內河油氣化工碼頭消防設計分析

韓朋 龍波

1.安徽省交通科學研究院；2.安徽省現代交通設計研究院有限責任公司

我國許多大型石化企業都選擇在沿海、沿江地區發展，因油品及液體化學品水上運輸較陸路交通更加經濟、便捷、安全。油品及液體化學品運輸停靠碼頭涉及多種甲、乙類油品，液化石油氣裝卸、運輸和進出口，具有較大的火災和爆炸風險。因此，合理、科學的碼頭消防設計是從根源上避免和減少火災事故危害的重要舉措[1]。

《油氣化工碼頭設計防火規范》（JTS 158-2019）[2]（以下簡稱《新規范》）是在《裝卸油品碼頭防火設計規范》（JTJ 237-99）[3]（以下簡稱《老規范》）的基礎上，總結我國近年來油氣化工碼頭設計、建設、監管、運營的經驗，廣泛征求使用意見和建議，借鑒國外同類型碼頭防火標準及管理經驗，結合我國油氣化工碼頭發展需要和《河港總體設計規范》（JTJ212-2006）有關油氣化工碼頭相關規范條文修訂而成。

本文結合筆者參與的某內河油氣化工碼頭項目，從工程平面布局、裝卸工藝、防火措施和消防設計等細微處，探討關于內河油氣化工碼頭消防設計的幾點問題及應對之策。

1.工程概況

某內河油氣化工碼頭共建設7個1000噸級液體油氣化工泊位，兼顧停靠2000噸級船舶。碼頭主要功能為承擔成品油、液體化工產品等原材料、產成品的進出口運輸。汽油及乙醇危險性類別為甲B 類，柴油為丙A類。根據船型預測，2000噸級船舶的最大船長為88m，船寬為13.8m。

2.總體平面布置

總平面布置中安全距離及防火間距不僅涉及安全問題，還會影響項目用地指標及投資估算，需綜合考慮安全距離及防火間距的需求。因此，油氣化工碼頭的選址應充分考慮以下安全因素：與相鄰水上設施的安全距離；船舶及碼頭前沿線與航道邊線、與碼頭內部建構筑物、陸上儲罐的防火間距以及碼頭泊位之間的安全距離。

《新規范》規定了甲、乙類內河油氣化工碼頭與橋梁的安全距離要求，當碼頭位于橋梁上游時，其安全距離不小于300m。《老規范》與《新規范》對于船舶與航道邊線的距離、碼頭泊位之間的凈距要求基本是一致的，內河船舶與航道邊線的距離不宜小于50m，泊位之間的凈距為25～55m。《新規范》增加和細化了碼頭建構筑物、陸上儲罐與碼頭前沿線的防火間距要求。

本碼頭選址充分考慮上下游沿河及跨河構筑物的影響，碼頭選址位于市政橋梁上游500m處，滿足內河油氣化工碼頭甲類火災危險性300m的要求；碼頭前沿線位置的確定充分考慮了航道條件及防火間距要求，靠泊船舶與航道邊線凈距為64.2m，大于規范50m的要求；輔助建（構）筑物的布置也充分考慮了與碼頭前沿線的間距要求，各工藝泵站距離碼頭前沿線的最小距離達到48m，配電間距離碼頭前沿線59.5m，泡沫間距離碼頭前沿線36.7m，汽油儲罐（5000m3）與碼頭前沿線的最小間距為82m，上述間距均大于《新規范》中表4.2.6和表4.2.7的要求。由于該碼頭船舶的船長小于110m，船舶凈距按25m考慮。

3.裝卸工藝

碼頭裝卸工藝系統包含防火、防爆、防靜電、防泄漏和防止事故擴大等安全措施。根據不同貨種，應采用相適宜的裝卸流程和消防安全措施。

《老規范》規定甲、乙類油品以及部分丙類油品不得采用從頂部灌裝的工藝，《新規范》則規定無論何種貨種均不得采用從頂部灌裝的工藝。《老規范》規定裝卸臂與油船連接口處，宜配置快速連接器，《新規范》則規定裝卸臂與船舶匯管連接處應設置快速連接器，且要求裝卸臂配帶絕緣法蘭。《老規范》規定暴露于大氣中的不保溫、不放空的工藝管道以及設有電伴熱的的保溫管道，在其封閉管段上應設置相應泄壓裝置，《新規范》則規定可能超壓的工藝管道均應設置安全泄壓裝置。《老規范》對于工藝管道上切斷閥的設置位置未作具體規定，《新規范》則明確緊急切斷閥距離碼頭前沿線的距離不小于20m，其動力源應接入消防電源或氣源。《新規范》中還增加了工藝管道熱補償的要求，不得采用套管或球形補償器。

