消防模擬實訓設施燃料供應系統工藝技術優化研究

摘要：目前，國內危險化學品應急救援基地的建設還處于初步發展階段，在國家危險化學品應急救援（實訓）濮陽基地的設計施工過程中遇到了一些問題，通過常規燃料供應系統工藝優化研究，提出了采用“補氮增壓外輸”工藝的節能型燃料供應系統工藝流程，旨在實現燃料丙烷不啟泵增壓外輸，降低丙烷增壓泵啟停頻率，減少丙烷氣化放空量，起到節能降耗的效果。

關鍵詞：實訓基地；真火模擬；燃料供應；丙烷

消防安全關乎人民群眾生命財產安全與社會穩定，消防模擬實訓是提升消防人員專業技能與應急處置能力的重要途徑。在消防模擬實訓設施中，燃料供應系統作為模擬火災場景、保障實訓效果的關鍵部分，其工藝技術至關重要。中石化中原石油工程設計有限公司參建的國家危險化學品應急救援（實訓）濮陽基地（以下簡稱“濮陽實訓基地”）集中資源，強化和突出石油化工、高含硫油氣、煤化工、電氣火災等實訓演練設施建設，該項目于2019年建成投產，優化了燃料供應系統，使消防模擬實訓設施的真火效果更加逼真，有效提高了消防應急救援實訓效果，為消防模擬實訓設施燃料供應系統的升級改造提供參考。

1 消防模擬實訓設施概述

消防模擬實訓設施真火模擬系統的燃燒點設置在燃燒裝置特定位置，燃燒介質為丙烷；為實現其燃燒過程并確保燃燒效果真實，用以模擬燃燒的燃燒裝置采用高壓噴嘴燃燒器作為載體，此種燃燒器具有燃燒逼真、火焰長度大的特點。為確保燃燒效果，此燃燒器采用組合式結構，能夠形成大面積的燃燒效果[1]。同時為實現模擬燃燒過程的真實性，燃燒過程分為完全可視性燃燒至無焰段燃燒的過程，用以模擬介質壓力變化的過程[2]。

真火模擬系統除上述燃燒裝置外，主要由供氣系統、點火系統、安全系統、冷卻系統及智能燃燒傳感系統組成。

燃料供應系統將燃料通過供氣主管網供應給真火模擬系統，經支管線向供氣系統及點火系統供氣，再經智能燃燒傳感系統的控制實現燃燒過程，其工藝流程示意圖見圖1。

2 常規燃料供應系統工藝與分析

2.1" 常規燃料供應系統工藝流程

常規燃料供應系統工藝分為卸車流程和外輸流程：

2.1.1" 卸車流程

卸車時，將卸車臂氣液兩相接管連接到丙烷槽車上，啟動丙烷卸車泵對丙烷儲罐進行充裝，當丙烷儲罐液位計高報或卸車完成時，關停丙烷卸車泵。

2.1.2" 外輸流程

外輸時，儲罐中丙烷通過外輸增壓泵A/B，增壓外輸至調壓裝置，再輸送至各真火模擬設施用氣點，當用火點丙烷用量較小時，增壓泵A/B最小操作流量下剩余丙烷通過回流管線進入丙烷儲罐。工藝流程示意圖見圖2。

2.2" 常規燃料供應系統工藝技術現狀

2.2.1" 燃料增壓泵回流量大，導致裝置運行能耗高

濮陽實訓基地真火模擬設施各用火點燃料丙烷用量在0.45～34m3/h，所有用火點同時全部運行時，燃料丙烷的需求總量達68m3/h，任意組合運行工況間，燃料丙烷需求量變化浮動較大。為縮小增壓泵的操作范圍，丙烷增壓泵選用2臺排量為35m3/h、揚程為340m的離心泵，當用火點丙烷用量＜35m3/h時，啟動1臺增壓泵（該工況下增壓泵為1用1備），當丙烷用量≥35m3/h時，啟動2臺增壓泵。

在真火模擬設施實際運行過程中，一方面，由于各用火工況丙烷流量變化范圍較大，丙烷增壓泵長時間偏離最佳效率點運行，泵效率較低，能耗增加；另一方面，當各用火點燃料丙烷需求總量遠低于增壓泵最小適用流量時，為滿足小流量用火點燃料丙烷的供應，丙烷增壓泵需通過增大回流量的方式實現，泵運行效率低，能耗高。

2.2.2" 丙烷回流工況運行頻繁，造成丙烷氣化放空量大

常規燃料供應系統各用火點燃料丙烷需求量變化范圍較大，丙烷增壓泵回流工況運行頻繁，在此工況下，丙烷經反復增壓回流，溫度升高，導致丙烷氣化量大，放空量增加，造成資源浪費。

