伊拉克某油田水洗罐罐區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

趙海龍

(中海油石化工程有限公司,山東 青島 266101)

伊拉克東南部某油田原油處理終端主要是對(duì)采出原油進(jìn)行油、氣、水三相分離，新建原油水洗罐是原油處理工藝系統(tǒng)的重要組成部分。水洗罐(固定頂常壓儲(chǔ)罐)合理的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)撲滅可能發(fā)生的火災(zāi)事故起著至關(guān)重要的作用。水洗罐罐區(qū)消防系統(tǒng)主要包括低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)、固定式水噴霧滅火系統(tǒng)、消防水炮、消火栓及泡沫栓系統(tǒng)，水洗罐罐區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要執(zhí)行NFPA11、NFPA 24、API RP 2030、API RP 2021等消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。新建水洗罐罐區(qū)為擴(kuò)建項(xiàng)目，消防冷卻水及泡沫混合液用水接自現(xiàn)有消防冷卻水管網(wǎng)，水洗罐罐區(qū)其余消防設(shè)施均需新建。新建水洗罐罐區(qū)包括2臺(tái)10000m3(直徑30.5m，罐壁高14.6m)水洗罐。

1 消防冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該油田終端現(xiàn)有消防泵站一座，設(shè)置有2座10000m3消防水罐，主電動(dòng)消防水泵2臺(tái)，流量2×720m3/h，備用柴油消防水泵2臺(tái)，流量2×720m3/h，消防冷卻水系統(tǒng)為穩(wěn)高壓系統(tǒng)，消防冷卻水操作壓力1.20MPa，穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓1.30MPa。

1.1 水噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

儲(chǔ)罐設(shè)置固定式水噴霧滅火系統(tǒng)，可以使消防冷卻水快速到達(dá)火災(zāi)部位，避免因儲(chǔ)罐受熱引起其內(nèi)部?jī)?chǔ)存的易燃液體燃燒。

API RP 2030中對(duì)常壓儲(chǔ)罐設(shè)置固定式水噴霧滅火系統(tǒng)有詳細(xì)的說明，一般情況下，常壓儲(chǔ)罐沒有設(shè)置固定式水噴霧保護(hù)的必要，且(除了臥式儲(chǔ)罐)不建議使用水噴霧保護(hù)[1]。固定頂儲(chǔ)罐罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)的方式主要包括通氣設(shè)施火災(zāi)、儲(chǔ)罐溢流導(dǎo)致的地面流淌火災(zāi)等[2]。如果使用固定噴淋系統(tǒng)，僅需考慮冷卻噴淋儲(chǔ)罐上部的3.7m至7.4m以上部分，3.7m以下部分罐壁的冷卻可以由立式儲(chǔ)罐由上部冷卻水沿著罐壁流下的冷卻水保護(hù)。當(dāng)儲(chǔ)罐頂部設(shè)有抗風(fēng)圈時(shí)，每層抗風(fēng)圈下面均應(yīng)設(shè)冷卻水噴頭。鄰近罐通常在整個(gè)儲(chǔ)罐的1/4到1/2可能暴露在鄰近儲(chǔ)罐火災(zāi)事故中，因?yàn)楸┞痘馂?zāi)或儲(chǔ)罐內(nèi)可燃液體規(guī)模準(zhǔn)確的位置在火災(zāi)發(fā)生之前可能無法預(yù)知，整個(gè)儲(chǔ)罐均應(yīng)設(shè)置冷卻水噴淋保護(hù)。固定水噴淋的分區(qū)可以確保有效地使用消防水[1]。API RP 2030中有關(guān)常壓儲(chǔ)罐暴露火災(zāi)設(shè)置固定式消防冷卻水的供水強(qiáng)度有明確的規(guī)定，用于防護(hù)冷卻時(shí)，供水強(qiáng)度為4.1L/(min·m2)，該強(qiáng)度是基于火災(zāi)經(jīng)驗(yàn)并同時(shí)包含2L/(min·m2)的安全余量，規(guī)范中未提到火災(zāi)延續(xù)時(shí)間，結(jié)合API RP 2001中有關(guān)煉廠火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為4～6h[3]，本項(xiàng)目取火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為6h。GB 50160《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，固定頂儲(chǔ)罐設(shè)置固定式消防冷卻水時(shí)，著火罐及鄰近罐的供水強(qiáng)度均為2.5L/(min·m2)，著火立式儲(chǔ)罐冷卻保護(hù)面積按罐壁表面積計(jì)，鄰近罐冷卻1/2罐壁表面積，火災(zāi)延續(xù)供水時(shí)間為6h[4]。GB 50183《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定，固定頂儲(chǔ)罐設(shè)置固定式消防冷卻水時(shí)，著火罐供水強(qiáng)度為2.5L/(min·m2)，著火立式儲(chǔ)罐冷卻保護(hù)面積罐壁表面積計(jì)，鄰近罐供水強(qiáng)度為2.0L/(min·m2)，冷卻1/2罐壁表面積，火災(zāi)延續(xù)供水時(shí)間為6h[5]。綜合國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及API標(biāo)準(zhǔn)，著火水洗罐冷卻面積為罐壁表面積，鄰近罐冷卻面積為1/2罐壁表面積。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及API標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算消防冷卻水量見表1。

表1 消防冷卻水量

從表1計(jì)算結(jié)果可以看出，API RP 2030中固定式消防冷卻水需求量略小于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 消火栓冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)用水量