按照《新規范》，本工程裝船及卸船工藝均采用裝卸臂與船上的法蘭連接，裝卸臂上法蘭采用絕緣法蘭，裝卸臂與船舶管匯連接處設置快速聯結器，以保證裝卸船的安全。裝卸系統中暴露于空氣且兩端裝設封閉閥門的工藝管道，停泵可能導致水擊破壞的工藝管道均設置泄壓閥和水錘消除器。工藝管線在陸域圍墻與碼頭交接點距離碼頭前沿線30m處設置緊急切斷閥。切斷閥采用電動、同時具備手動操作功能，動力源接入消防電源。由于管內介質溫度和環境溫度變化時會引起管道熱脹冷縮，使管道產生相應的熱應力，本工程管線采用自然補償和π型補償相結合的方案。

4.消防設施設計

消防設計需根據油氣火災危險性類別、碼頭等級、現有水上和陸上消防能力、消防水源、臨近碼頭區域的現狀、自然條件、技術經濟等因素綜合比選確定[4]。消防設施配備應能滿足撲救碼頭火災和油氣化工船舶初起火災的要求。

4.1 消防設施等級

《老規范》對消防設施設置的要求為：裝卸甲乙類油品的二級碼頭可以采用半固定式水冷卻和泡沫滅火方式。《新規范》提高了配置要求，具體為甲乙類油品和化學品的二級碼頭，應采用固定式水冷卻和泡沫滅火方式，且還應設置消火栓和泡沫栓，并配備移動消防炮和滅火器。

根據《新規范》，本工程中采用固定式水冷卻和泡沫滅火方式，每個泊位配備2臺固定消防炮塔，上層設置流量48L/s遙控泡沫炮，下層為流量30L/s的遙控水炮，消防炮回轉的中心線距離碼頭前沿線不小于2.5m。消防炮塔設置高度保證消防炮口高于設計高水位時船舶卸空狀態甲板以上3m。同時碼頭室外設置室外消火栓和泡沫栓，并配置2只流量20L/s移動消防炮及滅火器。

4.2 消防管網

《老規范》僅規定了引橋式油品碼頭在引橋或引堤上設置的消防管道可采用單根管道，其余部位管道的敷設型式未作規定。《新規范》則進行了細化，消防供水管網在引橋或引堤區段可以采用枝狀管網，其余部位的管道均建議采用環狀布置，且陸域的消防泵房至碼頭引橋或引堤根部的消防管網必須采用環狀管網。

本項目由于為重力式碼頭，不設引橋或引堤，因此為確保供水的安全可靠性，本項目的消防管網均考慮采用環狀布置。

4.3 消防供水

4.3.1 消防水源及消防方式

《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）（以下簡稱《消水規》）對消防水源做了明確規定，給水管網自來水、天然水源等都可作為消防水源。消防方式按照消防水源分為海水消防、淡水消防兩類。海水消防需要建立獨立的消防泵提取系統以應對碼頭消防安全需求；淡水消防需借助給水管網，因此在保證生活、生產用水需求的同時，任何情況下不能影響消防用水的儲備和使用[5-7]。

消防水源的選擇對消防系統至關重要。因此應綜合考慮油氣化工碼頭總體規劃布局、水源分布情況、地形特征、原有的給水工程設施等因素確定消防水源[8]。

4.3.2 消防用水量

《老規范》中消防水量為滅火用水量、冷卻水量及水幕用水量之和，《新規范》中碼頭對消防用水量的分類進行了細化，明確了消防用水量的組成：消防用水量為冷卻水系統用水量、泡沫混合液用水量、水幕系統用水量、水槍用水量和泡沫槍用水量之和[9]。《老規范》中甲乙類油品碼頭的冷卻水供水時間為4h，泡沫混合液的供水時間為40min，而《新規范》加大了供水時間的要求：規定甲乙類油品碼頭的冷卻水供水時間≥4h，泡沫混合液的供水時間≥60min。

《老規范》規定泡沫混合液供給強度≥8L/min·m2。《新規范》則對泡沫混合液供給強度進行了分類描述：1.油品和非水溶性液體其泡沫混合液供給強度≥8L/min·m2；2.水溶性液體其泡沫混合液供給強度≥12L/min·m2。

表1 冷卻水量表

表2 泡沫混合液用量表

表3 水幕用水量表

表4 消防水槍及泡沫槍用水量表

《老規范》對水幕系僅在甲類一級碼頭前沿設置，其供水強度為1.0～2.0L/s·m，供水時間為1h；《新規范》則規定無論何種等級油品碼頭其前沿均需設置分隔水幕，且供水強度≥2.0L/s·m，供水時間≥1h，消防炮塔和登船梯需設置防護水幕。

