石化企业改造项目消防设计探讨

闻路佳

（上海科元燃化工程有限公司，上海 200120）

石化企业改造项目消防设计探讨

闻路佳

（上海科元燃化工程有限公司，上海 200120）

改造项目消防设计不同于新建项目，有其自身特点。首先要了解项目原有的消防设施和消防能力，在确保满足消防规范的要求下，力求节约投资。文章以5×104t/a年造纸添加剂改造项目为例，介绍了在消防设计中遇到的一些问题，并给出了解决方案。

改造项目；水消防；泡沫消防；水喷雾

随着我国经济的高速发展，化工原料及中间体的需求量越来越大，石化企业的新建与扩建改造项目也越来越多。石化企业生产及储运中用到的原料、中间体和最终产品往往多为易燃、易爆品，一旦发生火灾，若不能及时采取有效的消防措施，就会给人民的生命和财产带来巨大损失，同时会造成恶劣的社会危害和影响，如2015年4月的福建古雷PX项目工厂爆炸、2015年7月的山东日照液化烃球罐爆燃、2015年8月的天津大爆炸等等。所以，做好石化企业的消防设计和管理相当重要。

某5×104t/a造纸添加剂改造项目（以下简称本改造项目）是在原有厂房中新增加生产线，其消防设计时既要结合厂区原有的消防设施和能力，又要确保新增项目的消防设施和能力满足规范标准的要求。以下就某改造项目设计中遇到的一些问题提出并给出解决方案，与从事消防的同仁们进行探讨。

1　改造项目概况

某5×104t/a造纸添加剂改造项目（以下简称改造项目）位于山东省境内，规划总占地面积约26 154.4 m2。

该改造项目采用国外先进工艺包技术，根据丁二烯和苯乙烯的不同投料比，生产4种规格的丁苯胶乳，即纸张添加剂。生产工序为原材料储存与储运（包括备料）、聚合、汽提、过滤和调整、成品储存和运输。其工艺技术成熟可靠、原料转化率和产品收率高、能耗低、能有效节约生产成本、污染物排放量少，满足环保排放标准的要求。

改造项目是在原有已建厂房内重新布置生产线及辅助设施，改造后为主厂房及辅助用房，同时新建原料罐区、液化烃罐区、装卸站；该项目主厂房内的聚合反应为火灾危险性最大区域，位于某大型石油化工企业原有厂区内。改造项目的建、构筑物一览表见表1。

表1　改造项目建、构筑物一览Tab. 1 List of buildings and structures

2　消防系统

改造项目的消防设计本着预防为主，防消结合的原则，在设计中根据火灾危险性特点、从预防火灾发生，防止火灾蔓延和消防三方面采取措施，严格遵守现行的国家有关标准规范，保证生产过程防火安全。对于改造项目，其消防设计还要考虑在确保符合现行标准规范的要求合理利用原有消防设施，以提高项目的经济性。该改造项目依据的主要规范有《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）（以下简称《建规》）、《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974—2014）（以下简称《水消规》）、《石油化工企业设计防火规范》（GB 50160—2008）（以下简称《石化规》）、《泡沫灭火系统设计规范》（GB 50151—2010）（以下简称《泡规》）及《水喷雾灭火系统设计规范》 （GB 50219—2014）（以下均简称《喷规》）。

根据规范有关要求，项目各单体消防设施配置如下：

总体： 室外消火栓、消防水炮（用于主厂房）；

主厂房：室内消火栓、消防竖管、灭火器；

辅助用房：室内消火栓、灭火器；

液化烃罐区：水喷雾灭火系统、灭火器；

原料罐区：泡沫灭火系统、灭火器。

2.1火灾次数确定

根据《建规》及《水消规》第3.1.1条，改造项目占地面积为26 154.4 m2，小于1×106m2，厂区同一时间内的火灾起数按1起确定，所需消防用水的设计流量应按需要同时作用的各种水灭火系统最大设计流量之和确定，且应按合用消防给水系统的各子项中设计流量最大者确定［1-2］。

