石化煉油企業(yè)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)解析

孫瑩瑩，付 鈺

(1.葫蘆島市消防支隊(duì)； 2.中石油錦西石化分公司消防支隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125000)

石化煉油企業(yè)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)解析

孫瑩瑩1，付 鈺2

(1.葫蘆島市消防支隊(duì)； 2.中石油錦西石化分公司消防支隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125000)

結(jié)合某煉油化工企業(yè)消防給水系統(tǒng)改造工程，系統(tǒng)解析了石化煉油企業(yè)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的形式、組成和相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，探討了工程實(shí)際中的壓力確定原則、系統(tǒng)供水范圍劃分、設(shè)備選取、參數(shù)選定、材料選取、控制方式等設(shè)計(jì)內(nèi)容，以保證穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的科學(xué)高效安全可靠。

煉油；石油化工；穩(wěn)高壓；消防給水系統(tǒng)

工業(yè)革命以來的兩個(gè)多世紀(jì)，石化能源的開采和冶煉一直是工業(yè)進(jìn)步的巨大推手，在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中石化能源仍然是不可或缺的資源來源，石油在動(dòng)力和工業(yè)原料提供上更是舉足輕重、無可替代。石油的各種中間產(chǎn)品和終端產(chǎn)品的不斷豐富給其冶煉加工不斷提出新的要求，各大煉油化工企業(yè)工藝技術(shù)創(chuàng)新和工藝設(shè)備改造的步伐也隨之突飛猛進(jìn)。在石化煉油廠廠區(qū)的工藝裝置和儲(chǔ)罐設(shè)施不斷向大型化、綜合化發(fā)展的同時(shí)，工程建設(shè)所執(zhí)行的消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在與時(shí)俱進(jìn)同步提高，尤其在增設(shè)了消防水炮、水噴淋等固定式消防設(shè)施后，對(duì)消防給水系統(tǒng)的流量和壓力有了更高要求[1]。本文結(jié)合某煉油化工企業(yè)消防給水系統(tǒng)改造工程，探討穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)。

1 基本情況

筆者從事消防監(jiān)督管理工作的轄區(qū)內(nèi)，有一始建于1939年，具有70余年歷史的煉油石化企業(yè)，恢復(fù)生產(chǎn)于20世紀(jì)50年代煉油工業(yè)催化裂化工藝全面發(fā)展時(shí)期，以加工大慶石油、遼河石油為主，原油直接由管道輸送進(jìn)廠，另有部分進(jìn)口石油及海洋原油，由錦州港上岸，主要產(chǎn)品有汽油、航空煤油、柴油、石油焦等。該廠區(qū)原有的消防給水系統(tǒng)建設(shè)于20世紀(jì)90年代初，給水形式為臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)，隨著給水系統(tǒng)建成近30年來廠區(qū)生產(chǎn)布局和生產(chǎn)裝置的不斷增設(shè)和改造，原有給水系統(tǒng)也在不斷增建改建，目前已不能服務(wù)廠區(qū)的生產(chǎn)，也不符合現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的相關(guān)要求。2015年該企業(yè)計(jì)劃對(duì)所屬煉油化工廠廠區(qū)消防給水系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，將選取設(shè)置穩(wěn)壓水泵的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)與臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)兩種形式并用。生產(chǎn)裝置區(qū)采用設(shè)置穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，辦公區(qū)、生活區(qū)及丁戊類倉儲(chǔ)區(qū)仍沿用原有臨時(shí)高壓給水形式。所有消防水管路均重新規(guī)劃建設(shè)。

