低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)供水穩(wěn)定性改造工程分析

孫瑩瑩，付 鈺

(1.葫蘆島市消防支隊(duì)； 2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 錦西石化分公司，遼寧 葫蘆島 125000)

雖然新型能源正在被不斷加速研究、開發(fā)、推廣，但傳統(tǒng)常規(guī)能源的使用占比仍舊具有不可撼動(dòng)的地位。常規(guī)能源中使用最廣泛的石油更是在動(dòng)力提供和原料提供上舉足輕重、不可取代。石油的中間產(chǎn)品和終端產(chǎn)品的無限多樣化給石油冶煉加工的工藝設(shè)施提出了更高更新的技術(shù)要求，工藝創(chuàng)新設(shè)備改造勢(shì)必同時(shí)給消防安全提出新的要求。20世紀(jì)水滅火系統(tǒng)在消防設(shè)施中占主導(dǎo)地位，如今泡沫滅火系統(tǒng)占比越來越大，其工作狀態(tài)的穩(wěn)定性、可靠性逐漸彰顯。因此近年來，各煉油儲(chǔ)存和化工生產(chǎn)企業(yè)對(duì)泡沫滅火系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性的調(diào)試檢測(cè)越來越下真功夫、出大力氣。

一、某企業(yè)泡沫滅火系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某煉油石化企業(yè)有70余年歷史，于1939年日偽時(shí)期初建，在20世紀(jì)50年代我國(guó)煉油工業(yè)催化裂化工藝全面發(fā)展時(shí)期恢復(fù)生產(chǎn)，以加工省內(nèi)油田原油為主，近年也加工進(jìn)口原油和海洋原油。廠區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)裝置14套，年加工能力700萬噸，廠區(qū)占地面積100萬平方米，生產(chǎn)裝置有蒸餾、催化裂化、重整、加氫、焦化、聚丙烯、尿素脫蠟、苯乙烯、煅燒焦、二甲酯等。全廠油品儲(chǔ)罐最大容積為3座5萬立方米的外浮頂原油儲(chǔ)罐，分兩處設(shè)置，分別設(shè)有兩套泡沫滅火系統(tǒng)。廠內(nèi)調(diào)和油裝置區(qū)設(shè)有一套泡沫滅火系統(tǒng)。

廠區(qū)原設(shè)有的泡沫滅火系統(tǒng)為壓力式泡沫滅火系統(tǒng)，其特點(diǎn)是泡沫比例混合器為壓力式泡沫比例混合器，這種混合器核心工作原理是利用文丘里原理，壓力水通過比例混合器時(shí)，在其內(nèi)部與泡沫液貯罐之間產(chǎn)生負(fù)壓力差，使貯罐內(nèi)泡沫液通過與比例混合器連接的泡沫液管進(jìn)入比例混合器,在連接管內(nèi)有控制泡沫液流量的孔板，就形成穩(wěn)定混合比例的泡沫與水的混合液。泡沫混合裝置的供水由廠區(qū)的臨時(shí)高壓消防供水系統(tǒng)供給。2013年，該廠對(duì)三套泡沫滅火系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，更換為以平衡式泡沫比例混合裝置為核心組件的平衡式泡沫滅火系統(tǒng)，平衡式泡沫比例混合裝置中泡沫混合液的混合過程是由泡沫液泵把泡沫液加壓后進(jìn)入平衡閥，通過平衡閥調(diào)節(jié)后注入比例混合器。當(dāng)主管道的水由于壓力和流量的變化出現(xiàn)不同的工況時(shí)，能夠保證裝置在運(yùn)行過程中，連續(xù)不斷地配置出較為精確混合比的泡沫混合液，供給泡沫產(chǎn)生設(shè)備噴射合格的泡沫進(jìn)行有效的滅火作業(yè)。泡沫混合裝置的供水繼續(xù)由廠區(qū)的臨時(shí)高壓消防供水系統(tǒng)供給，直到2015年，廠區(qū)對(duì)消防供水系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了全廠生產(chǎn)儲(chǔ)存區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)高壓消防供水，泡沫滅火系統(tǒng)也改為由改造完成的穩(wěn)高壓消防供水系統(tǒng)供水。平衡式泡沫比例混合裝置相對(duì)壓力式泡沫比例混合裝置的優(yōu)勢(shì)在于經(jīng)過混合器混合后的泡沫混合液的混合比更精確，發(fā)泡后的滅火效果更可靠。

