伊拉克某油田水洗罐罐區消防系統設計探討

趙海龍

(中海油石化工程有限公司,山東 青島 266101)

伊拉克東南部某油田原油處理終端主要是對采出原油進行油、氣、水三相分離，新建原油水洗罐是原油處理工藝系統的重要組成部分。水洗罐(固定頂常壓儲罐)合理的消防系統設計對撲滅可能發生的火災事故起著至關重要的作用。水洗罐罐區消防系統主要包括低倍數泡沫滅火系統、固定式水噴霧滅火系統、消防水炮、消火栓及泡沫栓系統，水洗罐罐區消防系統設計主要執行NFPA11、NFPA 24、API RP 2030、API RP 2021等消防系統設計標準。新建水洗罐罐區為擴建項目，消防冷卻水及泡沫混合液用水接自現有消防冷卻水管網，水洗罐罐區其余消防設施均需新建。新建水洗罐罐區包括2臺10000m3(直徑30.5m，罐壁高14.6m)水洗罐。

1 消防冷卻水系統設計

該油田終端現有消防泵站一座，設置有2座10000m3消防水罐，主電動消防水泵2臺，流量2×720m3/h，備用柴油消防水泵2臺，流量2×720m3/h，消防冷卻水系統為穩高壓系統，消防冷卻水操作壓力1.20MPa，穩壓泵穩壓1.30MPa。

1.1 水噴霧系統設計

儲罐設置固定式水噴霧滅火系統，可以使消防冷卻水快速到達火災部位，避免因儲罐受熱引起其內部儲存的易燃液體燃燒。

API RP 2030中對常壓儲罐設置固定式水噴霧滅火系統有詳細的說明，一般情況下，常壓儲罐沒有設置固定式水噴霧保護的必要，且(除了臥式儲罐)不建議使用水噴霧保護[1]。固定頂儲罐罐區發生火災的方式主要包括通氣設施火災、儲罐溢流導致的地面流淌火災等[2]。如果使用固定噴淋系統，僅需考慮冷卻噴淋儲罐上部的3.7m至7.4m以上部分，3.7m以下部分罐壁的冷卻可以由立式儲罐由上部冷卻水沿著罐壁流下的冷卻水保護。當儲罐頂部設有抗風圈時，每層抗風圈下面均應設冷卻水噴頭。鄰近罐通常在整個儲罐的1/4到1/2可能暴露在鄰近儲罐火災事故中，因為暴露火災或儲罐內可燃液體規模準確的位置在火災發生之前可能無法預知，整個儲罐均應設置冷卻水噴淋保護。固定水噴淋的分區可以確保有效地使用消防水[1]。API RP 2030中有關常壓儲罐暴露火災設置固定式消防冷卻水的供水強度有明確的規定，用于防護冷卻時，供水強度為4.1L/(min·m2)，該強度是基于火災經驗并同時包含2L/(min·m2)的安全余量，規范中未提到火災延續時間，結合API RP 2001中有關煉廠火災延續時間為4～6h[3]，本項目取火災延續時間為6h。GB 50160《石油化工企業設計防火標準》中規定，固定頂儲罐設置固定式消防冷卻水時，著火罐及鄰近罐的供水強度均為2.5L/(min·m2)，著火立式儲罐冷卻保護面積按罐壁表面積計，鄰近罐冷卻1/2罐壁表面積，火災延續供水時間為6h[4]。GB 50183《石油天然氣工程設計防火規范》中規定，固定頂儲罐設置固定式消防冷卻水時，著火罐供水強度為2.5L/(min·m2)，著火立式儲罐冷卻保護面積罐壁表面積計，鄰近罐供水強度為2.0L/(min·m2)，冷卻1/2罐壁表面積，火災延續供水時間為6h[5]。綜合國內標準及API標準，著火水洗罐冷卻面積為罐壁表面積，鄰近罐冷卻面積為1/2罐壁表面積。國內標準及API標準計算消防冷卻水量見表1。

