某大型煤油氣資源綜合利用項目消防給水系統選擇

【摘 要】本文分析了某大型煤油氣資源綜合利用項目（以下簡稱“該項目”）消防給水系統的設置及其存在的問題，介紹了常用消防給水系統的分類和區別。通過對各消防給水系統的適用性分析，結合該項目的實際情況，選擇出最適合于該項目的消防給水系統，并對工程項目選擇常高壓消防給水系統提出了建議。

【關鍵詞】項目；消防給水系統；常高壓；穩高壓；臨時高壓

該項目位于陜西北部，占地面積約161.46公頃。項目共建有氣化、凈化、甲醇、輕油加工利用、DMTO、PE、PP等10套生產裝置以及配套的公用工程和輔助設施，屬于大型煤油氣資源綜合利用項目。

該項目占地面積較大，場地范圍內一條河流由東北向西南方向流過，將廠區分割為東、西兩個主要區域，10套生產裝置分別布置在東、西兩個區域內。東區位于河流的左岸，場地地貌單元跨越河漫灘、河流一級階地和河流二級階地三個地貌單元，整平后的場地標高約為895.00～890.00m。西區位于河流的右岸，場地地形起伏較大，地貌單元屬黃土粱峁，整平后的場地標高約為955.00～950.00m，東西區場地高差約60m。

1 該項目高壓消防給水系統參數確定

該項目占地面積約161.46公頃，根據《石油化工企業設計防火規范》（GB50160-2008）的要求，廠區占地面積大于100公頃應按2處著火計算消防水量。故該項目的消防給水系統按同一時間內工藝裝置區（含罐區）和公用輔助生產區各自同時發生一處火災考慮。

經計算，東區最大消防設計流量550L/S，一次最大消防用水5940m3；西區最大消防設計流量660L/S，一次最大消防用水11880m3。

供水壓力：在最不利點處壓力約為0.8MPa；

火災延續時間：工藝裝置區、公用工程及輔助生產設施區為3小時，罐區為6小時；

由此可見，全廠消防最不利為西區，最大消防設計流量為660L/S，一次最大消防用水量為11880m3。

2 原有消防給水系統設置

全廠原有消防給水系統采用穩高壓給水系統，一次高壓消防水水量全部儲存于生產消防蓄水池內，蓄水池的補充水由生產水供給。

該項目在西區凈水場區域設生產消防蓄水池2座，單座有效容積為20000m3，總有效容積為40000m3，其中包括8小時生產水量及約12000 m3的消防用水量，消防儲水不得它用。

由于西區高于東區約60m，東、西區各設一套消防給水系統。消防水池共用，消防主泵、穩壓裝置、消防水管網及消火栓、消防水炮等設施均獨立設置。

西區：設有電動消防泵水3 臺，單臺流量為250L/S，揚程為120m，柴油消防水泵1 臺（備用），流量為250L/S，揚程為120m。主要供給西區消防冷卻用水及泡沫滅火用水。采用變頻泵穩壓，變頻泵1 用1 備，流量為20L/S，揚程為80m。

東區：設有電動消防水泵3 臺，單臺流量為200L/S，揚程為80m，柴油消防水泵1 臺（備用），流量為200L/S，揚程為80m，主要供給東區消防冷卻用水及泡沫用水。采用變頻泵穩壓，變頻泵1 用1 備，流量為20L/S，揚程為20m。

2.1 原有消防給水系統存在問題

（1）根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008，第8.3.8 條中的規定要求，消防水泵為雙動力電源，即消防水泵的供電方式應滿足現行國家標準《供配電系統設計規范》GB 50052所規定的一級負荷供電要求。

由于該項目專用110kV總變電站的2回110kV電源僅從一座330kV變電站引入，故消防供電電源不滿足一級負荷供電要求，應設置柴油機作為第二動力源。原有消防給水系統設計有誤。