該煉油化工廠廠區(qū)現(xiàn)擁有生產(chǎn)裝置14套，每年加工能力650萬噸，廠區(qū)占地面積100萬平方米，廠區(qū)分布以九道口劃界分為東區(qū)和西區(qū)，以中央路劃界分為南區(qū)和北區(qū)。廠東區(qū)建有南蒸餾、北蒸餾、兩套催化、氣分、重整等重要生產(chǎn)裝置；廠西區(qū)建有重油催化、柴油加氫、焦化、聚丙烯、尿素脫蠟、苯乙烯、段燒焦、二甲酯等生產(chǎn)裝置及生產(chǎn)輔助裝置；原料及產(chǎn)品罐區(qū)主要分布在廠南區(qū)地勢較高地區(qū)，主要包括原油罐區(qū)、汽油罐區(qū)、柴油罐區(qū)、煤油罐區(qū)、液化氣球罐區(qū)等；廠北區(qū)主要為生產(chǎn)裝置中間罐區(qū)，包括北油槽罐區(qū)、潤滑油罐區(qū)及苯罐區(qū)等。全廠油品儲(chǔ)罐最大容積為50 000 m3原油罐，共計(jì)2座，為外浮頂罐，分兩處設(shè)置。

現(xiàn)行《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[2](GB 50160-2008)第8.5.1條規(guī)定：大型石油化工企業(yè)的工藝裝置區(qū)、罐區(qū)等，應(yīng)設(shè)獨(dú)立的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，其壓力宜為0.7～1.2 MPa。如何確定系統(tǒng)的具體壓力值，規(guī)范中沒有明確，這個(gè)問題應(yīng)該從穩(wěn)高壓系統(tǒng)壓力的作用來分析確定，即應(yīng)該滿足最不利點(diǎn)各處消防設(shè)施的用水壓力。消防炮、消火栓等消防設(shè)施的工作壓力是根據(jù)其保護(hù)范圍來確定的，工作壓力值一般取0.6～1.2 MPa，過高的壓力對(duì)管網(wǎng)材質(zhì)和施工質(zhì)量是嚴(yán)峻考驗(yàn)，對(duì)管道、閥門的耐壓等級(jí)更會(huì)造成威脅，技術(shù)要求和工程投資也隨之增加。因?yàn)橄琅诤拖鹚ǖ哪蛪旱燃?jí)一般為1.6 MPa，因此規(guī)范規(guī)定壓力值為0.7～1.2 MPa是安全科學(xué)的。

該企業(yè)消防水覆蓋面積達(dá)640萬平方米，呈現(xiàn)服務(wù)范圍廣、維護(hù)量大、管網(wǎng)分布復(fù)雜的現(xiàn)狀?，F(xiàn)有消防系統(tǒng)為20世紀(jì)90年代建設(shè)，電動(dòng)消防泵及電動(dòng)消防穩(wěn)壓泵為普通離心泵，不屬于專用消防泵，其性能要求和使用方法均不能滿足《消防泵》[3](GB 6245-2006)的要求。消防系統(tǒng)管道及設(shè)施無論在高壓或低壓運(yùn)行時(shí)，都存在滲漏問題，高壓運(yùn)行時(shí)滲漏更為嚴(yán)重，系統(tǒng)壓力很難達(dá)到0.7 MPa以上，該企業(yè)每年都需要進(jìn)行大量的管道堵漏、閥門更換、消火栓及消防水炮更新維護(hù)等工作。

2 高壓消防給水系統(tǒng)的形式和組成

高壓消防給水系統(tǒng)按照形式和組成的不同，可以分為臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)、設(shè)置穩(wěn)壓水泵的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)、設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)備的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)和常高壓消防給水系統(tǒng)四種[4]，其各項(xiàng)技術(shù)要求和特點(diǎn)詳見表1。

3 系統(tǒng)供水范圍劃分

劃分系統(tǒng)供水范圍是設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，理想情況當(dāng)然是希望系統(tǒng)供水范圍盡可能大，但是范圍過大將導(dǎo)致消防水泵揚(yáng)程提高，閥門和管道的耐壓等級(jí)提高，這樣反而不利于管網(wǎng)的均衡供水。因此在系統(tǒng)供水范圍劃分上需要綜合考慮節(jié)約占地、減少設(shè)備數(shù)量及減小后期使用中檢修維護(hù)費(fèi)用等多個(gè)因素。

