水泥廠油罐區消防冷卻水系統設計的探討

秦江江，徐夢溪

1 項目概況

在水泥廠油罐區的消防設計中，儲罐消防冷卻水系統的設計尤為重要。消防設計規范的正確使用、冷卻水供給強度的合理選取、冷卻方式的經濟性選擇，往往關系到消防水池容積的大小、消防水泵的流量、揚程以及投資的大小。本文以我公司承建并負責生產技術服務的阿聯酋ABMC 10 000t/d水泥熟料生產線（以下簡稱ABMC項目）為例，進行油罐區消防冷卻水系統設計介紹。該水泥廠位于阿聯酋Al Ain市的ARKAN工業區內，由印度某公司負責項目咨詢業務，國內某設計院負責工程設計。ABMC項目以重油（HFO）作為水泥熟料生產線的主要燃料，廠區內設有重油（HFO）油罐區。油罐區共有2個5 000m3的固定錐形頂重油罐（HFO罐），直徑24m、高12m，罐內儲存閃點為55℃的重油（HFO），非水溶性可燃液體，火災危險級別為乙B類；1座50m3的小型柴油罐，直徑4.5m，高3.6m。油罐區平面布置圖見圖1。

2 消防冷卻水系統設計

ABMC項目始建于2007年9月，于2014年2月27日取得PAC證書，設計時采用GB 50074-2002《石油庫設計規范》（以下簡稱“油庫規2002”），該規范現已修訂為GB 50074-2014《石油庫設計規范》（以下簡稱“油庫規2014”），在新修訂的規范中，部分條文結合工程實際案例有所更改。現結合ABMC項目，依據兩個版本的《石油庫設計規范》，對油罐區消防冷卻水系統設計進行對比。

2.1 儲罐消防冷卻水系統簡介

儲罐消防冷卻水系統有固定式、移動式兩種。根據“油庫規2002”第12.1.5條第1款規定，單罐容量≮5 000m3或罐壁高度≮17m的油罐，應設固定式消防冷卻水系統[1]，故本項目儲罐消防冷卻水系統采用固定式冷卻水系統。“油庫規2014”第12.1.5條第1款規定，容量≥3 000m3或罐壁高度≥15m的地上立式儲罐，應設固定式消防冷卻水系統[2]。對比可知，“油庫規2014”的條文要嚴于“油庫規2002”，但設計時都應采用固定式消防冷卻水系統。

儲罐固定式消防冷卻水系統包括消防水泵、消防水池、由電動閥控制的水霧噴頭及相應的消防管線。

2.2 儲罐消防冷卻水流量的計算

“油庫規2002”與“油庫規2014”中關于地上立式油罐的消防冷卻水的供水范圍和供水強度計算規定分別見表1和表2。由表對比可知，“油庫規2002”與“油庫規2014”中的固定式消防冷卻水的供水范圍和供水強度一致，因此，二者計算出的消防冷卻水流量也相同。

圖1 油罐區平面布置圖

表1 固定式消防冷卻水供水范圍和供水強度（油庫規2002）

表2 固定式消防冷卻水供水范圍和供水強度（油庫規2014）

1個著火罐（HFO罐）所需消防冷卻水流量為3.14×24×12×2.5/60=37.68L/s，另1個相鄰罐（HFO罐）所需消防冷卻水流量為1/2×3.14×24×12×2.0/60=15.07L/s，則儲罐區所需的消防冷卻水總流量應為37.68+15.07=52.75L/s。

2.3 冷卻水霧噴頭的設計選型

根據GB 50219-2014《水噴霧滅火系統技術規范》第7.1.2條規定[4]，保護每個HFO罐所需的水霧噴頭的數量按式（1）計算：

式中：

N——保護對象所需水霧噴頭的數量，只

S——保護對象的保護面積，m2

W——保護對象的設計供給強度，L/（min·m2）

q——水霧噴頭的流量，L/min

每個著火罐（HFO罐）的罐壁外表面積為3.14×24×12=904.32m2；消防冷卻水的供水強度為2.5L/（min·m2）；選用ZSTWC34-120型水霧噴頭，每只噴頭的流量為63L/min（工作壓強為0.35MPa時）。經計算可知，每個著火罐（HFO罐）應設36只噴頭，沿罐周均勻布置，DN200冷卻水供水環管高度設在11.70m標高。儲罐區共設72只噴頭，提供消防冷卻水保護著火罐（HFO罐），具體布置詳見圖2。

