國外水泥廠油罐消防系統設計的探討

宣軼群，謝志英，陶金成，熊忠良，張平

國外水泥廠油罐消防系統設計的探討

宣軼群，謝志英，陶金成，熊忠良，張平

對國外水泥廠石油庫油罐區域消防系統設計進行了闡述，對其與國內同類項目設計之間的異同進行了比較和分析，討論了國外油罐區消防設計參數和國標消防設計參數存在的差別。

油罐泡沫消防；油罐冷卻防護；美國消防標準；中國消防規范

TU279.743

A

近年來，緊隨一帶一路發展規劃，國內設計公司不斷加強歐美設計標準的探索與研究，優化設計理念，以加快國內水泥企業海外業務的拓展。國外水泥廠項目中消防設計十分重要，在業主的招標文件中也備受關注?，F就國外總承包項目中油庫油罐消防系統設計做簡要介紹，分析比較國內外油罐區消防設計標準之間的差異，以安全的消防設計方案滿足國外業主的要求。

1　油罐消防系統設計標準

國外項目消防系統設計通常執行國際通行的消防標準，如美國國家防火協會標準NFPA（National Fire Protection Association），英國標準BS（British Standard）等，其中國外工程項目中NFPA的應用越來越多。在油罐區消防設計中，常用的美國消防標準有NFPA11《低、中、高倍數泡沫標準2010版》、NFPA13《自動噴水滅火系統2010版》、NFPA15《固定式水噴霧標準2012版》、API2030《固定式水噴霧滅火系統在石油石化業的應用》、NFPA850《火電廠和高壓變電站防火標準》等。其中，NFPA11、NF?PA15標準應用最為廣泛。

國內油罐區消防規范有GB50074-2014《石油庫設計規范》（以下簡稱GB50074）、GB50219-2014《水噴霧滅火系統設計規范》（以下簡稱GB50219）、GB50151-2010《泡沫滅火系統設計規范》（以下簡稱GB50151）等。關于油罐的消防設計，NFPA與國內消防規范相比，其泡沫滅火系統消防條文明確、可操作性強。

2　油罐消防系統

按照美國NFPA11、NFPA15、NF?PA850、API2030規范要求，油罐區消防由泡沫滅火系統、固定水噴霧冷卻系統、泡沫消火栓及室外消火栓組成。水泥廠油罐區消防類型需根據油罐區域的體積，油罐類型、數量，儲藏液體種類等來確定。

泡沫滅火系統：低、中、高倍數泡沫滅火系統設計用于不同的場所，低倍數泡沫滅火系統設計用于保護室外儲罐、堤防區域、無防護堤溢流區域，中、高倍數泡沫滅火系統主要用于煤礦、大型飛機庫、地下工程等場所。根據設備和管道安裝方式的不同，泡沫系統分為固定式、半固定式、移動式；根據噴射方法的不同，泡沫系統分為液上噴射式和液下噴射式。有實踐證明液上噴射式滅火效果較好，使用也最為廣泛。水泥廠油罐區消防通常采用低倍數液上噴射式固定泡沫滅火系統。

固定水噴霧冷卻系統：油罐設置冷卻水系統的主要目的是，平時無火情況下作為油罐降溫冷卻水，發生火災時作為著火油罐的輔助消防設施。霧化噴水可以有效地降低罐體及其周圍的溫度，防止罐殼因高溫而爆裂，并為相鄰油罐提供有效的保護屏障，防止火災進一步蔓延惡化。

3　設計參數的選擇

3.1泡沫滅火系統

泡沫滅火系統設計參數主要包含設計強度、最短噴放時間、泡沫液濃度等，設計參數選擇取決于油罐類型、所含液體的特性、油罐尺寸等。根據NFPA11標準規定[1]：含烴固定頂儲罐防護泡沫炮和泡沫栓設計強度為6.5L/min·m2，噴放時間50～65min；含烴固定錐形頂儲罐固定泡沫噴放口設計強度為4.1L/min·m2，噴放時間30～55min；固定頂儲罐液下噴射式設計強度4.1L/min·m2，噴放時間30～55min。GB50151[2]規定，泡沫液供給強度為6.0L/min·m2，連續供給時間為30min。不同工程項目儲罐設計參數的選擇需根據具體情況而定，固定泡沫噴放口的數量根據罐體的直徑確定。國外水泥廠油罐通常采用固定錐形頂，即設計強度取4.1L/min·m2，噴放時間根據油罐內液體的閃點選擇。

3.2水噴霧冷卻系統

根據NFPA15[3]，著火罐水噴霧強度最小為6.1L/ min·m2，相鄰罐水噴霧強度最小為12.2L/min·m2。在大型化工或石油化工設施中，持續時間8h，通常認為持續時間4h為實際最大值。API2030[4]中規定常壓儲罐有效噴射強度為4.1L/min·m2，壓力儲罐的輻射防護強度0～4.1L/min·m2。持續時間根據NFPA850[5]中規定的一般輻射防護取2h。GB50074[6]中規定著火罐冷卻水供給強度為2.5L/min·m2，供給范圍為罐壁表面積；相鄰罐冷卻水供水強度為2.0L/min·m2，供給范圍為罐壁表面積一半，持續供給時間均為6h。GB50219[7]中規定甲、乙、丙類液體儲罐防護冷卻水的供給強度為6L/min·m2，持續供給時間按6h計。NFPA標準中冷卻水強度高于國標，冷卻水持續供應時間低于國標，計算出的冷卻水總量遠大于國標[8]。