該廠區(qū)占地近100萬平方米，50 000 m3浮頂罐區(qū)是火災(zāi)危險(xiǎn)類別最高和消防設(shè)施配置最全的區(qū)域，系統(tǒng)消防用水量按該區(qū)域各消防設(shè)施同時(shí)開啟所需消防用水總量確定，為400 L·s-1，這也符合《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》表8.4.3規(guī)定的大型裝置消防用水量230～450 L·s-1的數(shù)值范圍，而且接近規(guī)定上限。因?yàn)楝F(xiàn)有工藝裝置區(qū)域布局已經(jīng)成型，給水改造工程管網(wǎng)布局只能依據(jù)現(xiàn)有裝置布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，有些區(qū)域已經(jīng)不能完全做到均衡供水。借鑒以往工程實(shí)例和查閱相關(guān)技術(shù)資料，既要減少在管路壓力過高位置減壓措施的使用數(shù)量，又要減小管路和閥門接口處的泄漏量，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面綜合比較，最后確定系統(tǒng)供水范圍內(nèi)最大壓力不大于1.2 MPa，即消防水泵揚(yáng)程不大于120 m。

4 系統(tǒng)設(shè)備配置

4.1 消防水泵

消防水泵流量的確定原則是水泵流量應(yīng)滿足系統(tǒng)供水范圍內(nèi)的最大消防用水量即設(shè)計(jì)流量。水泵揚(yáng)程確定原則是環(huán)狀管網(wǎng)中如果有一條干管檢修或發(fā)生故障時(shí)，其余干管仍能通過全部消防用水量到達(dá)系統(tǒng)最不利點(diǎn)[5]。水泵數(shù)量確定原則是設(shè)計(jì)流量較小時(shí)設(shè)置兩臺(tái)，一運(yùn)一備；設(shè)計(jì)流量較大時(shí)，設(shè)置三臺(tái)或三臺(tái)以上，兩臺(tái)或兩臺(tái)以上運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺(tái)或一臺(tái)以上備用。同一工程水泵型號(hào)應(yīng)一致。

消防水泵宜選用特性曲線平緩的消防專用泵，因消防水泵開啟幾率小，泵殼和葉輪應(yīng)考慮防止銹蝕問題。本工程針對(duì)400 L·s-1的消防用水量，選取流量為720 m3·h-1的消防泵4臺(tái)，兩臺(tái)電動(dòng)泵工作，兩臺(tái)柴油泵備用。之所以這樣選取，是為了實(shí)現(xiàn)消防泵的兩級(jí)啟動(dòng)，如果選用一運(yùn)一備，那么1 440 m3·h-1流量的水泵驟然啟動(dòng)或者驟然停止，所產(chǎn)生的水錘對(duì)給水管路的沖擊將是非常巨大的，該廠原系統(tǒng)即是大功率水泵一次啟動(dòng)的設(shè)置方式，此次改造對(duì)這種做法進(jìn)行了改進(jìn)。

4.2 穩(wěn)壓水泵

穩(wěn)壓水泵流量選取應(yīng)不小于管網(wǎng)的泄漏量和一支水槍的出水量，揚(yáng)程應(yīng)適當(dāng)小于消防水泵且滿足最不利點(diǎn)的靜壓。設(shè)置2臺(tái)穩(wěn)壓水泵，保證一運(yùn)一備且型號(hào)一致。本改造工程鑒于成型裝置區(qū)內(nèi)已經(jīng)無法做到均衡壓力均衡水量，加之總長35 350 m的管線長度，管網(wǎng)泄漏量不容小視，故選取了2臺(tái)流量為90 m3·h-1，揚(yáng)程為80 m的穩(wěn)壓水泵。這也是本次系統(tǒng)改造沒有選擇穩(wěn)壓泵結(jié)合氣壓罐的穩(wěn)壓形式的重要原因。