表1 消防冷卻水量

從表1計算結果可以看出，API RP 2030中固定式消防冷卻水需求量略小于國內標準。

2.2 消火栓冷卻系統設計用水量

消火栓沿新建水洗罐罐區周邊道路設置，消火栓間距為50～60m，消火栓流量按5L/s計，同時在罐區周圍適當位置設置消防水炮，消防水炮額定流量為40L/s，滿足API RP 2001中規定的消防水炮最小流量2000L/min要求。根據GB 50974《消防給水及消火栓系統技術規范規》中有關立式儲罐室外消火栓用水量規定，新建水洗罐區域室外消火栓用水量為30L/s[6]。鑒于該油田配置專業的消防員較少，發生火災事故時，普通員工難以控制長達120 m 的消防水帶和較大反作用力的消防水槍。固定式水炮沒有后坐力，普通員工即可借助固定式消防水炮對水洗罐進行冷卻。綜合國內外標準，新建水洗罐區域移動式消防冷卻水用水量按同時開啟1臺40L/s消防水炮及1支5L/s消火栓計[7]。

3 低倍數泡沫滅火系統

新建水洗罐為常壓固定頂儲罐，罐內儲存原油閃點<37.8℃，水洗罐直徑30.5m，罐壁高14.6m，設置固定式低倍數泡沫滅火系統，防火堤外設置泡沫栓撲滅由于水洗罐罐體破裂或防火堤內管線泄漏或水洗罐溢流造成的流淌火災，防止火災蔓延。因新建水洗罐區域屬于擴建部分，該原油處理終端現有2座比例平衡式泡沫混合裝置，泡沫液儲量均為10m3，采用3%的水成膜泡沫液(AFFF)，用于保護現有水洗罐及原油儲罐，新建水洗罐區域保持與現有泡沫液種類一致，便于某一區域火災情況下相互調配。NFPA 11中規定儲罐直徑與GB 50151中規定的儲罐直徑設置泡沫產生器的數量不同，見表2[8-9]：

表2 泡沫產生器數量

NFPA 11中規定了固定頂儲罐內儲存的可燃液體不同閃點及原油的泡沫混合液供給強度及最小連續供給時間如表3[8]：

表3 泡沫混合液最小供給強度與最小連續供給時間

GB 50151中有關固定頂儲罐儲存可燃液體泡沫混合液供給強度及最小連續供給時間如表4[9]：

表4 泡沫混合液最小供給強度與最小連續供給時間

GB 50151與NFPA 11衡量泡沫混合液最小供給強度及最小連續供給時間指標有所不同，NFPA 11中供給強度小于GB 50151要求的供給強度，但最小連續供給時間長于GB 50151中要求。

GB 50151與NFPA 11中規定的與儲罐直徑有關的輔助泡沫搶數量均為2支，連續供給時間均為30min，但GB 50151中要求每只輔助泡沫槍泡沫混合液流量不應小于240L/min，而NFPA 11中要求每只輔助泡沫槍泡沫混合液流量不應小于189L/min，GB 50151與NFPA 11計算結果分別如表5。

表5 泡沫混合液最小供給強度與最小連續供給時間

由上表可知，GB 50151與NFPA 11計算出的泡沫混合液及泡沫液量總需要基本相同。

4 結論

通過新建水洗罐項目消防系統設計，儲存可燃液體的常壓固定頂儲罐國內標準與NFPA及API 消防標準差異主要如下：

(1)API RP 2030規定的固定式水噴霧滅火系統供給強度為4.1L/(min·m2)大于國內標注規定的供水強度。API及NFPA中針對火災延續時間范圍較大，綜合國內標準，常壓固定頂儲罐火災延續時間取6h合適。

(2)低倍數泡沫滅火系統雖然在諸如儲罐泡沫產生器數量、泡沫混合液供給強度及連續供給時間上有差異，但計算得出的總的泡沫混合液量及泡沫液量基本相同。

(3)國內標準相較美標中具體條文規定，可以看出國內標準某些方面更加詳細，美標消防系統設計主要從火災危險性分析、設計方與業主及相關類似工程設計經驗的基礎出發，兩者設計思路有些許不同。