4　工程應用

本文以我院在建的沙特某5 000t/d水泥生產線總承包項目為例，介紹國外水泥廠燃油系統常用的固定頂罐消防系統設計在實際工程中的應用。其油罐區共有2座5 000m3的固定錐形頂油罐，直徑為24m，高度13.5m，防護堤尺寸為80.5m×40m，罐內儲存閃點為55℃的重油；1座500m3的小型柴油罐。罐區的布置見圖1。

該工程采用油罐罐體固定式低倍數液上噴射泡沫滅火系統，水噴霧輻射防護滅火系統。防護堤采用泡沫消火栓、泡沫炮、室外消火栓防護。按照業主合同要求，工程采用NFPA消防標準。

圖1　罐區布置圖

4.1泡沫滅火系統

（1）重油罐泡沫混合液流量計算

式中：

Q1——泡沫混合液流量，L/s

q設——泡沫混合液的供給強度，取4.1L/min·m2

S——按重油罐的橫截面積計算，為452.16m2

設計供給的泡沫混合液流量：

式中：

q1——每臺PC16泡沫發生器的流量，L/s

K——泡沫發生器流量特性系數，廠家提供為6.83

P——泡沫發生器進口壓力，MPa

（2）防護堤泡沫混合液流量計算

泡沫炮泡沫混合液流量：

式中：

Q1——泡沫炮泡沫混合液流量，L/s

q設——泡沫混合液的供給強度，取6.5L/min·m2

S——防護堤面積，為2 295.68m2

泡沫炮泡沫混合液流量：

選取泡沫消火栓數量n=3個，型號PQ4，工作壓力P=0.5MPa，q1=4L/s

Q設3=n·q1=3×4=12L/s=720L/min。

總泡沫混合液流量：

（3）泡沫液總儲量

式中：

Vfoam——泡沫液總儲量，m3

t——重油罐泡沫混合液供給時間，取30min

t1——防護堤泡沫炮泡沫混合液供給時間，取20min

t2——防護堤泡沫消火栓連續供給時間，取20min

4.2水噴霧輻射防護冷卻系統

（1）重油罐表面輻射防護噴水量

式中：

Qw1——水噴霧水量，m3/h

q設——水噴霧設計強度，取4.1L/min·m2

S——保護面積，為1 092.72m2

（2）著火時相鄰油罐1/2表面積防護噴水量

式中：

S柴油罐——柴油罐表面積，283.86m2

（3）噴水水量：

式中：

VW——噴水總水量，m3

tW——水噴霧持續時間，取2h

（4）泡沫滅火系統用水量

（5）總用水量

通過上述計算進一步明確了國外油罐區消防設計參數的選擇。在阿聯酋UCC10 000t/d熟料水泥生產線中[9]，其油罐區2座5 000m3重油罐泡沫滅火消防系統的設計參數為：泡沫滅火系統的設計強度取值為6L/min· m2，泡沫持續供給時間為40min，泡沫槍設計流量9L/s，泡沫持續供給時間為20min，泡沫濃度為6%，經計算得出的泡沫液用量為8.36m3，泡沫混合液所需的儲水量131.04m3。國內某項目7座5 000m3重油罐區，3座5 000m3凈化油儲罐[10]，采用水噴霧冷卻系統和泡沫滅火系統的消防設施，具體參數為：水噴霧的設計強度為2.5L/min·m2，相鄰油罐的設計強度為2.0L/min·m2，連續供給時間均為6h。泡沫滅火設計強度6L/min·m2，泡沫連續供應時間40min。該項目水噴霧冷卻防護設計是根據最不利著火點一座5 000m3凈化油儲罐和相鄰2座5 000m3凈化油儲罐考慮。經計算，冷卻及泡沫用水儲量總量為1 612m3。由此可見，實際應用時設計參數的取值應根據具體的工程條件及其設計要求而定。

5　結語

由于設計標準、參數的不同，國外水泥廠油罐的消防系統設計與國內同類項目相比，加強了泡沫消防與水消防的共同作用，防護堤區域的消防設置更加全面。國外水泥廠工程設計更加重視消防部分，針對油罐區的消防更加系統全面。

[1]NFPA11.Standard for Low-,Medium-,and High-Expansion Foam [S].美國消防協會標準，2010.

[2]GB50151-2010.泡沫滅火系統設計規范[S].中華人民共和國國家標準.

[3]NFPA15.Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection [S].美國消防協會標準，2012.

[4]API2030.Application of Fixed Water Spray Systems for Fire Protec?tion in the Petroleum and Petrochemical Industries[S].美國石油學會標準，2005.

[5]NFPA850.Recommended Practice For Fire Protection For Electric Generating Plants And High Voltage Direct Current Converters Stations [S].美國消防協會標準，2012.

[6]GB50074-2014.石油庫設計規范[S].中華人民共和國國家標準.

[7]GB50219-2014.水噴霧滅火系統設計規范[S].中華人民共和國國家標準.

[8]譚榮美.國外燃機電廠中大型油罐消防系統設計的一些探討[J].高新技術，2013.

[9]茍嘉黎，等.泡沫滅火系統在水泥廠油罐消防中的應用[J].新世紀水泥導報，2007.

[10]崔學龍，等.水噴霧滅火及低倍數泡沫滅火系統在油罐消防的應用[J].化工設計，2006.

Discussion on the Overseas Design of Oil Tank Fire Fighting Systteemm

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編輯：呂光