2.2水消防系统设计

对于改造项目，除了新建建筑物、构筑物的消防设计流量需要计算之外，还需重新核算现有建筑物、构筑物的消防设施，其一是由于现有建筑物、构筑物的火灾危险类别可能因用途的改变而造成消防设计流量的变化；其二是由于标准规范的更新，即便是同一火灾类别下同样规模的建筑物、构筑物，其消防设施规定的相关要求也可能会发生变化。改造项目在设计时，正值《建规》、《喷规》的版本更新以及《水消规》的发布，故在工程设计中要牢牢抓住现行规范中修改或新增的内容，诸如消防水量变化、室内消火栓栓口动压限值、各种消防给水系统的定义等等，照实执行，以保证项目能确实满足现行规范的要求。

2.2.1主厂房消防水量确定

主厂房原为一座封闭的丙类车间，根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2006）（现已作废），其室内消火栓设计流量仅为5 L/s。改造后主厂房左侧为敞开式的甲类车间，中间为封闭的丙类车间，右侧为封闭式预留丙类车间。按照《水消规》第3.3.2条及3.5.2条规定，主厂房的室内消火栓设计流量应取甲类及丙类厂房室内消火栓设计流量两者中的较大值，即20 L/s。故主厂房的室内外消火栓总消防设计流量为45 L/s［2］。而敞开式的甲类车间部分实为装置区，三面无墙，高度大于15 m，按照《石化规》第8.6.1条及8.6.5条，设置消防水炮及半固定式消防给水竖管［3］。主厂房消防设计流量按150 L/s考虑。

2.2.2罐区消防冷却水水量确定

罐区属于新建设施，其消防设计按现行的标准规范要求执行。

（1）原料罐区

原料罐区设7个储罐，均为固定顶罐。根据《水消规》第3.4.2条，其移动式消防冷却水水量应按最大罐组确定［2］。

原料罐区平面布置图见图1。

图1　原料罐区平面布置Fig.1 Raw materials tank farm layout

最大罐组组成：

着火罐：直径8 m，H=8 m，1个；

相邻罐：直径3 m，H=4.8 m，1个。

供给强度：

着火罐：0.8 L/s·m；

相邻罐：0.7 L/s·m。

冷却流量：

着火罐：π·D· q=20.10 L/s；

相邻罐：0.5·π·D·q=3.30L/s。

总移动式冷却水流量为23.40 L/s

（2）液化烃罐区

液化烃储罐区设2座丁二烯球罐，均为全压力、半冷冻式储罐，容积均为400 m3。根据《水消规》第3.4.5条，其室外消火栓设计流量按罐组最大单罐确定，为45 L/s；其固定冷却水系统的喷水强度为着火罐9 L/（min·m2），相邻罐9 L/（min·m2），设计流量按80 L/s计［2］。

2.2.3消防水量

项目各建筑物、构筑物及罐区水消防设施的用水量见表2及表3。

表2　建筑物、构筑物水消防设施的用水量Tab. 2 Fire fighting water consumption of buildings and structures

表3　罐区水消防设施的用水量Tab.3 Fire fighting water consumption of tank farm

由上表可知，项目发生险情时最大消防水流量发生在主厂房，消防设计流量为150 L/s；最大消防用水量发生在液化烃罐区，一次灭火消防水量为2 700 m3。

2.2.4消防供水系统设计

对于早期建造的老厂区，随着消防相关规范的日渐完善，其原有的消防供水系统有时不能满足现行新规范的要求，故在做改造项目时，应重视对原有消防供水系统的校核与完善。

改造项目所涉及的消防系统包括室内、外消火栓、消防水炮和水喷雾系统等。同时考虑现有厂区内其他装置对消防水压要求较高，不宜采用低压消防给水系统，且厂区周围并无高压水系统管线及高位水池，无法采用常高压消防给水系统，故采用临时高压消防给水系统。

