液化烴球罐響應(yīng)時(shí)間探討

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193）

化工企業(yè)中液化烴一般以球罐作為儲(chǔ)存設(shè)施。對(duì)于液化烴罐區(qū)的消防設(shè)計(jì)，《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008(以下簡(jiǎn)稱《石化規(guī)》)要求“應(yīng)設(shè)置消防冷卻水系統(tǒng)，并應(yīng)配置移動(dòng)式干粉等滅火設(shè)施。當(dāng)球罐單罐容積大于等于1000m3時(shí)，應(yīng)設(shè)置固定式水噴霧系統(tǒng)及移動(dòng)式消防冷卻水系統(tǒng)。當(dāng)容積大于100m3且小于1000m3時(shí)，應(yīng)設(shè)置固定式水噴霧系統(tǒng)或固定水炮及移動(dòng)式消防冷卻水系統(tǒng)。當(dāng)容積小于等于100m3，可采用移動(dòng)式消防冷卻水系統(tǒng)?！碑?dāng)球罐采用水噴霧系統(tǒng)時(shí)，《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50219-95要求:“用于液化氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置或裝卸設(shè)施防護(hù)冷卻時(shí)響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于60s?！北疚木推湟?guī)定的60s響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行討論。

1 工廠消防系統(tǒng)及球罐水噴霧系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 一般化工廠消防系統(tǒng)為穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)，即平時(shí)采用穩(wěn)壓設(shè)施維持管網(wǎng)消防水壓力，但不能滿足消防時(shí)的用水量要求。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)啟動(dòng)消防水設(shè)施時(shí)，管網(wǎng)系統(tǒng)壓力下降，靠管網(wǎng)壓力連鎖自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵。

1.2 水噴霧系統(tǒng)由水源、供水設(shè)備、管道、雨淋閥組、過(guò)濾器和水霧噴頭等組成。其中水源、供水設(shè)備及雨淋閥前管道依托于工廠穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)。雨淋閥后管道為干式管道，水霧噴頭為開(kāi)式噴頭，即雨淋閥后管道不充水，由火災(zāi)報(bào)警信號(hào)開(kāi)啟雨淋閥后向系統(tǒng)充水。

2 響應(yīng)時(shí)間確定

按《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》定義：響應(yīng)時(shí)間為由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出火警信號(hào)起，至系統(tǒng)最不利點(diǎn)水霧噴頭噴出水霧的時(shí)間。因此，筆者認(rèn)為響應(yīng)時(shí)間應(yīng)包括以下幾部分。

1）因雨淋閥后的管道是空的，所以響應(yīng)時(shí)間一定包括消防水由雨淋閥至最不利噴頭噴出水霧的管道流行時(shí)間t1。

2）按響應(yīng)時(shí)間定義，還應(yīng)包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出火警信號(hào)到消防水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要的時(shí)間t2。《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006要求消防水泵應(yīng)保證在火警30s內(nèi)啟動(dòng)。因此，設(shè)計(jì)中t2可按30s確定。

3）有些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為在穩(wěn)高壓系統(tǒng)下雨淋閥前的管道是充滿水的，因此通常在響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算中未計(jì)入消防水在雨淋閥前管道的流行時(shí)間。筆者認(rèn)為這種觀點(diǎn)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。根?jù)穩(wěn)高壓系統(tǒng)的定義，穩(wěn)壓設(shè)施只能保證管網(wǎng)壓力而不能保證管網(wǎng)水量。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生引起雨淋閥動(dòng)作時(shí)，穩(wěn)壓設(shè)施從流量和壓力上都無(wú)法滿足系統(tǒng)工況，噴頭出水無(wú)法形成水霧。而此時(shí)主泵尚未啟動(dòng)，或雖然啟動(dòng)卻未達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。導(dǎo)致消防水在管道中以非滿流狀態(tài)流動(dòng)，甚至出現(xiàn)“空白點(diǎn)”。此時(shí)如不考慮閥前管道中消防水的流行時(shí)間，計(jì)算的響應(yīng)時(shí)間明顯將偏小。因此響應(yīng)時(shí)間應(yīng)計(jì)入由消防主泵至雨淋閥的管道中消防水流行時(shí)間t3。

綜上所述，響應(yīng)時(shí)間t應(yīng)包括消防水在雨淋閥后管道流行時(shí)間t1、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出火警信號(hào)到消防水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要的時(shí)間t2及消防水在雨淋閥前管道流行時(shí)間t3，即t=t1+t2+t3。

3 響應(yīng)時(shí)間計(jì)算的注意事項(xiàng)

3.1 響應(yīng)時(shí)間要求水霧噴頭噴出水霧，并未要求達(dá)到工作狀態(tài)。規(guī)范要求冷卻時(shí)噴頭工作壓力不小于0.20MPa。一般冷卻可采用中速水霧噴頭，噴頭的工作壓力范圍0.14～0.50MPa。即當(dāng)噴頭壓力滿足0.14MPa時(shí)即可噴出水霧，而不需達(dá)到設(shè)計(jì)壓力0.20MPa。