（2）即使該項目消防供電電源滿足一級負荷供電要求，原有消防給水系統無需設置柴油消防水泵，合理的分區設置應為：

東區配4臺電動消防水泵（3用1備）：Q=200 L/S，H=80m；

西區配4臺電動消防水泵（3用1備）：Q=250 L/S，H=120m；

東、西區變頻穩壓泵參數維持不變。

2.2 消防給水系統的正確設置

該項目若采用穩高壓消防給水系統，東西區各設一套消防給水系統，在不滿足一級負荷供電要求的前提下，消防水泵正確的設置應為：

東區配3臺電動消防水泵、3臺柴油消防水泵及2臺變頻穩壓泵。

電動消防泵參數（2用1備）：Q=305 L/S，H=96m（450kW）；

柴油消防水泵參數（3臺同時運行）：Q=200 L/S，H=80m；

西區配3臺電動消防水泵、3臺柴油消防水泵及2臺變頻穩壓泵。

電動消防泵參數（2用1備）：Q=347 L/S，H=125m（710kW）；

柴油消防水泵參數（3臺同時運行）：Q=250 L/S，H=120m；

東、西區變頻穩壓泵參數維持不變。

3 常用消防給水系統的分類

按照《建筑設計防火規范》GB 50016—2006和《高層民用建筑設計防火規范》GB 50045—95（2005年版）中關于消防給水系統的規定，我國消防給水系統按壓力區分有常高壓給水系統、臨時高壓給水系統和低壓給水系統三類。對于設有穩壓裝置（穩壓泵、氣壓水罐等）的穩高壓消防給水系統也按臨時高壓給水系統處置，技術措施與臨時高壓給水系統一樣對待。

3.1 各高壓消防給水系統的區別

3.1.1 常高壓給水系統與穩高壓給水系統的區別

（1）常高壓給水系統不設消防主泵和穩壓裝置。

（2）常高壓給水系統在準工作狀態和消防時，消防給水系統的水壓和流量要求都能滿足，而穩高壓給水系統在準工作狀態，消防用水所需水壓要求能滿足，而流量不能完全滿足。只在消防時，消防主泵啟動后其消防用水所需水壓和流量才能全部滿足。

3.1.2 穩高壓給水系統與臨時高壓給水系統的區別

（1）穩高壓給水系統的特點之一就是設有穩壓裝置，而臨時高壓給水系統一般不設穩壓裝置，只有當高位消防水箱不能滿足最不利點頂層消火栓0.07MPa靜水壓力要求時，才設置增壓設施。

（2）穩高壓給水系統在準工作狀態時，消防用水的水壓是可以保證的，流量由穩壓裝置供給，其值一般小于消防設計流量，而大于管網漏失水量。臨時高壓給水系統在準工作狀態時，消防用水的水壓和流量都不能保證，而兩者在消防時對滿足消防用水的水壓和流量要求是完全一致的。

可見，對室外消防給水系統的“常高壓”和“臨時高壓”的界定同時強調消防主泵啟動前系統內的水壓和流量。

3.1.3 三類消防給水系統對比表，詳見表1所示。

表1 三類消防給水系統對比表

通過以上比較，可以認定穩高壓給水系統既有別于常高壓給水系統，也有別于臨時高壓給水系統，是介于兩者之間的消防給水系統。介于兩者之間既指它在消防體系中的位置，也指它的安全度指標。

3.2 各高壓消防給水系統的適用性分析

3.2.1 從系統的安全可靠度及滅火成功率來分析

常高壓給水系統>穩高壓給水系統>臨時高壓給水系統

常高壓給水系統管網的流量和壓力在火災初期及火災持續時間內均能保證，即一分一秒都能夠保證流量和壓力。臨時高壓給水系統在準工作狀態時，由于消防用水的水壓和流量不能完全滿足，因此一旦發生火災，不能有效地、及時地撲滅火災。而穩高壓給水系統不論在準工作狀態和消防時，對火災初期和發展階段，都能滿足相應的消防用水的水壓和流量要求，其滅火成功率高于臨時高壓給水系統。

3.2.2 從工程投資角度來分析

常高壓給水系統>穩高壓給水系統>臨時高壓給水系統

嚴格意義上的常高壓消防給水系統僅限于有利的自然地形條件（例如山區或丘陵地區）便于設置高位水池，或者市政給水管網可以時刻保持滿足滅火時所需要的壓力和流量。可見，常高壓消防給水系統具有一定的局限性，一般工程難得具備這種有利條件。相比之下穩高壓給水系統在工程實際中較容易實現，這也是大部分工程采用穩高壓給水系統的主要原因。

相對于臨時高壓給水系統來講，穩高壓給水系統增加的設施僅僅只有穩壓裝置，所耗費用不多，工程投資略高于臨時高壓給水系統。

由此可見，工程項目消防給水系統選擇上，若有條件，優先考慮采用常高壓給水系統，其次為穩高壓給水系統（臨時高壓給水系統一般不予考慮）。

4 該項目消防給水系統選擇

該項目地處陜北地區，在西區高處有可利用的自然地形條件。經核算，在西區高處設置高位消防水罐，利用自然高差完全可以滿足全廠消防給水系統的要求。故該項目消防給水系統采用常高壓給水系統。東、西區無需設置消防水泵及變頻穩壓泵。一方面原有生產消防蓄水池容積可適當減小，另一方面可節省6臺電動消防水泵、6臺柴油消防水泵及2套變頻穩壓設備。

