火電廠煙氣脫硝工程液氨儲(chǔ)罐區(qū)消防設(shè)計(jì)

張晶

(中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100035)

0 引言

2011年年初，我國(guó)環(huán)保部頒布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(二次征求意見(jiàn)稿)》。其與2009年頒布的一次征求意見(jiàn)稿相比，在脫硝減排進(jìn)展速度及力度上都有了明顯提高。我國(guó)各電力集團(tuán)和發(fā)電公司也積極響應(yīng)國(guó)家政策，開(kāi)始將脫硝納入電力建設(shè)總體規(guī)劃，新建火電機(jī)組同步建設(shè)脫硝裝置，對(duì)已建機(jī)組逐步進(jìn)行脫硝改造。目前，選擇性催化還原(SCR)法是國(guó)內(nèi)大型燃燒設(shè)備首選煙氣脫硝技術(shù)，而SCR法通常以氨為還原劑，對(duì)氨的需求量非常大。液氨儲(chǔ)罐容積都大于GB 18218—2009《重大危險(xiǎn)源辨識(shí)標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的10 t的氨臨界量，因此，液氨儲(chǔ)罐屬于重大危險(xiǎn)源，其存在最主要的、最嚴(yán)重的危害為火災(zāi)、爆炸(化學(xué)或物理爆炸)及毒物危害。氨屬于乙類化學(xué)品，火災(zāi)危險(xiǎn)性很大，而現(xiàn)行GB 50229—2006《火電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》卻沒(méi)有相應(yīng)的要求，可以參考的GB 50219—1995《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》與GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》又存在不一致的地方，使設(shè)計(jì)人員不好把握。為了配合今后大量脫硝項(xiàng)目的開(kāi)展，迫切需要完善消防規(guī)范。

1 生產(chǎn)工藝流程

火電廠煙氣脫硝工程氨站裝置主要完成液氨卸車、液氨儲(chǔ)罐及液氨氣化輸送3個(gè)工序，氨站采用連續(xù)加熱蒸發(fā)方式對(duì)脫硝裝置供氣態(tài)氨。氨站生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

液氨通過(guò)壓縮機(jī)由槽車卸入液氨儲(chǔ)罐，液氨靠自身壓力進(jìn)入液氨蒸發(fā)器氣化為氨氣，氨氣靠自身壓力送入脫硝工段。

圖1 氨站生產(chǎn)工藝流程

2 液氨的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類

根據(jù)GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》3.0.1 與 3.0.2 條的規(guī)定，氨氣與空氣混合物的爆炸極限是15.7% ～27.4%，屬于乙類可燃?xì)怏w，而且液氨屬于28℃≤閃點(diǎn)≤45℃的乙A類可燃液體。

3 液氨區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

氨區(qū)水噴霧系統(tǒng)的水量計(jì)算主要依據(jù)GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》執(zhí)行，主要設(shè)計(jì)依據(jù)如下:

(1)根據(jù)該規(guī)范8.10.13條的規(guī)定，全壓力式液氨儲(chǔ)罐宜采用固定式水噴霧和移動(dòng)式消防冷卻水系統(tǒng)，冷卻水供給強(qiáng)度不宜小于6 L/(min·m2)，其他消防要求與全壓力式液化烴儲(chǔ)罐相同。

(2)根據(jù)該規(guī)范8.10.5條的規(guī)定，移動(dòng)式消防用水量應(yīng)按罐組內(nèi)最大儲(chǔ)罐的用水量來(lái)確定:當(dāng)儲(chǔ)罐容積＜400 m3時(shí)，用水量不應(yīng)小于30 L/s;當(dāng)儲(chǔ)罐容積≥400 m3且＜1000 m3時(shí)，用水量不應(yīng)小于45 L/s;當(dāng)儲(chǔ)罐容積≥1 000 m3時(shí)，用水量不應(yīng)小于80 L/s。

