大型化工液體倉(cāng)庫(kù)消防設(shè)計(jì)探討

陳麗偉

（眾一伍德工程有限公司， 上海 200540）

1 工程概況

某化工物流企業(yè)建設(shè)的大型液體化工品倉(cāng)庫(kù)位于上海某化工園區(qū)內(nèi)， 于2012 年立項(xiàng)， 2019 年建成。 為周邊化工企業(yè)提供甲、 乙、 丙類(lèi)化工品倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)。 建設(shè)倉(cāng)庫(kù)位于庫(kù)區(qū)預(yù)留地內(nèi)， 場(chǎng)地東西兩側(cè)已建有丙類(lèi)固體倉(cāng)庫(kù)和甲類(lèi)液體倉(cāng)庫(kù)。

作為物流中轉(zhuǎn)倉(cāng)庫(kù)， 為提高單位土地面積上存貨量以獲得高收益， 建設(shè)方要求單座倉(cāng)庫(kù)的建筑面積和防火分區(qū)面積盡量做最大。 根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）［1］（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《建規(guī)》）第3.3.3 條： 倉(cāng)庫(kù)內(nèi)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)，除冷庫(kù)的防火分區(qū)外， 每座倉(cāng)庫(kù)的最大允許占地面積和每個(gè)防火分區(qū)的最大允許建筑面積可按《建規(guī)》第3.3.2 條的規(guī)定增加1.0 倍。

建設(shè)方在預(yù)留地內(nèi)建設(shè)3 座乙類(lèi)（1 項(xiàng)）液體倉(cāng)庫(kù)， 2 座丙類(lèi)（1 項(xiàng)）液體倉(cāng)庫(kù)， 2 座丙類(lèi)（2 項(xiàng)）固體倉(cāng)庫(kù)和1 座消防泵房。 所建倉(cāng)庫(kù)均為單層， 彩鋼巖棉夾芯板屋面， 液體倉(cāng)庫(kù)采用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)， 固體倉(cāng)庫(kù)采用門(mén)式鋼結(jié)構(gòu)， 建筑耐火等級(jí)為二級(jí)。 根據(jù)《建規(guī)》第3.3.3 條要求， 倉(cāng)庫(kù)均需設(shè)自動(dòng)滅火系統(tǒng)。 同類(lèi)別倉(cāng)庫(kù)建筑指標(biāo)相同， 單座倉(cāng)庫(kù)概況見(jiàn)表1， 剖面圖見(jiàn)圖1。

表1 單座倉(cāng)庫(kù)概況Tab. 1 General situation of single warehouse

圖1 剖面圖Fig. 1 Sectional view

2 消防設(shè)計(jì)

整個(gè)庫(kù)區(qū)面積小于100 hm2， 同一時(shí)間內(nèi)火災(zāi)起數(shù)按1 起計(jì)， 根據(jù)《建規(guī)》， 倉(cāng)庫(kù)均需設(shè)自動(dòng)滅火系統(tǒng)、 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和室外消火栓系統(tǒng)。

丙類(lèi)固體倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存袋裝塑料粒子， 堆垛高度約3 m， 采用閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。 根據(jù)GB 50084—2017《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《噴規(guī)》）， 危險(xiǎn)等級(jí)為倉(cāng)庫(kù)Ⅲ級(jí)， 噴頭選用早期抑制快速響應(yīng)噴頭， 流量系數(shù)K 取202， 最低工作壓力0.50 MPa， 作用面積內(nèi)開(kāi)放噴頭數(shù)為12 個(gè)，持續(xù)噴水時(shí)間1 h。 經(jīng)計(jì)算， 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為100 L／s， 一次設(shè)計(jì)用水量為360 m3。

乙類(lèi)、 丙類(lèi)液體倉(cāng)庫(kù)擬儲(chǔ)存物料均為桶裝液體， 非水溶性， 堆垛存放， 堆垛高度為3.0～3.6 m。根據(jù)GB 50151—2010《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《泡規(guī)》）采用泡沫－水雨淋系統(tǒng)。

2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1.1 參數(shù)選擇

乙類(lèi)、 丙類(lèi)液體倉(cāng)庫(kù)均儲(chǔ)存非水溶性物料， 根據(jù)《泡規(guī)》 第7.1.3、 7.2.1、 7.2.2 條確定供給時(shí)間、保護(hù)面積和泡沫混合液供給強(qiáng)度， 泡沫液選用保質(zhì)期比較長(zhǎng)的3%水成膜泡沫液。 倉(cāng)庫(kù)泡沫－水雨淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 泡沫-水雨淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)Tab. 2 Design parameters of foam-water deluge system

2.1.2 泡沫－水雨淋系統(tǒng)計(jì)算

采用消防計(jì)算軟件進(jìn)行系統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)算， 計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表3。 噴頭選用泡沫噴頭， 其工作壓力范圍為0.30～0.60 MPa。