改造后的平衡式泡沫比例混合裝置是現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)比較通行的系統(tǒng)組成，每套混合裝置由泡沫供水系統(tǒng)(1臺(tái)電動(dòng)機(jī)泡沫給水泵、1臺(tái)柴油機(jī)泡沫給水泵)、平衡式泡沫系統(tǒng)橇塊1臺(tái)(包括2臺(tái)泡沫泵，其中1臺(tái)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，1臺(tái)由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng))、2臺(tái)比例平衡閥、1個(gè)泡沫罐、若干安全閥、若干電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及閥門組件構(gòu)成。

二、系統(tǒng)存在問題及原因分析

經(jīng)改造完成的平衡式泡沫滅火系統(tǒng)在后續(xù)幾年的運(yùn)行中，每次調(diào)試檢測(cè)均會(huì)頻繁出現(xiàn)幾個(gè)很嚴(yán)重的問題：(1)啟動(dòng)失?。?2)啟動(dòng)設(shè)備設(shè)置延遲啟動(dòng)時(shí)間后泡沫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常啟動(dòng)，但泡沫噴出時(shí)間出現(xiàn)延遲；(3)火災(zāi)時(shí)其他消防用水與泡沫橇塊用水出現(xiàn)爭(zhēng)水現(xiàn)象，造成泡沫橇塊運(yùn)行中斷；(4)運(yùn)行中不能保障泡沫橇塊的混合比。這些運(yùn)行問題已經(jīng)嚴(yán)重威脅了整個(gè)泡沫滅火系統(tǒng)的建設(shè)意義。無獨(dú)有偶，同是中石油系統(tǒng)下轄的云南石化煉油廠和蘭州石化在技改前也出現(xiàn)過類似的問題。