(3)根據(jù)該規(guī)范8.10.4條的規(guī)定，全壓力式及半冷凍式液化烴儲(chǔ)罐固定式消防冷卻水系統(tǒng)的用水量應(yīng)符合下列規(guī)定:著火罐冷卻水供給強(qiáng)度不應(yīng)小于9 L/(min·m2);距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內(nèi)罐的冷卻水供給強(qiáng)度不應(yīng)小于9L/(min·m2)，著火罐冷卻面積按照其罐表面積計(jì)算，鄰近罐冷卻面積按其半個(gè)罐體表面積計(jì)算;距著火罐1.5倍著火罐直徑范圍內(nèi)的鄰近罐超過(guò)3個(gè)時(shí)，冷卻水量可按3個(gè)罐時(shí)的用水量計(jì)算。

(4)根據(jù)該規(guī)范8.10.7條的規(guī)定，液化烴罐區(qū)的消防用水延續(xù)時(shí)間為6 h，液氨儲(chǔ)罐參照?qǐng)?zhí)行。根據(jù)此條規(guī)定，消防用水延續(xù)時(shí)間取6 h。

目前的脫硝工程最多設(shè)置4個(gè)液氨儲(chǔ)罐，通常為2個(gè)或3個(gè)。每個(gè)氨罐在泄漏危險(xiǎn)大的部位設(shè)置1個(gè)氨泄漏報(bào)警儀，通常設(shè)置在氨罐上部。因?yàn)槊總€(gè)罐都有可能成為著火罐，也都可能成為著火罐的相鄰罐，如果按此條規(guī)范要求，每半個(gè)罐就需設(shè)置1個(gè)獨(dú)立環(huán)路、1個(gè)報(bào)警閥，當(dāng)對(duì)應(yīng)的氨泄漏檢測(cè)儀報(bào)警時(shí)，對(duì)應(yīng)的報(bào)警閥開(kāi)啟，對(duì)應(yīng)的半個(gè)罐的噴頭噴水，從而使管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)變得復(fù)雜。氨泄漏檢測(cè)儀沒(méi)有實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，不知道是否足夠靈敏;若1個(gè)罐設(shè)置1個(gè)可燃?xì)怏w探測(cè)器，因罐之間凈距只有1.7 m，不知道著火罐、相鄰罐的報(bào)警是否可以有效區(qū)分?；谶@些考慮，對(duì)于設(shè)置2個(gè)或3個(gè)罐的工程，只設(shè)置1套報(bào)警閥，工作狀態(tài)時(shí)任何一個(gè)氨泄漏報(bào)警儀報(bào)警后，報(bào)警閥打開(kāi)，所有儲(chǔ)罐的噴頭同時(shí)噴水。此時(shí)的消防設(shè)計(jì)水量按噴水強(qiáng)度9L/(min·m2)、火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按6 h計(jì)算，即:設(shè)置2個(gè)儲(chǔ)罐的工程，2個(gè)儲(chǔ)罐同時(shí)噴水;設(shè)置3個(gè)儲(chǔ)罐的工程，3個(gè)儲(chǔ)罐同時(shí)噴水;當(dāng)設(shè)置4個(gè)儲(chǔ)罐時(shí)，同時(shí)噴水水量過(guò)大，而且規(guī)范允許最多按照3個(gè)罐考慮，因此，按照每個(gè)儲(chǔ)罐1套報(bào)警閥、每個(gè)報(bào)警閥1套環(huán)路進(jìn)行設(shè)置。在工作狀態(tài)下，著火罐的雨淋閥和相鄰罐的雨淋閥同時(shí)開(kāi)啟，由控制專業(yè)配合完成。此時(shí)，計(jì)算消防水量為9 L/(min·m2)，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按6 h計(jì)算，理論上最多3個(gè)儲(chǔ)罐同時(shí)噴水。

(5)GB 50219—1995《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》與GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》關(guān)于設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度和消防用水持續(xù)時(shí)間的對(duì)比見(jiàn)表1。

(6)經(jīng)咨詢化工專家，根據(jù)化工行業(yè)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定液氨儲(chǔ)罐水噴霧系統(tǒng)噴霧強(qiáng)度取9L/(min·m2)，持續(xù)噴霧時(shí)間取6h。

4 消防水量計(jì)算實(shí)例

消防水量計(jì)算以設(shè)置4個(gè)液氨儲(chǔ)罐的工程為例，儲(chǔ)罐水噴霧系統(tǒng)水量按照防護(hù)冷卻計(jì)算。水噴霧系統(tǒng)水量計(jì)算見(jiàn)表2，移動(dòng)水槍(室外消火栓)水量計(jì)算見(jiàn)表3，氨區(qū)消防用水總量見(jiàn)表4。

