 h計算，理論上最多3個儲罐同時噴水。

(5)GB 50219—1995《水噴霧滅火系統設計規范》與GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》關于設計噴霧強度和消防用水持續時間的對比見表1。

(6)經咨詢化工專家，根據化工行業的設計經驗，確定液氨儲罐水噴霧系統噴霧強度取9L/(min·m2)，持續噴霧時間取6h。

4 消防水量計算實例

消防水量計算以設置4個液氨儲罐的工程為例，儲罐水噴霧系統水量按照防護冷卻計算。水噴霧系統水量計算見表2，移動水槍(室外消火栓)水量計算見表3，氨區消防用水總量見表4。

5 消防排水

根據GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》5.2.27條，火災事故狀態下，受污染的消防水應有效收集和排放。液氨屬于有毒物質，它對人體、土壤、空氣和水源都可造成非常嚴重的危害。液氨區應收集噴灑時液氨和消防水的混合液，其中氨水的質量分數約為30%，不能通過附近的雨水或污水系統而排入市政系統。收集方法通常有2種:一種是氨區設置廢水池，廢水池的容積和廢水泵合理匹配，將含氨廢水排到廠區污水處理站或者在廢水坑暫時存儲;另一種是含氨廢水直接排到廠區雨水系統，在廠區雨水管網的總出口設置廢水池，通過閥門轉換，只排雨水時，直接排到廠外市政雨水系統，如廠內雨水管網遭到污染，由閥門控制排到廢水池收集處理后再排出。

表1 設計噴霧強度和消防用水持續時間的對比

表2 水噴霧系統水量計算

表3 移動水槍水量計算

表4 消防用水總量 m3

目前，脫硝工程氨區設置有廢水池，但廢水池容積小，通常只有30 m3，只能滿足平時檢修需要，而且污水泵排污能力不大，一般為每臺60 m3/h，不能按照消防時的消防排水流量及時排除。這樣，勢必造成消防時氨區及附近區域布滿含氨廢水，廢水滲入附近土壤、流入周圍的雨水系統會造成環境污染?，F階段，在老電廠脫硝改造工程中布置足夠大的水池受現有場地限制，而設置足夠大的排水泵，污水處理站的設計能力也要重新校核。這些都需要在初步設計階段統一考慮。

6 電廠消防系統設計現狀

電廠通常以主廠房火災危險性最大，消防水量最大，故消防水泵和消防水池的水量均以主廠房消防要求計算。消防水池容積一般為800～1 000 m3，主廠房消防設計用水量大于氨區消防用水量，但主廠房火災延續時間通常為3 h，而氨區火災延續時間為6 h，在延續時間內主廠房所需的總水量少于氨區。氨區消防啟動時，消防水泵流量大于氨區所需水量，導致水泵工作點左移，使消防系統工作壓力高于設計壓力，所以，氨區需設置減壓閥以保證實際工況不偏離設計工況。而消防水池水量又不足，不能提供氨區6 h的消防用水總量。因此，在最不利工況下，電廠消防水池容積不能滿足氨區消防水量需要。

7 建議

根據上述分析，建議在修訂《火電廠與變電所設計防火規范》時，考慮煙氣脫硝工程液氨罐區的實際需要，明確脫硝氨區設計標準，即明確噴水強度和火災延續時間，使相關單位設計人員有統一、明確的設計依據，從而在初步設計階段就能夠充分考慮氨區的消防需要，合理配置消防水池和消防水泵，充分考慮氨區消防排水的處理方案。

［1］中國市政工程東北設計研究院.給水排水設計手冊［M］.2版.北京:中國建筑工業出版社，2000.

［2］住房和城鄉建設部工程質量安全監管司.全國民用建筑工程設計技術措施——給水排水［M］.北京:中國計劃出版社，2009.

［3］GB 50016—2006，建筑設計防火規范［S］.

［4］GB 50229—2006，火電廠與變電站設計防火規范［S］.

［5］GB 50160—2008，石油化工企業設計防火規范［S］.

［6］GB 50219—1995，水噴霧滅火系統設計規范［S］.