油气田站场干粉灭火器配置优化方法∗

闫东东 苗春光 中国石化华北分公司石油工程技术研究院

油气田站场干粉灭火器配置优化方法∗

闫东东 苗春光 中国石化华北分公司石油工程技术研究院

油气装置区主要包括工艺管线、储罐、加热炉等装置，存在天然气、原油、甲醇等易燃易爆物质，有着极大的火灾爆炸风险。根据装置区面积、危险等级、火灾类型等参数，计算其灭火级别。从灭火器保护距离、单具灭火器最小灭火级别、灭火器最低配置基准、总费用四个角度综合研究得出多解方程最优解（灭火器数量）。以某油气田采气厂八号集气站装置区为例，计算灭火器最优配置方案，计算得出配备17具5 kg干粉灭火器更为经济合理。优化油气田站场灭火器配置数量，既能满足油气站场灭火需求，又能实现降本增效的最佳效果，对其他油气站场的干粉灭火器配置具有较高的参考价值。

油气站场；干粉灭火器；优化配置；保护距离；灭火级别

油气站场生产、储存、使用大量的易燃易爆物质，存在较大的火灾爆炸风险，需要配置消防器材。干粉灭火器作为油气火灾发生初期的主要消防器材，灭火效果好，速度快，操作简单，应用范围广，适用于固体火灾、液体火灾、气体火灾等多种火灾类型的扑救，在国内油气站场使用较为普遍。

《石油天然气工程设计防火规范（GB 50183）》和《建筑灭火器配置设计规范（GB 50140）》对生产区域油罐区、装卸平台等部分场所灭火器配置数量作了具体规定，但是对于装置区却没有可操作性较强的计算规则，仅要求执行《建筑灭火器配置设计规范（GB 50140）》中相应规定。而《建筑灭火器配置设计规范（GB 50140）》中不同型号干粉灭火器灭火级别与灭火器质量不成正比，且灭火级别跨度较大，工程设计时为了回避设计风险，通常将站场消防设计提高若干级别，存在灭火器配置浪费的情况。另外油气站场中部分灭火器（如常见的35 kg推车式干粉灭火器）在规范中没有给出灭火级别，在工程设计时只能套用低一个标准的灭火等级，也会导致灭火器配置的浪费。

1 计算单元的划分

按照可燃物质可能发生的泄漏区域以及可燃物质泄漏后发生的区域来划分计算单元。防火分区之间的防火墙、防火门或防火卷帘可能会直接阻碍灭火人员携带灭火器通过，并影响灭火器的保护距离；而楼梯则会增加灭火人员携带灭火器上下楼层赶往着火点的反应时间，也有可能因此而失去灭火器扑救初期火灾的最佳时机，故计算单元不应跨越防火分区和楼层，只能局限在一个楼层或一个水平防火分区之内。对危险等级和火灾种类均相同的各个场所，只要它们是相邻的并同属于一个楼层或一个水平防火分区，那么就可将这些场所组合起来作为一个计算单元来考虑。如集气站多个甲醇罐区组成的罐区存在防火堤，罐内液体流出后不会外溢，故应列为一个计算单元。存在公共走廊的宿舍、办公室也应该列为一个计算单元。若某一灭火器配置场所，当其危险等级和火灾种类有一项或二项与相邻的其他场所不相同时，都应将其单独作为一个计算单元来考虑。

结合油气站场实际，建议将站场划分为配电室、储罐区、工艺泵房、装置区、其他部分等若干计算单元。装置区灭火器数量计算是各个单元计算中较为复杂的部分，本文重点分析装置区灭火器数量计算方法，其他地区可参考装置区计算。

2 灭火器配置数量优化方法

油气装置区主要包括工艺管线、储罐、加热炉等装置，存在天然气、原油、甲醇等易燃易爆物质，有着极大的火灾爆炸风险。根据装置区面积、危险等级、火灾类型等参数，按以下公式计算其灭火级别

式中Q为单元灭火级别；K为综合调整系数；S为计算单元保护面积；U为单位灭火级别保护面积。按照《建筑灭火器配置设计规范（GB 50140）》中的条文补充说明，保护面积按建筑面积计算。

下面是从灭火器保护距离、单具灭火器最小灭火级别、灭火器最低配置基准、总费用四个角度综合研究得出的多解方程最优解（灭火器数量）。

2.1 从灭火器保护距离角度计算

按照《建筑灭火器配置设计规范（GB 50140）》要求，火灾区域的每个点均应处于灭火器最大保护距离之内，对于设置点数并无明确的计算方法。经过分析，每个保护区域至少要设置一个灭火器设置点，才能保证覆盖到站场各角落，灭火器保护距离示意图见图1。