3 燃料供應系統工藝技術優化研究

3.1" 燃料供應系統工藝流程

針對常規燃料供應系統中丙烷增壓泵回流量大導致的裝置運行能耗高、丙烷回流工況運行頻繁造成的丙烷氣化放空量大的問題，通過工藝路線優化調整，采用“補氮增壓外輸”工藝的節能型燃料供應系統工藝流程，實現燃料丙烷不啟泵增壓外輸，進而減少丙烷增壓泵運行時間，起到節能降耗的效果。

節能型燃料供應系統主要設備有1套丙烷卸車橇及2套丙烷供應橇，其中丙烷供應橇主要包含1座20m3丙烷儲罐、1座20m3丙烷緩沖罐、2套丙烷卸車增壓泵。在常規燃料供應系統工藝的基礎上，節能型工藝中1座丙烷儲罐作為丙烷緩沖罐，丙烷增壓泵同時作為丙烷卸車泵使用。節能型燃料供應系統工藝同樣分為卸車流程和外輸流程：

3.1.1" 卸車流程

卸車時，將卸車臂氣液兩相接管連接到丙烷槽車上，啟動丙烷卸車/增壓泵對丙烷儲罐進行充裝，當丙烷儲罐液位計高報或卸車完成時，關停丙烷卸車泵。

3.1.2" 外輸流程

丙烷儲罐充裝完成后，采用丙烷卸車/增壓泵將丙烷儲罐中的燃料充裝至緩沖罐，丙烷緩沖罐在充裝之前，首次氮氣置換并進行氮氣沖壓，經核算，當緩沖罐內氮氣壓力保持為0.85MPa（G）時，可實現丙烷液位在40%～60%之間對應的緩沖罐內壓力為1.60～1.30MPa（G）之間。

丙烷緩沖罐充裝時，壓力控制在1.30～1.60MPa（G）之間，當丙烷緩沖罐的壓力低于1.30MPa（G）或液位低報時，啟動丙烷卸車/增壓泵對丙烷緩沖罐進行充裝；當丙烷緩沖罐的壓力升至1.60MPa（G）、液位計高報時或丙烷儲罐液位低報時，關停丙烷增壓泵。

燃料丙烷外輸時，通過丙烷緩沖罐的自身壓力，將丙烷燃料壓送至調壓裝置，再輸送至各真火模擬設施用氣點。在此過程中，丙烷緩沖罐壓力在1.30～1.60MPa（G）之內，無需啟動丙烷卸車/增壓泵。工藝流程見圖3。

3.2" 節能型燃料供應系統技術特點與優勢

3.2.1" 降低燃料增壓泵啟停頻率，提高裝置運行穩定性

新工藝的技術關鍵是燃料丙烷外輸時，采用補氮增壓外輸工藝，通過丙烷緩沖罐的自身壓力，實現燃料丙烷不啟泵增壓外輸，進而減少丙烷增壓泵運行時間及啟停頻率，降低能耗，提高裝置運行穩定性。

3.2.2" 避免丙烷回流操作，減少丙烷氣化泄放量

新工藝燃料丙烷外輸時，無需通過丙烷回流控制外輸流量，在減少丙烷氣化泄放量的同時，節約丙烷資源并降低運行能耗。

3.2.3" 流程簡化、節約投資

在常規燃料供應系統工藝的基礎上，節能型工藝中，丙烷增壓泵同時作為丙烷卸車泵使用，無需單獨設置丙烷卸車泵，簡化了工藝流程，節約了投資。

3.3" 節能型燃料供應系統工程應用與實施效果

節能型燃料供應系統在國家危險化學品應急救援（實訓）濮陽基地實施應用，解決了常規燃料供應系統丙烷增壓泵啟停頻率高、回流量大、能耗高、燃料丙烷氣化放空量大等問題，同時簡化了工藝流程，提高了裝置運行穩定性，并節約了投資。

4 結束語

通過燃料供應系統工藝優化研究，采用補氮增壓外輸工藝的節能型燃料供應系統工藝流程，實現燃料丙烷不啟泵增壓外輸，進而減少丙烷增壓泵運行時間，并避免因丙烷回流量大而引起的丙烷氣化放空量大的問題，起到節能降耗的效果。較常規燃料供應系統，消防模擬實訓設施燃料供應系統丙烷供應穩定，模擬真火具有燃燒逼真、火焰長度大的特點，為確保燃燒效果，通過燃料供應系統與燃燒器組合結構，形成大面積的燃燒效果，提高消防應急救援實訓成果。

參考文獻

[1]李善誠.石油化工真火模擬訓練裝置池火模擬效果評價[J].消防科學與技術，2021，40（3）：398-401.

[2]王向陽，張建強，劉冬林，等.石油化工模擬真火訓練系統的優化設計[J].今日消防，2019，4（4）：14-15.