（1）原有消防水系统现状

改造项目红线范围内没有消防泵房，厂区现有独立的消防泵房及消防水池位于整个厂区北侧，现有消防环网总管径为DN300。

现有消防水池2座，总有效容积为5 000 m3。

现有消防泵房内有消防水泵3台，2开1备，每台水泵流量60 L/s，扬程80 m，但未设置稳压泵。

（2）新改造消防系统

现有消防水池总有效容积能够满足本项目的消防用水总量需求，故改造项目的消防水源可利用现有消防水池。

为满足本改造项目消防用水的水量及水压需求，需在现有泵房内拆除原有消防水泵及其基础，重新灌制新的基础并预留地脚螺栓孔，再安装更新的消防水泵，同时增加稳压装置（包括稳压泵及稳压罐），用于维持临时高压消防给水系统的充水和压力。拟设消防主泵3台，均为电泵，2开1备；稳压泵2台，均为电泵，1开1备，有效储水容积不小于150L的稳压罐1个。新设计的消防设备一览表详见表4。

消防泵启动方式采用设置在消防总管网上的压力开关自动启动，压力开关控制要求如下：

总管压力超过0.90 MPa时，稳压泵停泵；

总管压力下降到0.65 MPa时，稳压泵启动；

总管压力下降到0.50 MPa时，启动1台消防主泵；

总管压力下降到0.35 MPa时，再启动另1台消防主泵。

表4　消防设备一览Tab.4 List of fire fighting equipments

2.3泡沫灭火系统的设计

2.3.1原料罐区

本改造项目原料罐区中储存有四类火灾危险性物质，可溶性及水溶性均不同，储存物料及储罐情况一览详见表5。

表5　储罐情况一览Tab.5 List of tanks

2.3.2泡沫灭火系统确认

丙烯腈储罐为罐壁高度小于7 m且容积小于2 00 m3的非水溶性可燃液体储罐，根据《石化规》第8.7.3条，其可采用移动式泡沫灭火系统保护［3］；但根据《泡规》第4.2.2条表4.2.2-2，丙烯腈属于水溶性液体，丙烯腈储罐的泡沫灭火系统需按12 L/（ min·m2）的供给强度设计［4］。为符合规范规定，同时原料罐区中其他储罐也设有半固定式泡沫灭火系统，为考虑管理方便，丙烯腈储罐设置半固定式泡沫灭火系统。

除碱液储罐及t-DDM储罐外，其余各储罐根据性质均设半固定式泡沫灭火系统。系统采用4套PCL4和1套PCL8立式泡沫产生器，6 %抗溶性泡沫液，供给强度分别为12 L/（ min·m2）和5 L/（ min·m2），连续供给时间为45 min，泡沫液由消防车供给［4］，高压消防水由室外消火栓供给。对于水溶性液体储罐，罐内还需设置与立式泡沫产生器相配套的泡沫产生器降落槽。带闷盖的管牙接口安装在防火堤外，距地面700 mm高。

2.3.3泡沫管选材及布置

半固定式泡沫灭火系统的工作压力为0.7 MPa，泡沫混合液管道为压力管道。一方面，相比起塑料管，钢管的韧性、机械强度、抗烧等性能均可保证系统的安全可靠；另一方面，由于泡沫混合液管道仅在事故状态下充满，平时均为干管，若不考虑防腐，管道内壁会因锈蚀而脱落，堵塞管道及泡沫产生器，容易造成事故时不能及时消防。因此，泡沫混合液管道选用了内外壁热浸镀锌钢管，避免出现管道腐蚀，以保障系统在事故状态下能有效运作。

在设计半固定式泡沫灭火系统时，其配管布置应以管道接口靠近防火堤、尽量减少管道敷设长度、避免过多的转向为原则，既可以降低充水时的管道水损，同时也可以节省部分造价；在设计过程中应充分及时地与等相关专业协调，避免碰撞，预留必要的检修通道。

2.4水喷雾灭火系统设计

2.4.1液化烃罐区

液化烃储罐区设2座丁二烯球罐，均为全压力、半冷冻式储罐，容积均为400 m3，公称直径均为9.2 m。2座球罐之间的间距为9.2 m。根据《水消规》 及《喷规》的规定，2座球罐均设固定式水喷雾系统［2， 5］。

2.4.2设计流量确定

水喷雾系统的设计流量一般可按强度与保护面积的乘积确定。按《喷规》要求，固定式水喷雾系统着火罐及邻近罐的设计喷雾强度均为9 L/（ min·m2），着火罐冷却面积按其罐体表面积计算，邻近罐冷却面积按其半个罐体表面积计算，系统持续喷雾时间为6 h［5］。