穩(wěn)壓泵在有些工程中選取變頻泵，在這個(gè)問題上，筆者實(shí)地考察了兩個(gè)采用變頻泵的超大型石化項(xiàng)目。此種做法是為了管網(wǎng)壓力穩(wěn)定后穩(wěn)壓泵由高頻轉(zhuǎn)為低頻進(jìn)入節(jié)能降耗工況。但對(duì)于消防穩(wěn)壓泵而言，最佳啟動(dòng)應(yīng)該為全壓啟動(dòng)，啟動(dòng)完成后其實(shí)就沒有調(diào)速的必要了，而是應(yīng)該迅速使管網(wǎng)達(dá)到設(shè)定壓力，保證給水系統(tǒng)穩(wěn)高壓工況，因此筆者認(rèn)為采用變頻泵的做法不具有技術(shù)優(yōu)勢。

4.3 安全泄壓設(shè)施和回流管道

安全泄壓設(shè)施是系統(tǒng)的保護(hù)措施，為防止火災(zāi)初期或火災(zāi)較小時(shí)消防水泵開啟且進(jìn)入正常工況，但消防用水量還較小時(shí)可能造成管網(wǎng)超壓，安全泄壓設(shè)施應(yīng)設(shè)置在水泵出水管道上，泄壓后的水回流至消防水池。這樣做既可以用來日常維護(hù)時(shí)測試消防水泵的性能和工況，又可以在泄壓設(shè)施啟動(dòng)時(shí)回流泄壓水?；亓鞴艿郎蠎?yīng)設(shè)置手動(dòng)切斷閥，管徑應(yīng)小于消防水泵出水管徑。

4.4 儲(chǔ)水設(shè)施

廠區(qū)現(xiàn)有10 000 m3專用消防水池1座，7 000 m3生活水池1座，消防水池與生活水池設(shè)有連通管，火災(zāi)時(shí)生活水池可用來補(bǔ)充消防用水。《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.3.2.2條規(guī)定消防水池總?cè)莘e大于1 000 m3時(shí)應(yīng)分隔成2個(gè)，廠區(qū)現(xiàn)有的消防水池建設(shè)于20世紀(jì)80年代，位于廠區(qū)西南地勢較高區(qū)域，從占地到布局已經(jīng)沒有改建和分隔的建筑條件了，生活水池與消防水池的連通可以在供水保障上彌補(bǔ)該項(xiàng)不足。

4.5 管網(wǎng)材質(zhì)

本次改造工程管網(wǎng)材質(zhì)選擇為：直徑大于250 mm的管路使用螺旋縫鋼Q235B，直徑小于250 mm的管路使用無縫20碳鋼，對(duì)所有鋪設(shè)管路進(jìn)行特加強(qiáng)級(jí)防腐。

近年來，鋼骨架增強(qiáng)塑料復(fù)合管這種新型管道材料被廣泛使用，該材料具有耐溫性能好、柔韌性優(yōu)越、熱膨脹系數(shù)小、內(nèi)壁光滑流動(dòng)阻力小等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。但本次改造工程管路長、廠區(qū)歷史久、地質(zhì)條件復(fù)雜、承壓情況多樣，經(jīng)過探討比對(duì)，從經(jīng)濟(jì)和強(qiáng)度兩個(gè)方面考慮本工程采用鋼制管路。

5 控制方式

消防水泵的控制方式分為：現(xiàn)場手動(dòng)(泵房內(nèi)手動(dòng)啟泵、停泵)，遠(yuǎn)程手動(dòng)(控制室手動(dòng)啟泵、停泵)和自動(dòng)(管網(wǎng)壓力信號(hào)連鎖啟泵、停泵)三種。穩(wěn)壓水泵的控制方式分為：現(xiàn)場手動(dòng)(泵房手動(dòng)啟泵、停泵)和自動(dòng)(管網(wǎng)壓力信號(hào)連鎖啟泵、停泵)兩種。