4.1 常高壓給水系統最初的設置

西區1072m處設置2座有效容積為6000m3的高位消防水罐，總有效容積為12000m3，滿足全廠一次最大消防用水11880m3的要求。2座消防水池相互連通，并在水池連通管上設置切斷閥。

高位消防水池的補充水由生產水供給，在西區綜合水泵房內設置消防補水泵2臺（一用一備），高位消防水池的補水時間按小于48h計。

由于西區高于東區約60米，東、西區共用一套高位消防水罐時，東區消防給水設施承受的靜壓過大，約1.90MPa。要解決此問題，可考慮采取以下2種辦法：

（1）提高整個東區消防設施的耐壓等級。

經過調研，國內標準的消防設施設計壓力為1.60MPa，高于此壓力要求的消防設施需要特制或采用進口設備，這樣勢必會增加該項目東區的消防設施投資。

（2）在通往東區的2根DN500消防水管上設置減壓式消能閥。

目前市面上絕大部分減壓閥只能減動壓，不能有效的減靜壓。即東區發生火災事故，東區消防水使用時減壓閥才起作用，而消防水平常不使用時，即水靜止的情況下，東區的靜壓是無法消除的。

有些專利產品，例如KY43X 型減壓恒壓閥，從原理上分析是可以減靜壓的，雖然此閥組已經廣泛應用在市政供水、供熱等工程中，但還沒有與該項目完全類似的工程應用實例。因此對于設置此套閥組是否能萬無一失的保證東區消防水系統不會超壓，還需進一步調研。

通過以上分析，東、西區共用一套高位消防水罐時，東區消防給水系統超壓，尚無好的解決辦法，此方案行不通。

4.2 常高壓給水系統最終的設置

結合該項目當地地形特點，全廠消防設施設于西區。由于地勢高差，該項目東、西區各設一套常高壓消防給水系統。消防水系統采用高位消防水罐儲水。東、西區高位消防水罐分別設置在西區不同標高處。

東區高位消防水罐位于絕對標高1010.00m 處，設置消防水罐兩臺，單臺容積為4000m3，總容積8000m3，壓力及水量均滿足東區消防要求。平時消防水管網閥門處于常開狀態。

東區消防補水泵：設有電動消防補水泵2臺，單臺流量為125m3/h，揚程為100m，一用一備，消防補水時間不超過48 小時。

西區高位消防水罐地處絕對標高1060.00m 處，設置消防水罐兩臺，單臺容積為7000m3，總容積14000m3，壓力及水量均滿足西區消防要求。平時消防水管網閥門處于常開狀態。

西區消防補水泵：設有電動消防補水泵2 臺，單臺流量為250m3/h，揚程為160m，一用一備，消防補水時間不超過48 個小時。

為保證冬季運行，水罐內采用低壓蒸汽伴熱；為保證罐內消防水水質，可采取定期換水及向罐內投加漂白粉藥劑等措施。

該項目東、西區消防給水系統確定為各自獨立的常高壓給水系統，雖然工程投資上高于原設計，但從消防給水系統的安全可靠度及滅火成功率來講，個人認為選擇常高壓給水系統是正確的，增加投資是值得的，這一觀點后來也得到集團公司領導的認可。

5 問題及建議

5.1 消防給水系統為常高壓給水系統，在準工作狀態時，消防管網及消防設備承受的壓力約為1.20MPa，遠大于穩高壓給水系統0.80MPa的壓力。因此消防管網的滲漏量會增大，消防系統閥門及設備需選用知名廠家的優質產品。

5.2 西區1060m和1010m處的高位消防水罐區域建議地面做硬化防滲處理。當水罐溢流、放空或發生事故時可將此部分水有組織的坡向安全地帶，不至于影響廠區的安全生產。

5.3 進一步尋求能夠有效減靜壓的閥組，一方面原理上可行，另一方面有工程實踐證實其安全可靠，一旦有此類減壓閥出現，該項目東西區即可共用一套高位消防水罐，很大程度上節省投資。

【參考文獻】

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[責任編輯：楊玉潔]