3 消防泵房及消防水池的設計

3.1 儲罐消防冷卻水系統所需用水量計算

（1）根據“油庫規2002”第12.2.10條第1款規定，直徑＞20m的地上固定頂油罐的消防冷卻水的最小供給時間為6h。因此儲罐消防冷卻水系統的消防用水量為6×3 600×52.75=1 139 400L=1 139.4m3。

（2）根據“油庫規2014”第12.2.11條第1款規定，直徑＞20m的地上固定頂儲罐的消防冷卻水的最小供給時間≮9h。因此儲罐消防冷卻水系統的消防用水量為9×3 600×52.75=1 709 100L=1 709.1m3。

經對比，“油庫規2014”的條文要嚴于“油庫規2002”，消防冷卻水的最小供給時間多3h，消防冷卻水總用水量需要多569.7m3。

3.2 消防水池容積計算及消防水泵選型

根據“油庫規2002”，儲罐消防冷卻水系統所需總用水量為1 139.4m3，采用廠區2×2 000m3循環水池兼做消防水池，并保證消防貯水量不被挪用。

儲罐消防冷卻水系統與泡沫滅火系統共用1套消防水泵，消防泵房內設1臺電動消防泵、1臺柴油機消防泵（備用）。廠區內同一時間內的火災次數按1次計算，且油罐區的消防用水量按最大計算。消防冷卻水設計流量為52.75L/s，泡沫混合液所需水量的設計流量為55.27L/s，考慮管網漏失水量，則消防系統總用水流量為1.1×（55.27+52.75）=118.82L/s。

消防水泵的揚程計算如下：水霧噴頭的工作壓強為0.35MPa，消防管道沿程和局部水頭損失壓強的累加值為0.12MPa，消防水池最低水位與水霧噴頭高差壓強為0.14MPa，則滿足消防水泵揚程所需壓強為1.1×（0.35+0.12+0.14）=0.67MPa。

根據消防系統總用水流量及消防水泵揚程計算值，選定消防水泵如下：型號為XBD7.2/120-250-435的電動消防泵1臺，其額定水流量為122.2L/s，揚程為71m，電機功率為160kW；型號為XBC7.7/120-250M6/473的柴油機消防泵1臺，其額定水流量為122.2L/s，揚程為76m，功率為185kW。

“油庫規2014”與“油庫規2002”中固定式消防冷卻水的供水范圍和供水強度一致，且消防泵房與油罐區在廠區中的位置不變，故消防水泵的選型沒有變化。另外，“油庫規2014”中消防冷卻水的最小供給時間比“油庫規2002”多3h，即消防冷卻水貯水量多569.7m3，故消防水池的容積應相應增大。

4 結語

本文以ABMC項目油罐區的消防冷卻水系統設計為例，對“油庫規2002”與“油庫規2014”進行了對比，發現“油庫規2014”的條文要嚴于“油庫規2002”。ABMC項目實施的時間比較早，當時業主對設計標準無硬性規定，因此，設計單位采用中國標準進行項目設計。但近幾年，隨著國家“一帶一路”規劃的成功推進，越來越多的國內工程總承包公司開始拓展海外市場，并承接了大量的境外工程，很多境外業主要求使用自己國家的設計標準，或要求按照國際通行的標準進行設計施工，如美國消防協會標準NFPA（National Fire Protection Association）、英國標準BS（British Standard）等，因此，要求我們要努力學習國際通行標準，采用國際通行標準參與國外項目的建設，以適應國際市場的需求。