經(jīng)過對(duì)多次在不同試驗(yàn)啟動(dòng)和試驗(yàn)運(yùn)行條件下系統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)計(jì)算和模擬，對(duì)問題的成因做以下解析：(1)啟動(dòng)失敗的原因。泡沫橇塊正常運(yùn)行壓力在0.6～1.2 MPa[1]，平時(shí)穩(wěn)高壓消防水壓力靠穩(wěn)壓泵穩(wěn)在0.7 MPa，因泡沫橇塊供水量大，3%泡沫原液與97%的水進(jìn)行混合，288 L·s-1的泡沫混合液相當(dāng)于229 L·s-1的水突然泄至泡沫管網(wǎng)內(nèi)，此時(shí)穩(wěn)高壓水線內(nèi)水量瞬時(shí)大量進(jìn)入泡沫供水管線，穩(wěn)高壓供水管線內(nèi)基本被抽空，穩(wěn)高壓水線上的壓力表顯示為零，泡沫橇塊進(jìn)水管處壓力表顯示壓力也為零。當(dāng)泡沫橇塊上的泡沫電動(dòng)泵啟動(dòng)后，30 s內(nèi)橇塊會(huì)自動(dòng)檢測(cè)管網(wǎng)壓力是否到達(dá)0.6～1.2 MPa，而此時(shí)橇塊進(jìn)水管處壓力表顯示讀數(shù)為零，橇塊會(huì)在30 s后停止泡沫電動(dòng)泵，同時(shí)切換啟動(dòng)備用水輪機(jī)泵，水輪機(jī)泵同樣運(yùn)行30 s并檢測(cè)管路供水壓力，此時(shí)壓力仍然達(dá)不到上述規(guī)定壓力范圍，橇塊停止水輪機(jī)泵的運(yùn)行，至此，泡沫系統(tǒng)的啟動(dòng)徹底失敗。(2)啟動(dòng)設(shè)備設(shè)置延遲啟動(dòng)時(shí)間后泡沫系統(tǒng)能正常啟動(dòng)，但泡沫噴出時(shí)間延遲的原因。如果此時(shí)穩(wěn)高壓消防水泵房因系統(tǒng)失壓導(dǎo)致穩(wěn)壓泵停止運(yùn)行，消防供水主泵自動(dòng)啟動(dòng)，而消防供水主泵泵房距離泡沫橇塊較遠(yuǎn)(最遠(yuǎn)一套設(shè)備距離水泵房超過1.5 km)，時(shí)間測(cè)試需要經(jīng)過110 s左右才能進(jìn)入泡沫橇塊前端供水管線，經(jīng)過多次測(cè)試，泡沫噴射時(shí)間都延遲2 min以上，而這2 min正是撲滅初起火災(zāi)的最有效滅火時(shí)間。(3)火災(zāi)時(shí)其他消防用水與泡沫橇塊用水爭(zhēng)水，造成泡沫橇塊運(yùn)行中斷的原因。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，滅火力量到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，第一時(shí)間是利用穩(wěn)高壓消防供水系統(tǒng)設(shè)置的消火栓及消防水炮對(duì)著火裝置和相鄰裝置進(jìn)行滅火和冷卻，還有一些裝置和儲(chǔ)罐設(shè)置的噴淋冷卻設(shè)備的供水也來自于穩(wěn)高壓消防供水系統(tǒng)，多種設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)供水量疊加后，造成消防水用量瞬時(shí)過大或者取水不均，供水管網(wǎng)內(nèi)壓力發(fā)生劇烈波動(dòng)，這時(shí)，泡沫橇塊壓力監(jiān)測(cè)設(shè)施就檢測(cè)到了不適合泡沫比例混合器工作的壓力，最終會(huì)發(fā)生運(yùn)行的泡沫橇塊自動(dòng)中止混合器運(yùn)行的極端情況。(4)不能保障泡沫橇塊的混合比的原因。泡沫橇塊上的電動(dòng)泵啟動(dòng)壓力為0.6～1.2 MPa，前端供水壓力在這一范圍內(nèi)，可由泡沫橇塊上的平衡閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證混合器正常的混合比。如與穩(wěn)高壓供水系統(tǒng)共用，系統(tǒng)運(yùn)行中橇塊前端的供水壓力頻繁波動(dòng)，超出橇塊可調(diào)節(jié)的范圍，不能保證橇塊的正常運(yùn)行，泡沫比例混合器混合后泡沫混合液的混合比受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而影響滅火效果。

三、技術(shù)改造措施

以上問題從設(shè)備更新伊始的調(diào)試檢測(cè)就被發(fā)現(xiàn)，但無論是對(duì)供水泵的功率進(jìn)行調(diào)整，對(duì)泡沫橇塊內(nèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備接收和比對(duì)閾值數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，還是對(duì)其他同在穩(wěn)高壓供水管線上取水的消防設(shè)備動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，泡沫滅火系統(tǒng)在之后每年的檢測(cè)調(diào)試中都仍然不同程度地持續(xù)出現(xiàn)上述問題。該單位技術(shù)工程師也針對(duì)這些問題請(qǐng)教了相關(guān)專家并對(duì)其他同類工廠類似裝置的泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)地考察。經(jīng)過比對(duì)考察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)以上幾種情況在改造系統(tǒng)中是比較有代表性的常見問題，但新建的幾個(gè)千萬噸級(jí)煉油廠的相關(guān)泡沫滅火設(shè)備就沒有上述問題，兩系統(tǒng)唯一不同之處就是泡沫滅火系統(tǒng)的供水系統(tǒng)取水方式。如果泡沫滅火系統(tǒng)的供水系統(tǒng)不從廠區(qū)穩(wěn)高壓供水系統(tǒng)取水，而是設(shè)置一個(gè)獨(dú)立儲(chǔ)水水罐，也就是水來自水罐由水泵供給，泡沫原液來自泡沫罐由泡沫泵供給，進(jìn)入混合器的水和泡沫都有穩(wěn)定的供給壓力，這種情況下混合器配置出的泡沫混合液混合比準(zhǔn)確、流量穩(wěn)定。