該企業(yè)消防給水系統(tǒng)改造的自動(dòng)控制程序是，正常情況下管網(wǎng)壓力由穩(wěn)壓泵維持在0.8～1.0 MPa的穩(wěn)高壓狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)消防管網(wǎng)的壓力下降，低壓連鎖控制系統(tǒng)啟動(dòng)，依次啟動(dòng)消防水泵。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于0.8 MPa，穩(wěn)壓泵(P-01A)自動(dòng)啟動(dòng)，30 s開啟對(duì)應(yīng)出口電動(dòng)閥，當(dāng)管網(wǎng)壓力低于0.7 MPa時(shí)，穩(wěn)壓泵(P-01B)自動(dòng)啟動(dòng)，30 s開啟對(duì)應(yīng)出口電動(dòng)閥，壓力達(dá)到0.8 MPa時(shí)，停穩(wěn)壓泵(P-01B)，30 s關(guān)閉對(duì)應(yīng)出口電動(dòng)閥，壓力達(dá)到1.0 MPa時(shí)，停穩(wěn)壓泵(P-01A)，30 s關(guān)閉對(duì)應(yīng)出口電動(dòng)閥。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于0.6 MPa時(shí)，自動(dòng)開啟電動(dòng)消防水泵(P-02A)，30 s開啟對(duì)應(yīng)出口電動(dòng)閥，穩(wěn)壓泵停泵，若系統(tǒng)壓力30 s后仍然低于1.1 MPa，增開另外一臺(tái)電動(dòng)消防水泵(P-02B)，30 s開啟對(duì)應(yīng)出口電動(dòng)閥。若停電或者電動(dòng)消防水泵故障時(shí)，手動(dòng)開啟對(duì)應(yīng)的柴油機(jī)消防水泵。

6 結(jié)語

穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的設(shè)置能提高供水速度，提高固定消防設(shè)施的效能，及時(shí)將火災(zāi)在初期階段撲滅或有效控制，從而加強(qiáng)消防系統(tǒng)的防護(hù)能力和應(yīng)急水平。本文依托此項(xiàng)煉油化工企業(yè)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)改造工程，在調(diào)研論證的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)相關(guān)改造技術(shù)要點(diǎn)的思考，系統(tǒng)梳理了穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)要求，探討了壓力確定原則、設(shè)備選取、參數(shù)選定、材料選取等環(huán)節(jié)，科學(xué)選擇系統(tǒng)的形式及組成，合理布局系統(tǒng)供水范圍，選用先進(jìn)優(yōu)質(zhì)設(shè)備材料，合理選取設(shè)備參數(shù)和控制方式，以保證穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)的科學(xué)高效安全可靠。

[1] 唐凱,董希琳,郭其云.我國石油化工消防安全對(duì)策研究[J].武警學(xué)院學(xué)報(bào),2007,23(10):44-47.

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

[3] GB 6245-2006,消防泵[S].

[4] 梅木春.穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)在煉油企業(yè)的應(yīng)用[J].中國給水排水,2010，26(6):49-51.

[5] 陳應(yīng)新.石油化工穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討[J].石化技術(shù),2006,13(3):26-29.

(責(zé)任編輯 李 蕾)

On the Main Technology of Stable High Pressure Fire Water Supply System in the Petrochemical Oil Refining Enterprise

SUN Yingying1, FU Yu2

(1.HuludaoMunicipalFireBrigade; 2.MunicipalFireBrigadeofJinxiPetrochemicalCompanyofPetroChina,Huludao,LiaoningProvince125000,China)

This paper determines the process of numerical investigation on their own, combined with the reconstruction project of fire water supply system in a petrochemical enterprise, detailed analysis of the systematic form, the composition and main technology of petrochemical enterprises of stable high pressure fire water supply system, the selection, the specific form of engineering practice.

oil refining; petroleum and chemical industry; high voltage stability; fire water supply system

2015-03-30

孫瑩瑩(1979— )，女，河北盧龍人，工程師； 付鈺(1971— )，男，黑龍江哈爾濱人，工程師。

TU998.13

A

1008-2077(2015)06-0055-04