5 消防排水

根據(jù)GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》5.2.27條，火災(zāi)事故狀態(tài)下，受污染的消防水應(yīng)有效收集和排放。液氨屬于有毒物質(zhì)，它對(duì)人體、土壤、空氣和水源都可造成非常嚴(yán)重的危害。液氨區(qū)應(yīng)收集噴灑時(shí)液氨和消防水的混合液，其中氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%，不能通過(guò)附近的雨水或污水系統(tǒng)而排入市政系統(tǒng)。收集方法通常有2種:一種是氨區(qū)設(shè)置廢水池，廢水池的容積和廢水泵合理匹配，將含氨廢水排到廠區(qū)污水處理站或者在廢水坑暫時(shí)存儲(chǔ);另一種是含氨廢水直接排到廠區(qū)雨水系統(tǒng)，在廠區(qū)雨水管網(wǎng)的總出口設(shè)置廢水池，通過(guò)閥門轉(zhuǎn)換，只排雨水時(shí)，直接排到廠外市政雨水系統(tǒng)，如廠內(nèi)雨水管網(wǎng)遭到污染，由閥門控制排到廢水池收集處理后再排出。

表1 設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度和消防用水持續(xù)時(shí)間的對(duì)比

表2 水噴霧系統(tǒng)水量計(jì)算

表3 移動(dòng)水槍水量計(jì)算

表4 消防用水總量 m3

目前，脫硝工程氨區(qū)設(shè)置有廢水池，但廢水池容積小，通常只有30 m3，只能滿足平時(shí)檢修需要，而且污水泵排污能力不大，一般為每臺(tái)60 m3/h，不能按照消防時(shí)的消防排水流量及時(shí)排除。這樣，勢(shì)必造成消防時(shí)氨區(qū)及附近區(qū)域布滿含氨廢水，廢水滲入附近土壤、流入周圍的雨水系統(tǒng)會(huì)造成環(huán)境污染。現(xiàn)階段，在老電廠脫硝改造工程中布置足夠大的水池受現(xiàn)有場(chǎng)地限制，而設(shè)置足夠大的排水泵，污水處理站的設(shè)計(jì)能力也要重新校核。這些都需要在初步設(shè)計(jì)階段統(tǒng)一考慮。

6 電廠消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

電廠通常以主廠房火災(zāi)危險(xiǎn)性最大，消防水量最大，故消防水泵和消防水池的水量均以主廠房消防要求計(jì)算。消防水池容積一般為800～1 000 m3，主廠房消防設(shè)計(jì)用水量大于氨區(qū)消防用水量，但主廠房火災(zāi)延續(xù)時(shí)間通常為3 h，而氨區(qū)火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為6 h，在延續(xù)時(shí)間內(nèi)主廠房所需的總水量少于氨區(qū)。氨區(qū)消防啟動(dòng)時(shí)，消防水泵流量大于氨區(qū)所需水量，導(dǎo)致水泵工作點(diǎn)左移，使消防系統(tǒng)工作壓力高于設(shè)計(jì)壓力，所以，氨區(qū)需設(shè)置減壓閥以保證實(shí)際工況不偏離設(shè)計(jì)工況。而消防水池水量又不足，不能提供氨區(qū)6 h的消防用水總量。因此，在最不利工況下，電廠消防水池容積不能滿足氨區(qū)消防水量需要。

7 建議

根據(jù)上述分析，建議在修訂《火電廠與變電所設(shè)計(jì)防火規(guī)范》時(shí)，考慮煙氣脫硝工程液氨罐區(qū)的實(shí)際需要，明確脫硝氨區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即明確噴水強(qiáng)度和火災(zāi)延續(xù)時(shí)間，使相關(guān)單位設(shè)計(jì)人員有統(tǒng)一、明確的設(shè)計(jì)依據(jù)，從而在初步設(shè)計(jì)階段就能夠充分考慮氨區(qū)的消防需要，合理配置消防水池和消防水泵，充分考慮氨區(qū)消防排水的處理方案。

［1］中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——給水排水［M］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

［3］GB 50016—2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

［4］GB 50229—2006，火電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

［5］GB 50160—2008，石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

［6］GB 50219—1995，水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.