（1）冷卻水量。油氣化工碼頭應至少配備2臺固定式遠控消防水炮，碼頭消防炮結合室外消火栓共同滿足消防冷卻用水量需求，其中碼頭消防炮提供的冷卻水量不小于總冷卻水量的50%[10-11]。油船的消防冷卻水量包括消防水炮和室外消火栓的用水量。消防冷卻水量如表1所示。

（2）泡沫混合液用量。泡沫混合液主要是對油船著火艙進行滅火。油氣化工碼頭采用低倍數泡沫滅火系統，泡沫液額定混合比按不低于3%考慮[12]。由于本碼頭貨物中存在水溶性的乙醇，故泡沫混合液的供給強度按不小于12L/min·m2考慮。消防泡沫混合液用量如表2所示。

（3）水幕系統用水量。在油氣化工碼頭平臺前沿、登船梯前側工作區域和消防炮塔區域應設置水幕系統[13]。當發生火災時，水幕系統能夠隔絕熱輻射有利于消防人員開展滅火作業，與此同時能較大程度上減小碼頭的工藝設備受到熱輻射的影響[14]。

水幕水量包括裝前沿水幕、消防炮塔的自帶水幕。前沿水幕范圍為碼頭前沿裝卸設備兩端各延伸5m，本項目前沿作業區水幕分隔范圍總長24m，其噴水強度≥2L/s·m，單座消防炮塔的防護水幕水量不小于10L/s，每個泊位設置2座炮塔。消防水幕系統用水量如表3所示。

（4）消防水槍和泡沫槍用水量。根據《新規范》第7.5.4條及條文說明，碼頭上設置的室外消火栓不考慮為消防車提供水源，僅用于人工操作進行輔助滅火。因此消防槍的用水量即為冷卻水量中的碼頭室外消火栓水量。泡沫槍水量根據《新規范》第7.5.4.2條確定。消防水槍及泡沫槍用水量如表4所示。

綜上所述，本碼頭的消防總用水流量為662.4m3/h，消防用水總量為1454.4m3/次。

4.4 泡沫比例混合裝置

《老規范》未對泡沫比例混合裝置的類型進行規定，《新規范》第7.3.6條則對泡沫比例混合裝置的類型進行了明確規定，對采用囊式壓力泡沫比例混合裝置的容量要求不大于5m3。

本碼頭消防泡沫原液用量為7.86m3，實際的泡沫原液的配置數量須為計算值的1.2倍，取約10m3，本碼頭采用平衡式泡沫比例混合裝置。

4.5 泡沫比例混合裝置

《老規范》未對水幕噴頭型號作要求，《新規范》第7.2.12條要求噴頭宜采用扇形水幕噴頭。

本項目結合《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2017）第7.1.6條，采用水幕噴頭的防火分隔水幕其噴頭布置不應少于3排。在碼頭前設置3排水幕噴頭，采用額定壓力0.35MPa，流量特性系數K=21.4的水幕噴頭，根據計算，本碼頭水幕噴頭在額定壓力下的布置間距按1.0m考慮，共布置水幕噴頭75只，每排25只。

5.存在問題及對策

5.1 冷卻范圍面積的計算問題

《新規范》第7.2.8.2條，冷卻范圍計算公式中F=3LB-fmax，其中L為最大艙的縱向長度，而《河港總體設計規范》（JTS166-2020）附錄C中，冷卻范圍公式F=3LPB-fmax，其中LP為貨油艙的許用長度，二者不一致。根據《新規范》第7.2.8條條文，筆者認為冷卻范圍公式F=3LBfmax中的L即為貨油艙的許用長度Lp,由此計算所得的冷卻范圍能夠在保證油倉安全的同時，降低成本。因此建議計算冷卻面積及著火艙面積時根據《河港總體設計規范》（JTS166-2020）附錄C計算。

5.2 前沿水幕噴頭的設置問題

《老規范》和《新規范》均未對水幕噴頭的布置型式進行具體規定。《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2017）要求防護分隔水幕噴頭應布置3排，采用開式噴頭可布置2排，水幕分隔墻的保護寬度不小于6m。從消防安全角度，建議碼頭前沿的水幕噴頭按照多排布置，布置時盡量減小對碼頭作業、船舶系泊及人員通行的影響。

6.結論

油氣化工碼頭消防設計涉及面寬、專業多，做好消防設計是保證油氣化工碼頭消防安全的重要前提。專業設計人員以及油氣化工碼頭安全管理人員，均應熟悉、掌握相關專業知識，進行科學地設計和管理，以利于油氣化工碼頭消防安全。

本文以筆者參與的內河油氣化工碼頭項目為背景，對比分析油氣化工碼頭新、老規范主要條文的不同，提出在油氣化工碼頭消防設計中需要注意的問題，可以為以后內河油氣化工碼頭的消防設計提供借鑒和參考。