消火栓沿新建水洗罐罐區(qū)周邊道路設(shè)置，消火栓間距為50～60m，消火栓流量按5L/s計(jì)，同時(shí)在罐區(qū)周圍適當(dāng)位置設(shè)置消防水炮，消防水炮額定流量為40L/s，滿足API RP 2001中規(guī)定的消防水炮最小流量2000L/min要求。根據(jù)GB 50974《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范規(guī)》中有關(guān)立式儲(chǔ)罐室外消火栓用水量規(guī)定，新建水洗罐區(qū)域室外消火栓用水量為30L/s[6]。鑒于該油田配置專業(yè)的消防員較少，發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，普通員工難以控制長(zhǎng)達(dá)120 m 的消防水帶和較大反作用力的消防水槍。固定式水炮沒有后坐力，普通員工即可借助固定式消防水炮對(duì)水洗罐進(jìn)行冷卻。綜合國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，新建水洗罐區(qū)域移動(dòng)式消防冷卻水用水量按同時(shí)開啟1臺(tái)40L/s消防水炮及1支5L/s消火栓計(jì)[7]。

3 低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)

新建水洗罐為常壓固定頂儲(chǔ)罐，罐內(nèi)儲(chǔ)存原油閃點(diǎn)<37.8℃，水洗罐直徑30.5m，罐壁高14.6m，設(shè)置固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，防火堤外設(shè)置泡沫栓撲滅由于水洗罐罐體破裂或防火堤內(nèi)管線泄漏或水洗罐溢流造成的流淌火災(zāi)，防止火災(zāi)蔓延。因新建水洗罐區(qū)域?qū)儆跀U(kuò)建部分，該原油處理終端現(xiàn)有2座比例平衡式泡沫混合裝置，泡沫液儲(chǔ)量均為10m3，采用3%的水成膜泡沫液(AFFF)，用于保護(hù)現(xiàn)有水洗罐及原油儲(chǔ)罐，新建水洗罐區(qū)域保持與現(xiàn)有泡沫液種類一致，便于某一區(qū)域火災(zāi)情況下相互調(diào)配。NFPA 11中規(guī)定儲(chǔ)罐直徑與GB 50151中規(guī)定的儲(chǔ)罐直徑設(shè)置泡沫產(chǎn)生器的數(shù)量不同，見表2[8-9]：

表2 泡沫產(chǎn)生器數(shù)量

NFPA 11中規(guī)定了固定頂儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存的可燃液體不同閃點(diǎn)及原油的泡沫混合液供給強(qiáng)度及最小連續(xù)供給時(shí)間如表3[8]：

表3 泡沫混合液最小供給強(qiáng)度與最小連續(xù)供給時(shí)間

GB 50151中有關(guān)固定頂儲(chǔ)罐儲(chǔ)存可燃液體泡沫混合液供給強(qiáng)度及最小連續(xù)供給時(shí)間如表4[9]：

表4 泡沫混合液最小供給強(qiáng)度與最小連續(xù)供給時(shí)間

GB 50151與NFPA 11衡量泡沫混合液最小供給強(qiáng)度及最小連續(xù)供給時(shí)間指標(biāo)有所不同，NFPA 11中供給強(qiáng)度小于GB 50151要求的供給強(qiáng)度，但最小連續(xù)供給時(shí)間長(zhǎng)于GB 50151中要求。

GB 50151與NFPA 11中規(guī)定的與儲(chǔ)罐直徑有關(guān)的輔助泡沫搶數(shù)量均為2支，連續(xù)供給時(shí)間均為30min，但GB 50151中要求每只輔助泡沫槍泡沫混合液流量不應(yīng)小于240L/min，而NFPA 11中要求每只輔助泡沫槍泡沫混合液流量不應(yīng)小于189L/min，GB 50151與NFPA 11計(jì)算結(jié)果分別如表5。

表5 泡沫混合液最小供給強(qiáng)度與最小連續(xù)供給時(shí)間

由上表可知，GB 50151與NFPA 11計(jì)算出的泡沫混合液及泡沫液量總需要基本相同。

4 結(jié)論

通過新建水洗罐項(xiàng)目消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，儲(chǔ)存可燃液體的常壓固定頂儲(chǔ)罐國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與NFPA及API 消防標(biāo)準(zhǔn)差異主要如下：

(1)API RP 2030規(guī)定的固定式水噴霧滅火系統(tǒng)供給強(qiáng)度為4.1L/(min·m2)大于國(guó)內(nèi)標(biāo)注規(guī)定的供水強(qiáng)度。API及NFPA中針對(duì)火災(zāi)延續(xù)時(shí)間范圍較大，綜合國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，常壓固定頂儲(chǔ)罐火災(zāi)延續(xù)時(shí)間取6h合適。

(2)低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)雖然在諸如儲(chǔ)罐泡沫產(chǎn)生器數(shù)量、泡沫混合液供給強(qiáng)度及連續(xù)供給時(shí)間上有差異，但計(jì)算得出的總的泡沫混合液量及泡沫液量基本相同。

(3)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)相較美標(biāo)中具體條文規(guī)定，可以看出國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)某些方面更加詳細(xì)，美標(biāo)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要從火災(zāi)危險(xiǎn)性分析、設(shè)計(jì)方與業(yè)主及相關(guān)類似工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)出發(fā)，兩者設(shè)計(jì)思路有些許不同。