但在工程设计实践中，由于受喷头型号及其与保护对象之间的距离等因素影响，水喷雾灭火系统的喷头数量并不能简单地用理想设计流量除以单个喷头的额定流量去确定。除应满足保护强度的要求外，还要注意对于罐体的保护不能有空白点。另外，储罐的阀门、液位计、安全阀等也需设水喷雾喷头保护，所以水喷雾灭火系统实际的喷头数量会超出理想状态下的喷头数量，而实际计算流量也会比理想设计流量大。如果在设计时直接采用理想设计流量，计算得出的消防用水量就会偏小。

一座丁二烯球罐的理想设计流量与实际计算流量的计算分别如下：

（1）理想设计流量

设计喷雾强度：9 L/（ min·m2）

罐体表面积： S=4πR2=4π4.72=277.5 m2

理想设计流量： Q=q×S/60=9×277.5/60

=41.6 L/s

（2）实际计算流量

本改造项目根据标准规范要求及工程实际经验布置喷嘴，分6层布置喷头，总计56个。喷头工作压力为0.35 MPa，K系数为28。

通过水力计算得到设计计算流量为53 L/s，大于理想设计流量。此时的设计喷雾强度为：11.46 L/（ min·m2）。

考虑到火灾时，邻近罐需开启半个罐体的水喷雾系统，故水喷雾系统按南北半球布置。液化烃罐区固定式水喷雾系统设计流量按80 L/s设计，一次灭火用水量为1 728 m3。

2.4.3探测系统

水喷雾系统采用传动管探测火灾，传动管通常分为液动传动管及压缩空气传动管。采用液动传动，其管道在低温环境存在结冻现象，为避免结冻需采取保温伴热措施，使得造价费用升高。

改造项目位于山东地区，虽不属于严寒及寒冷区域，但在冬天时最低温度也会接近零下10 ℃，在室外明露的充水管道易产生结冻，出于经济性的考虑，系统采用气体传动管探测火灾。

系统雨淋阀设在位于防火堤外的新建雨淋阀间内，冬季时利用空调采暖，达到室内温度不低于5 ℃的要求。

气体传动管平时压力为0.3 MPa，传动管压力下降后联动干式传动启动器启动，水流入系统侧管道，同时进入报警阀接口，启动系统报警装置。

3　结语

改造项目的消防设计有其自身特点，在实际设计过程中，不仅需要严格遵守现行各种相关规范的有关规定，做到安全可靠；同时也应充分考虑原有的消防设施情况，调研熟悉现有消防设施状况，掌握改造后的相关要求，按适用的标准规范核算消防能力，做到既符合消防安全要求又具有经济合理性。

［1］GB 50016—2014， 建筑设计防火规范［S］.

［2］GB 50974—2014， 消防给水及消火栓系统技术规范［S］.

［3］GB 50160—2008， 石油化工企业设计防火规范［S］.

［4］GB 50151—2010， 泡沫灭火系统设计规范［S］.

［5］GB 50219—2014， 水喷雾灭火系统设计规范［S］.

［6］GB 50140—2005， 建筑灭火器配置设计规范［S］.

Discussion of Fire-fighting Design for Reform Projects in Petrochemical Enterprises

Wen Lujia
（Shanghai Keyuan Gas & Chemical Engineering Design Co.， Ltd， Shanghai 200120）

Fire-fighting design for reform project， which has own characteristics， is different from that for new project. When it is carried out， the original fire-fighting facility and capacity are needed to check first. Under the premise that all fire-fighting requirements are ensured to meet， the investment then is saved as far as possible. In this article， exampled with reform project for 50000 ton/a additive used in paper industry， some problems encountered in fire-fighting design were introduced， and at the same times the solutions were also presented.

reform project； fire-fighting by using water； extinguishing with foam； water spay

TQ 086.1

A

2095-817X（2016）03-0013-005

2016-03-22

闻路佳（1989—），女，从事给排水及消防设计工作。