《石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50737—2011)[2]第8.3.10.1條規(guī)定，泡沫消防供水泵應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，不應(yīng)與消防冷卻水泵共用。其條文解釋為，用于油罐噴淋的消防水管道在火災(zāi)時(shí)經(jīng)常由于消防炮和消火栓的用水壓力不穩(wěn)定，為了保證泡沫系統(tǒng)的有效使用，規(guī)定用于配置泡沫混合液的消防水單獨(dú)設(shè)置系統(tǒng)，即泵和管道單獨(dú)設(shè)置?！妒蛢?chǔ)備庫設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定主要針對(duì)其庫區(qū)單罐體量大、泡沫用水量及泡沫用量多的情況，此情況下不采用單獨(dú)的泡沫供水系統(tǒng)會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定而影響滅火，其主要是針對(duì)內(nèi)外浮頂罐的密封圈著火而規(guī)定。在大連石化國(guó)儲(chǔ)庫著火后，遼寧省公安消防總隊(duì)下發(fā)了相應(yīng)文件，要求內(nèi)外浮頂罐的泡沫系統(tǒng)要按照全液面進(jìn)行設(shè)計(jì)滅火，而該企業(yè)的泡沫比例混合裝置正是按全液面進(jìn)行的設(shè)計(jì)，東油品區(qū)的泡沫混合液量可達(dá)288 L·s-1，其泡沫用水量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《石油儲(chǔ)備庫設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的10萬立方米外浮頂原油罐的泡沫用水量(約100 L·s-1)。

對(duì)大連石化和云南石化的泡沫供水系統(tǒng)及泡沫穩(wěn)壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，這兩個(gè)系統(tǒng)建成以來，經(jīng)過多次啟動(dòng)試驗(yàn)和運(yùn)行測(cè)試，泡沫橇塊開啟迅速，系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，泡沫供給連續(xù)、穩(wěn)定、有效，系統(tǒng)沒有延時(shí)，不存在耽誤有效滅火時(shí)間的狀況，運(yùn)行完全達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的。

可見，設(shè)置獨(dú)立泡沫供水罐及泡沫供水專線、設(shè)置泡沫供水穩(wěn)壓泵是必要的。如果不設(shè)置泡沫專用供水泵及供水線，著火情況下，消火栓、消防炮等在穩(wěn)高壓管線上取水的用水設(shè)施頻繁啟動(dòng)并連續(xù)使用，這種用水情況所造成的泡沫比例混合裝置與消火栓給水系統(tǒng)爭(zhēng)水，影響的不僅僅是滅火時(shí)間，更為嚴(yán)重的是平衡式泡沫比例混合裝置的開啟是否成功和運(yùn)行是否連續(xù)，最終影響滅火戰(zhàn)斗的成敗。設(shè)置泡沫供水穩(wěn)壓泵，其一是保證泡沫供水線到平衡式泡沫比例混合裝置一段始終充滿水，避免因空管線注水過程而延長(zhǎng)泡沫比例混合裝置的啟動(dòng)時(shí)間；其二，由于突然啟動(dòng)大功率泵的水頭壓力很大，往往超出電動(dòng)控制閥扭矩的要求，造成電動(dòng)控制閥開啟不動(dòng)或開啟不完全、不迅速，延誤滅火時(shí)間；再者，如設(shè)置減壓孔板也可以起到減壓作用，但由于前端壓力不確定而導(dǎo)致水流通過減壓孔板后壓力也不確定，不能保證泡沫比例混合裝置開啟及運(yùn)行成功。

綜上情況分析和實(shí)地考察比對(duì)，為從源頭解決問題，該企業(yè)擬進(jìn)行以下技術(shù)改造：(1)建立消防泡沫供水罐。由于該企業(yè)泡沫橇塊距消防水池較遠(yuǎn)，適宜建設(shè)專門的消防供水罐，從供水源頭上解決滅火時(shí)與消火栓、噴淋系統(tǒng)爭(zhēng)水的問題。(2)建立專門的泡沫供水穩(wěn)壓泵、消防供水泵及泵房。泡沫供水穩(wěn)壓泵的作用是一旦著火，泡沫供水管網(wǎng)存在壓力水，泡沫橇塊可立即啟動(dòng)，可有效解決泡沫橇塊延時(shí)的問題。同時(shí)，選擇專門的泡沫供水泵，供水壓力穩(wěn)定，可避免因水頭壓力過大而使電動(dòng)閥門不開啟的狀況發(fā)生。