大型LPG 罐區項目消防系統研究

郝金鳳

（云南興滇建筑設計咨詢有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG）是一種由丙烷、乙烷、丁烷等物質組成的混合物，是一種石油化工基本原料，也是一種高質量燃料。目前已被廣泛應用到工業生產、日常生活等領域，成為促進經濟建設與社會發展重要資源。據統計，2020 年我國LPG 產量已超過4400 萬t，2021 年超過4600 萬t，近三年累計增產幅度保持在4.6%～7.5%左右。面對LPG 產量、需求量的不斷增加，LPG 灌區項目運行安全問題得到人們越來越多關注。LPG 的危險性決定，LPG 罐區項目管理不當易發生火災、爆炸等事故，嚴重威脅LPG 罐區項目內人們生命財產安全，危害自然環境。故加強大型LPG 罐區項目消防系統至關重要。以下筆者對大型LPG 罐區項目消防系統設計的幾點體會，意在拋磚引玉。

1 大型LPG 罐區項目消防系統構成要素分析

1.1 PLC 組成及特性分析

由LPG 主要組分及其基本特性（表1）可知，LPG 屬于高危險性物品，具備易燃、易爆、易揮發、低溫、有毒等特征，如LPG 組分中丙烷占比較大，丙烷泄漏到儲運環境中，可導致工作人員出現呼吸困難、昏迷、窒息等問題；空氣中的丙烷遇火源將發生爆炸，引發火災、爆炸事故，造成生命財產損失[1]。因此，大型LPG 罐區項目對消防安全具有較高要求，面對LPG 生產量、需求量等不斷增多，有必要加強消防系統設計，不斷提高項目消防安全水平。

表1 PLC 組成及主要成分性質

1.2 大型LPG 罐區項目消防方案

根據LPG 組分及其特征，大型LPG 罐區項目消防系統應屬于綜合型系統，需要配備齊全消防滅火設施。基于經驗歸納與總結，消防系統可配備如下設施：

（1）水消防系統。由于LPG 具有較高的火災危險性，且火焰傳播速度加快，一旦LPG 罐區發生火災，將帶來嚴重損失和影響。這就需要在消防系統設計中，配備科學且完善水消防系統，能夠及時對LPG 儲罐進行冷卻，減少火災發生率，控制火勢蔓延速度與范圍，減輕火災事故危害。目前，較為常見的水消防系統主要有低壓給水系統、高壓消防泵系統、穩高壓給水系統、水噴霧系統等。就穩高壓給水系統而言，主要是利用補充水管道將生產給水引入消防水池中，一旦罐區發生水災消防水泵進行加壓操作，將消防水池中的水引入消防給水網絡進行消防。就水噴霧系統而言，由《液化石油氣供應工程設計規范》可知LPG 儲罐單罐容量超過20m3或儲罐區總容量超過50m3時，需要在儲罐上配備固定噴水冷卻裝置（水噴霧系統），但發生火災時，火災檢測探頭發出報警信號，驅動水噴霧系統雨淋閥、電磁閥、放水閥，對著火罐體及其鄰近罐體進行保護，控制災情蔓延，防止沸液蒸汽爆炸[2]。某大型LPG 罐區項目共有12 萬m3丙烷儲罐，設計采用水噴霧系統對其進行給水消防，根據相關要求計算消防水量，確定水噴霧系統供水強度20L/min·m2，冷卻水用量480m3/h，水災延續時間6h。

（2）泡沫消防系統。該系統通常由泡沫產生設備、比例混合裝置、存儲裝置、消防泵、火災探測與控制裝置、各類閥門、各種管道等組成，可對甲類、乙類、丙類液體火災進行防控，故適用于大型LPG 罐區項目消防。隨著泡沫消防系統研究的不斷深入，已形成多種類型泡沫消防系統，按照發泡倍數可分為低倍數泡沫消防系統、中倍數泡沫消防系統、高倍數泡沫消防系統三種類型[3]。就低倍數泡沫消防系統而言，供給強度5～7L/min·m2，預燃時間60～120s 條件下，可在3～5min 滅火；按照泡沫比例混合設備配置情況可分為環泵負壓式泡沫比例混合裝置滅火系統、泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置滅火系統、貯罐壓力式泡沫比例混合裝置滅火系統等多種類型。某大型LPG 罐區項目根據消防需求配備了泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置滅火系統（圖1），以串聯形式安裝平衡閥，在一定程度上提高了平衡閥出口壓力與混合器進口水壓力的平衡性，同時該系統在泡沫液泵進口位置、平衡閥供液管路位置配了自動閥門、控制箱，能夠根據泡沫液泵監測情況，保證各裝置正常運行，同時滿足各管路系統對泡沫液流量的需求。

圖1 泵入平衡壓力式泡沫比例混合裝置流程

（3）火災探測系統。火災探測系統的合理應用能夠在大型LPG 罐區火災燃燒初期準確檢測到火災信號，并及時將其傳遞給消防系統控制中心，控制中心通過對火災信號進行處理分析，了解火災具體情況，并啟動報警、滅火等系統，從而達到災情控制與搶救效果。火災探測系統功能有效發揮的關鍵在于探測裝置合理選用。大型LPG 罐區項目中，LPG 罐火災信號探測以溫度探測裝置為主，如感溫探測裝置、定溫探測裝置等。