3.2 響應(yīng)時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)主要工作是充滿消防水，并未處于消防冷卻工作狀態(tài)。此時(shí)如果消防系統(tǒng)供給能力大于球罐冷卻所需要的供給能力，管道流量可以按消防系統(tǒng)供給能力計(jì)算而不按球罐冷卻實(shí)際需要水量計(jì)算。

3.3 當(dāng)工廠最大著火點(diǎn)為球罐時(shí)，同時(shí)設(shè)有固定式水噴霧系統(tǒng)和移動(dòng)式冷卻系統(tǒng)的球罐，管道流量可以按消防系統(tǒng)供給能力計(jì)算而不需減去移動(dòng)式冷卻系統(tǒng)的水量。因?yàn)楣孟勒揪喙S車程在8min以內(nèi)時(shí)，工廠不用設(shè)置消防站。在響應(yīng)時(shí)間60s以內(nèi)，一般消防隊(duì)還未到達(dá)火場(chǎng)，移動(dòng)冷卻系統(tǒng)尚未開(kāi)啟。

3.4 為保證響應(yīng)時(shí)間同時(shí)不使消防泵的壓力過(guò)高，雨淋閥及消防泵房位置應(yīng)盡量靠近球罐區(qū)。且雨淋閥前管道宜單獨(dú)從消防泵出口接出并以最短距離敷設(shè)至雨淋閥，以避免按工廠環(huán)狀管網(wǎng)最遠(yuǎn)距離計(jì)算時(shí)間。

4 響應(yīng)時(shí)間存在問(wèn)題

4.1 設(shè)計(jì)中t2一般按30s考慮，實(shí)際上很難準(zhǔn)確得到數(shù)據(jù)。首先它應(yīng)包括水泵啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速需要的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間需由供貨商根據(jù)其生產(chǎn)水泵的實(shí)際運(yùn)行資料提供。其次還包括火警信號(hào)發(fā)出到控制器將信號(hào)傳給滅火設(shè)施的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬測(cè)定，而設(shè)計(jì)時(shí)很難得到這一數(shù)據(jù)。

4.2 按《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB50974-2014(2014年10月1日實(shí)施)要求：

1）消防水泵應(yīng)保證在火災(zāi)發(fā)生后規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正常工作，從接到啟泵信號(hào)到水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，當(dāng)為自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)應(yīng)在2min內(nèi)正常工作。

2）工頻啟動(dòng)消防泵時(shí)，從接通電路到水泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間：

電機(jī)功率≤132kW時(shí)，消防水泵直接啟動(dòng)時(shí)間＜30s；

電機(jī)功率＞132kW時(shí)，消防水泵直接啟動(dòng)時(shí)間＜55s。

3）消防水泵雙電源切換時(shí)間：

雙路電源可手動(dòng)及自動(dòng)切換時(shí)，自動(dòng)切換時(shí)間≤2s；

一路電源與內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力切換時(shí)，切換時(shí)間≤15s

4.3 如果消防水泵的啟動(dòng)時(shí)間按4.2中內(nèi)容確定，再考慮雙電源的切換，僅t2就很可能會(huì)大于60s，再考慮t1與t3，響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算值必然會(huì)大于“規(guī)范”規(guī)定60s要求。

4.4 為避免因啟泵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的響應(yīng)時(shí)間不滿足要求，可采用常高壓消防系統(tǒng)。此方案滿足了響應(yīng)時(shí)間要求，卻增加了企業(yè)運(yùn)行費(fèi)用且不符合《石化規(guī)》“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)”規(guī)定。

4.5 實(shí)際上，在水泵啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，水泵的流量也是由0逐步增加到額定流量的，在此過(guò)程中以額定流量計(jì)算的消防水在管道中流行時(shí)間t1與t3必然是偏小的，工程設(shè)計(jì)中又很難計(jì)算出該時(shí)段內(nèi)實(shí)際的流行時(shí)間。

4.6 另外，在管道充滿水的過(guò)程中，最不利點(diǎn)之前的噴頭會(huì)相繼在非工作狀態(tài)下動(dòng)作，這個(gè)過(guò)程的時(shí)間按工作狀態(tài)計(jì)算或按無(wú)出流管道計(jì)算都不夠精確。人工計(jì)算難度較大。

為解決以上問(wèn)題，筆者建議在工廠采用穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在球罐區(qū)附近采用局部常高壓循環(huán)消防系統(tǒng)。循環(huán)消防系統(tǒng)在罐區(qū)內(nèi)設(shè)收集系統(tǒng)，總儲(chǔ)水量為1h固定冷卻需水量（應(yīng)加上滅火時(shí)的蒸發(fā)損失），消防水泵滿足固定冷卻流量要求。這樣既可以省略t2的計(jì)算，又可滿足工廠采用穩(wěn)高壓的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

液化烴球罐作為化工廠中的重大危險(xiǎn)源，其消防設(shè)施設(shè)計(jì)重要性是不言而喻的。合理準(zhǔn)確的確定響應(yīng)時(shí)間，滿足在被保護(hù)表面產(chǎn)生積炭以前和由于高溫使球罐損壞前水噴霧系統(tǒng)開(kāi)始工作，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的基本參數(shù)之一。采用局部常高壓循環(huán)消防系統(tǒng)是目前比較符合各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)范的方法。