表3 計(jì)算結(jié)果匯總Tab. 3 Summary of calculation results

計(jì)算公式如下：

式中： Q 為系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量， L／s； Qi為同時(shí)啟用的雨淋閥的設(shè)計(jì)流量， L／s； qi為各節(jié)點(diǎn)噴頭出流量， L／min； P 為各節(jié)點(diǎn)噴頭工作壓力， MPa； K為噴頭流量系數(shù)。

2.1.3 泡沫－水雨淋系統(tǒng)流程

泡沫－水雨淋系統(tǒng)流程見(jiàn)圖2。

圖2 泡沫-水雨淋系統(tǒng)流程Fig. 2 Process flow of foam-water deluge system

為滿(mǎn)足《泡規(guī)》第7.2.6 條“自雨淋閥開(kāi)啟至系統(tǒng)各噴頭達(dá)到設(shè)計(jì)噴灑流量的時(shí)間不得超過(guò)60 s”的要求， 泡沫混合液供給裝置選用機(jī)械泵入式比例混合裝置， 實(shí)現(xiàn)泡沫液和消防水在雨淋閥前管道內(nèi)混合， 使得雨淋閥開(kāi)啟即可供給泡沫混合液， 縮短供給時(shí)間。

發(fā)生火災(zāi)時(shí)， 倉(cāng)庫(kù)內(nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)開(kāi)啟雨淋閥， 管網(wǎng)出水壓力降低， 壓力控制系統(tǒng)聯(lián)鎖開(kāi)啟消防泵向管網(wǎng)供水， 消防水流經(jīng)機(jī)械泵入式比例混合裝置水輪機(jī)的同時(shí)， 驅(qū)動(dòng)泡沫液泵按3%比例向泡沫管網(wǎng)供給泡沫， 消防水和泡沫液在雨淋閥前管道內(nèi)混合， 經(jīng)過(guò)泡沫噴頭形成泡沫混合液噴出滅火。 雨淋閥開(kāi)啟先期噴泡沫混合液滅火（不小于10 min）， 后期噴水冷卻防止復(fù)燃。 泡沫液泵出口至雨淋閥前管道充滿(mǎn)泡沫液。

液體倉(cāng)庫(kù)共用1 套泡沫供給裝置系統(tǒng)， 為保證泡沫混合液供給強(qiáng)度， 在消防泵房?jī)?nèi)的消防供水干管設(shè)流量計(jì)， 在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)雨淋閥后設(shè)系統(tǒng)測(cè)試旁路管道。 系統(tǒng)投用前需打開(kāi)旁路管道閥門(mén)和雨淋閥， 進(jìn)行系統(tǒng)全流量測(cè)試， 測(cè)試流量不低于設(shè)計(jì)流量。

2.1.4 消防水量匯總

消防水量計(jì)算匯總見(jiàn)表4。

表4 消防水量計(jì)算匯總Tab. 4 Summary of firefighting water calculation

2.1.5 消防水量平衡計(jì)算

受場(chǎng)地和投資所限， 充分利用東、 西兩側(cè)已有環(huán)狀消防管網(wǎng)的供水能力， 在滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下， 減少消防設(shè)施的占地和投資。 劃分為3 個(gè)系統(tǒng)供水。

（1） 室外消火栓系統(tǒng)。 為獨(dú)立環(huán)狀供水系統(tǒng)，穩(wěn)高壓消防供水系統(tǒng)， 水源來(lái)自市政管網(wǎng)， 共有4路DN 300 管道接入， 供水壓力不低于0.25 MPa。滿(mǎn)足室外消火栓用水量和消防水罐補(bǔ)水量。

（2） 自動(dòng)噴淋系統(tǒng)。 為獨(dú)立環(huán)狀消防供水管網(wǎng)， 臨時(shí)高壓消防供水系統(tǒng)。 設(shè)噴淋泵3 臺(tái)（2 用1備）， 管網(wǎng)供水壓力1.15 MPa。 平時(shí)由穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓，消防時(shí)管網(wǎng)壓力降低， 聯(lián)鎖開(kāi)啟噴淋泵， 從消防水罐取水。

（3） 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。 為獨(dú)立環(huán)狀消防供水管網(wǎng)， 臨時(shí)高壓消防供水系統(tǒng)。 設(shè)消火栓供水泵2 臺(tái)（1 用1 備）， 管網(wǎng)供水壓力0.50 MPa。 平時(shí)由穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓， 消防時(shí)管網(wǎng)壓力降低， 聯(lián)鎖開(kāi)啟消火栓泵， 從消防水罐取水。

以丙類(lèi)液體倉(cāng)庫(kù)的消防用水量為水量平衡計(jì)算依據(jù)。 新建1 座有效容積為500 m3消防水罐。 供（補(bǔ)）水管均為2 路， 按1 路計(jì)算供水量。 根據(jù)《消規(guī)》第4.3.5 條， 補(bǔ)水管（供水管）計(jì)算流速不大于1.5 m／s。 消防水量平衡見(jiàn)圖3。

圖3 消防水量平衡Fig. 3 Firefighting water balance

2.2 消防設(shè)備選型

2.2.1 消防泵及穩(wěn)壓系統(tǒng)

