水力计算软件在石油化工装置消防水系统中的应用

石油化工装置具有较高的火灾危险性，一旦发生火灾，大量的易燃易爆物品会在极大程度上加快火灾的蔓延，因此，石油化工装置设置的消防设施及消防水系统种类相对较多，包括：稳高压环状管网及室外消火栓系统、室内消火栓系统、水喷雾消防冷却水系统、自动喷水灭火系统等。如此复杂多样的消防水管网系统，既要保证消防设施的供水压力和流量，又要做到经济合理，水力计算尤为重要，水力计算软件具有广泛的工程用途，具有工程管网系统的数值计算、模拟仿真和系统优化等功能。能够使工程管网系统的设计更科学、更合理、更经济、更安全；同时有效地提高设计效率、增加工程收益、降低事故发生率。

一、水力计算软件在消防管网水力计算中的应用

水力计算软件用于消防管网设计的数值计算及模拟仿真，遵循国际公认和常用的各种消防规范（如NFPA 美国消防规范、FOC 英联邦国家消防规范、GB 国标消防规范等），并符合上述规范对各行业消防系统设计的严格而特殊的各种强制性计算和布置要求，同时生成计算书。

（一）工程项目实例

1.项目名称

印度石油公司68 万吨/年聚丙烯项目。

2.稳高压消防水系统概况

稳高压消防水管道沿装置内道路与厂区管网呈环状布置，与厂区交接点4个，干管管径DN500，管网上设置室外消火栓62个，手动消防水炮3个，水力自摇摆水炮10个，塔架炮4个，室内消火栓系统2套，水喷雾消防冷却水系统20套，自动喷水灭火系统2套。稳高压消防水在装置界区交接点处的供水压力为0.8MPa，对于高大框架上的室外消火栓和塔架炮，此压力无法满足要求，为此，在装置内设置消防给水升压泵。

（二）稳高压环状管网计算

根据OISD 116: Fire Protection Facilities for Petroleum Refineries and Oil/Gas Plants，火灾按一处着火考虑，计算消防水量为3203m3/h。

1.计算工况说明

按以下2 中工况计算校核稳高压消防水管网：

（1）1处最危险的区域着火，开启其区域或附近的3套雨淋阀的水喷雾系统，3个水力自摇摆水炮，19个地面消火栓。

（2）1处最危险的区域着火，开启其区域或附近的三套雨淋阀的水喷雾系统，2个塔架炮，3个水力自摇摆炮，9个地面消火栓，2个高架消火栓。

2.计算校核

根据稳高压消防水系统实际布置，在水力计算软件中建立仿真模型和数学模型。

（1）稳高压消防系统界区处共四根进水管，每个工况模拟三个进水管供水。

（2）在任何工况下都考虑调整管径的形式来调整压力，尽量避免使用减压孔板。

（3）主管网的核算按照计算流量3203m3/h的120%，即3843.6m3/h 核算主管管径。

（4）按照最不利点满足0.7MPa的最低工作压力进行核算，计算出界区处4个进水点的压力和管径。主管流速不超5m/s。

（5）泵提升后的管网按照最不利点消火栓满足最小工作压力0.7MPa 核算泵扬程及输水管径。

经反复校核计算，最终确定经济管径。

（三）水喷雾消防冷却水系统计算

水喷雾消防冷却水系统最不利点喷头的最小工作压力0.14MPa，仅在雨淋阀组入口处设置1个减压孔板，采用调整管径的形式来调整压力，最终确定经济管径。其中1套水喷雾消防冷却系统的计算校核结果见下图：

图1 管径（mm）

图2 管段流量（m3/h）

图3 管段流速（m/s）

图4 节点压力（kg/cm2 G）

二、结语与展望

对于布置复杂、工况多样的管网系统，水力计算软件的应用效果是显著的，快速、准确、方便校核优化管道布置，可以在一定程度上节约工程费用，更重要的是极大地节约人工成本，同时出具国际公认的计算书。

在工程设计中，如果把水力计算软件融入绘图和三维模型软件中，使设计、绘图、计算、校核、修正在同一集成环境中进行，计算校核的过程中同步自动修改管道布置信息，最后生成计算书，这对于工程设计人员来说，其工作效率和工作质量将会是一个质的飞跃。