对于一个固定计算单元，X和Y值均为固定值，S值由灭火器型号决定。将不同级别灭火器保护距离代入公式得到多解方程式

图1 灭火器保护距离示意

式中N2为灭火器设置点数；表示小数部分向上取整；变量S为最大保护距离；X为计算单元横向长度；Y为计算单元纵向长度；横向需要设置的点数区间应为，纵向为

2.2 从单具灭火器最小灭火级别角度计算

在式（1）计算出单元灭火级别的基础上，按照不同灭火器的灭火级别，将ABC1型、ABC2型、ABC3型、ABC4型灭火器灭火级别分别代入公式，得到多解方程式

式中N3为灭火器配置数量。

2.3 从灭火器最低配置基准角度计算

按照《建筑灭火器配置设计规范（GB 50140）》要求，计算单元内的灭火器需要符合配置基准，见表1。

表1 危险场所单具灭火器最低配置基准

2.4 从总费用角度计算

配置所有灭火器的费用

式中N为第k类干粉灭火器的数量，总共有n项。

2.5 多解方程最优解计算

通过以上分析，根据不同情况，结合各种费用计算方法，利用公式（1）、（2）、（3）计算得出多解方程最优解。

首先，配置的干粉灭火器需要满足表1要求。其次，进行配置数量N3与点数N2的比较。因灭火器配置数量必须满足大于等于灭火器设置点的数量以及规范中每个设置点数配置数量小于等于5具的要求，故应有N3数值介于N2～5N2之间。

若N3小于N2，说明灭火器配置规格过大，在满足设置点数的条件下，配置的灭火器级别必然超过站场灭火级别，存在配置浪费情况，此时的灭火器级别不建议选取，如必须在此区间取值，则应选择等于N2值。

若N3大于5N2，说明选取的灭火器配置级别过低，会出现一处地点灭火器配置多于5具的情况，则不应选取。

当N3数值介于N2～5N2之间时，则为符合要求区间。如果仅存在一个解，则为最优解，否则需要参考灭火器价格用式（4）计算最优解。

2.6 一些特殊点处理

《石油天然气工程设计防火规范（GB 50183）》对一些特殊点做了要求，如原油储罐、装卸平台等区域应遵循专门的规定，这些点的设置需要补充到配置当中。

（1）甲醇罐区、油罐区。《石油天然气工程设计防火规范（GB 50183）》中“8.9.2当设有固定式或半固定式消防系统时，固定顶罐配置灭火器可按应配置数量的10%设置，浮顶罐应按配置数量的5%设置。当罐组内储罐数量超过2座时，灭火器数量应按其中2个较大储罐计算确定；但每个储罐配置的数量不宜多于3个、小于1个手提式灭火器，所配灭火器应分组布置；露天生产装置应按配置数量的30%设置。”这里的配置数量应指式（1）中K=1的情形。

（2）装卸平台。《石油天然气工程设计防火规范（GB 50183）》中“8.7.3火车、汽车装卸液化石油气栈台宜设置消防给水系统和干粉灭火设施。”但是未给出配置数量，此时需要参考其他规范。《石油化工企业设计防火规范（GB 50160）》中“8.9.4可燃气体、液化烃和可燃液体的铁路装卸栈台应沿栈台每12 m处上下各分别设置2个手提式干粉型灭火器。”本着一用一备和重量适中的原则，建议装卸平台处设置2具8 kg灭火器。

（3）压缩机房。《石油天然气工程设计防火规范（GB 50183）》中“8.9.4天然气压缩机厂房应配置推车式灭火器。”但是未给出配置数量，这里可以通过费用比选的方法在推车式灭火器当中选择费用最低方案。

3 优化实例

以某油气田采气厂八号集气站装置区为例，实际配有5 kg干粉灭火器10具、10 kg干粉灭火器11具、20 kg干粉灭火器4具、50 kg干粉灭火器2具，该计算单元是露天高危B类火灾场所，尺寸X、Y为50 m×50 m，K取0.3，计算灭火器最优配置方案。将不同灭火器灭火级别和保护距离代入公式（1）、（2）、（3）、（4），经计算得到多个解。

由表1最低配置标准得知，最小应配置89B级别灭火器，即灭火器重量应大于等于5 kg，故MF/ ABC1、MF/ABC2、MF/ABC3、MF/ABC4型号灭火器均不应选用。可以选择MF/ABC5、MF/ABC6、MFT/ABC20、MFT/ABC50、MFT/ABC100和MFT/ ABC125五种灭火器。从《建筑灭火器配置设计规范（GB 50140）》附表A.0.1和A.0.2可知，因MF/ ABC5型比MF/ABC6型重量轻，而灭火级别均为3A/89B，不建议选择MF/ABC6。同理MFT/ABC100和MFT/ABC125重量大且灭火级别与MFT/ABC50均为297B，不建议选择。由此可以选择MF/ ABC5、MFT/ABC20和MFT/ABC50三种方案，经市场询价，5 kg干粉灭火器市场价格为85元/具，10 kg干粉灭火器价格为158元/具，20 kg干粉灭火器价格为570元/具，50 kg干粉灭火器价格为850元/具。计算得出，本实例中选择配备17具5 kg干粉灭火器方案更为经济合理。

4 结语

从灭火器保护距离、单具灭火器最小灭火级别、灭火器最低配置基准、总费用四个角度进行综合研究，将站场面积、修正系数、灭火器保护距离、灭火器灭火级别、单台灭火器费用分别代入公式（1）～（4），可知灭火器数量存在最优解。

根据当前消防技术的发展趋势，在较长时期内油气站场消防力量仍需依靠大量干粉灭火器等基础灭火器材，而实际油气站场存在很大干粉灭火器配置优化空间，本文所述优化配置方法对其他油气站场的干粉灭火器配置具有一定的参考价值。为达到既能满足油气站场灭火需求，又能实现降本增效的最佳效果，消防管理和技术人员需在消防器材选型、配备数量等方面进行优化研究，辅助以完善的运行维护流程，并在实践中不断总结经验，加强技术改进，这样才可提高我国油气站场的消防能力。

（栏目主持樊韶华）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.030