庫(kù)區(qū)沒(méi)有高壓電源， 消防電泵選擇配置低壓電機(jī)， 一級(jí)負(fù)荷供電。 噴淋泵配消防電泵2 臺(tái)（工作泵）， 柴油機(jī)消防泵1 臺(tái)（備用泵）， 單臺(tái)流量為125 L／s， 揚(yáng)程為115 m。 配室內(nèi)消火栓泵2 臺(tái)（1用1 備）， 單臺(tái)流量為25 L／s， 揚(yáng)程為50 m。 穩(wěn)壓裝置1 套： 配置穩(wěn)壓泵2 臺(tái)（1 用1 備）， 單臺(tái)流量為3 L／s， 揚(yáng)程為120 m， 穩(wěn)壓罐1 臺(tái)。 設(shè)2 套壓力控制系統(tǒng)： 穩(wěn)壓泵出水一路連接到自動(dòng)噴淋系統(tǒng)， 管網(wǎng)壓力控制在1.15 MPa； 一路經(jīng)減壓后連接到室內(nèi)消火栓系統(tǒng)， 管網(wǎng)壓力控制在0.50 MPa。 設(shè)有高位水箱1 座。

2.2.2 泡沫混合液供給裝置

配置機(jī)械泵入式泡沫比例混合裝置3 套（2 用1備）， 單臺(tái)設(shè)計(jì)流量為10～175 L／s， 采用3% 水成膜泡沫液， 泡沫液儲(chǔ)量按100% 備用， 配置容積為10 000 L 泡沫液罐1 臺(tái)。

3 設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決辦法

3.1 存在的問(wèn)題

（1） 根據(jù)《泡規(guī)》第7.2.2 條， 當(dāng)保護(hù)非水溶性液體時(shí)， 其泡沫混合液供給強(qiáng)度不應(yīng)小于表7.2.2的規(guī)定； 當(dāng)保護(hù)水溶性液體時(shí)， 其泡沫混合液供給強(qiáng)度和連續(xù)供給時(shí)間應(yīng)由試驗(yàn)確定。 倉(cāng)庫(kù)建設(shè)前期， 建設(shè)方擬儲(chǔ)存的物料根據(jù)用戶(hù)市場(chǎng)需求， 不能確定水溶性物料品種， 通過(guò)試驗(yàn)確定數(shù)據(jù)存在一定難度， 在消防報(bào)批審查階段， 消防審查部門(mén)要求所建倉(cāng)庫(kù)不予儲(chǔ)存水溶性物料。 若涉及諸多《泡規(guī)》明確列出供給強(qiáng)度物料之外的水溶性物料， 泡沫混合液供給強(qiáng)度無(wú)設(shè)計(jì)依據(jù)可查。

（2） 《建規(guī)》和《泡規(guī)》均要求泡沫站距保護(hù)對(duì)象有安全間距， 使得泡沫液或混合液輸送距離遠(yuǎn)， 時(shí)間長(zhǎng)。 而《泡規(guī)》第7.2.6 條規(guī)定“自雨淋閥開(kāi)啟至系統(tǒng)各噴頭達(dá)到設(shè)計(jì)噴灑流量的時(shí)間不得超過(guò)60 s”，使得泡沫混合液供給裝置選型受到限制。

3.2 解決辦法

（1） 工程設(shè)計(jì)中若遇到水溶性物料， 建議根據(jù)GB 15603—1995《常用化學(xué)品貯存通則》［5］第9 章9.3 條規(guī)定： 貯存化學(xué)危險(xiǎn)品的建筑物內(nèi)， 如條件允許， 應(yīng)安裝滅火噴淋系統(tǒng)（遇水燃燒化學(xué)危險(xiǎn)品，不可用水撲救的火災(zāi)除外）， 噴淋強(qiáng)度15 L／（min·m2）作為設(shè)計(jì)依據(jù)， 但需征得相關(guān)消防審圖或消防主管部門(mén)同意。

（2） 選用機(jī)械泵入式比例混合裝置作為供給設(shè)備， 泡沫液泵供給的泡沫液通過(guò)管道輸送至倉(cāng)庫(kù)內(nèi)雨淋閥前， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端混合。 為滿(mǎn)足《泡規(guī)》第7.1.5條規(guī)定， 在泡沫液管道內(nèi)充滿(mǎn)泡沫液， 管道保溫防凍。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著化工液體倉(cāng)庫(kù)大型化建設(shè)， 其火災(zāi)危險(xiǎn)性和撲救難度也隨之加大， 對(duì)此類(lèi)倉(cāng)庫(kù)的消防設(shè)計(jì)審查也日趨嚴(yán)格。 結(jié)合工程案例， 對(duì)大型化工液體倉(cāng)庫(kù)消防設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述， 并對(duì)泡沫-水雨淋系統(tǒng)提出設(shè)計(jì)建議， 以期為工程技術(shù)人員在相關(guān)設(shè)計(jì)中提供參考。