（4）自動監視系統。大型LPG 罐區項目因規模大、范圍廣，傳統人工監測方式無法滿足其消防安全管理需求。因此，在大型LPG 罐區項目消防系統設計中應配備具備自動監測、連續監測等特征的自動監視系統。電視監視系統是當前生產企業生產安全管理中應用較為廣泛的一種自動監視系統，主要由室外與室內前端設備、彩色監視裝置等構成，且和火災探測系統、滅火系統關聯，能夠全天候監視大型LPG 罐區項目火災高發設備、區域，以便及時發現火災并進行啟動報警系統進行自動報警。目前，大型LPG 罐區項目中多采用色彩性強、可靠性強、能耗低的彩色夜視攝像機進行罐區監視，如圖2 所示。

圖2 彩色夜視攝像機

（5）自動控制程序。在信息化、數據化、網絡化時代背景下，企業生產安全管理自動化、智能化水平大幅度提高。消防系統作為企業生產安全管理體系中的重要組成部分，具備了自動化控制特征。通常大型LPG 罐區項目消防系統多通過可編程邏輯控制器將收集到的各類信號，如溫度信號、煙氣信號、電動閥信號等編入控制系統程序中；可編程邏輯控制器內部存儲各種操作指令；可編程邏輯控制器可通過數字信號形式或模擬信號形式的輸入輸出單元和被控制設備連接，借助顯示屏顯示大型LPG 罐區項目消防設備狀態、參數信息；相關工作人員能夠以觸摸方式進行各種操作。當LPG罐區可燃氣體濃度超標或出現火災時，可編程邏輯控制器可自動報警，相關工作人員在確認災情后，可啟動相應控制系統進行針對性消防。

（6）事故存儲系統。大型LPG 罐區項目出現災情后，泄漏氣體、消防廢水等如得不到有效處理，將產生二次危害。對此，大型LPG 罐區項目消防系統設計時應高度重視事故存儲系統設計。在此過程中，可參照《石油化工企業設計防火規范》《水體污染防控緊急措施設計導則》等相關規定與要求制定事故存儲方案，配備事故存儲裝置。

2 LPG 罐區固定噴水冷卻裝置設計案例分析

2.1 項目介紹

大型LPG 罐區項目A（代指項目全稱）位于某工業園區，屬于低溫存儲LPG 儲罐及其附屬設備二期工程。本項目包括供配電系統、給排水系統、常溫丙烷裝車系統、三座80000m3低溫PLG 儲罐等，三座PLG 儲罐均為雙層鋼全容貯罐，外觀尺寸相同，為?60.50m×32.85m，呈“品”字布置，占地面積約為20 萬m2。

2.2 消防系統設計方案

本項目中，三座80000m3低溫PLG 儲罐區是消防水量最大消耗區，故需要準確計算該區域消防水量，低溫PLG 儲罐設計采用水噴霧系統，按照相關規定計算，罐頂、罐壁與移動水量供水強度分別為860L/s 與710L/s，火災延續時間為6h，消防水量約為3.5 萬m3。本項目中，因配備常溫丙烷裝車系統，設計構建丙烷裝車棧臺，其面積約為3100m2，按照相關規定計算其消防水量，火災延續時間6h，冷卻用水量約2000m3/h。

根據本項目消防需求，設計配置室外消防栓（圖3）、移動式滅火器、固定式消防水炮、水噴霧系統等基礎設施。室外消防栓設計選用減壓穩壓型消防栓，由穩高壓消防水系統管網供水，消防栓被安排在距離被保護裝置15m 范圍內，彼此之間距離控制在58m 以內；移動式滅火器側重于大型LPG 罐區項目供配電系統、營業中心、控制中心等初期火災防控，故安排在此范圍內；固定式消防水炮分布在低溫PLG 儲罐區附近，距離被保護裝置30m 以內，射程45～60m，水平與垂直噴射角度分別為360°與-30°～70°，出口壓力保持（0.9±0.1）MPa；水噴霧系統側重于罐區及其火災輻射區域內設備保護，設計由穩高壓消防系統管網供水，根據消防水量結合項目實際情況，設計新建2 套穩高壓消防水系統，配置6 套消防泵。綜合分析確定方案可滿足項目消防需求，可行性、合理性較高。

圖3 室外消防栓實物

2.3 消防系統設計建議

基于經驗歸納與綜合，可知大型LPG 罐區項目消防因以自救為主，能夠在火災初期給予有效控制。故在大型LPG 罐區項目消防系統設計中應注意以下5 點。

（1）消防系統能夠在火災探測系統、自動監測系統等科學應用下實現自動報警與控制。

（2）各系統之間可互聯互通，通過聯動控制實現火災第一時間發現、確認、滅火。

（3）綜合考慮管線布置、儲罐布置、配套設施布置等確定消防泵房位置。

（4）準確計算消防用水，合理選擇消防滅火裝置。

（5）綜合考慮項目地理位置、地形地勢情況等科學確定事故儲存設施位置，確定事故儲存設施設計參數，保證其滿足項目事故儲存需求的同時避免二次污染。

3 結語

大型LPG 罐區項目消防系統是保障LPG 生產、儲存、運輸安全的重要手段，是大型LPG 罐區項目開發建設不可或缺的存在。目前，關于LPG 罐區項目消防系統設計尚未形成完善、系統標準，這就需要相關企業以及工作人員能夠根據項目特征與消防需求，結合已有石化企業設計防火標準、液化烴儲運要求、LPG 供應工程設計規范、LPG 罐區項目專家意見等科學設計消防方案，做好消防系統設計建設工作，以保證大型LPG 罐區項目消防系統設計的科學性、可靠性、實用性，提高大型LPG 罐區項目消防安全水平。