某石油化工项目消防给水系统安全可靠性分析及相关规范适用性探讨

朱元臣，栾新晓，朱超凡

（中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东　青岛　266071）

某石油化工项目消防给水系统安全可靠性分析及相关规范适用性探讨

朱元臣，栾新晓，朱超凡

（中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东青岛266071）

介绍了某大型石化项目消防给水系统，针对其安全可靠性进行分析，并对GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》相关条文的适用性进行探讨，提出修订建议。

石油化工；消防给水系统；安全可靠性；规范条文适用性；修订

某大型石油化工项目厂区占地面积约为620 hm2，石油加工能力为2 800万t/a。该项目主要包括常减压蒸馏、催化裂化、连续重整、延迟焦化、加氢裂化和聚丙烯等30余套工艺生产装置，并且建设有原油码头及库区、产品码头和铁路专用线，以及油品储运罐组和辅助生产设施等配套工程。该项目厂区消防给水系统设计主要执行了GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》［1］（以下简称《石化规》）和GB 50016—2006《建筑设计防火规范》（以下简称《建规》）等规范，并且满足《建规》（GB 50016—2014［2］）和《石化规》（修订版报批稿）的相关要求的相关要求。

随着GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》［3］（以下简称《消规》）的发布实施，石化项目消防给水系统设计需要执行的规范除了《石化规》和《建规》等相关规范外，又增加了《消规》。本文在分析该大型石化项目消防给水系统安全可靠性的基础上，探讨《消规》中部分条文对于石化项目的适用性。

1　消防给水系统

1.1厂区设计消防用水量

根据《石化规》的相关条文规定，厂区占地面积大于100 hm2，其设计消防用水量按一次同时发生2处火灾考虑，一处为厂区消防用水量最大处，另一处为辅助生产设施。该项目厂区消防用水量最大处为球罐组Ⅰ和球罐组Ⅱ，其计算消防用水量均为700 L/s（2 520 m3/h），火灾延续时间均为6 h；辅助生产设施计算消防用水量为50 L/s（180 m3/h），火灾延续时间为2 h。厂区计算消防用水总量为750 L/s（2 700 m3/h），计算消防水储存量为15 500m3。厂区设计消防用水量为800 L/s（2 880 m3/h），设计消防储存水量为18 000 m3。

1.2厂区消防水泵站

《石化规》（修订版报批稿）中规定：“石油化工企业占地面积大于200 hm2时，消防水泵站应不少于2座”。为了消除厂区仅设置1套消防供水系统发生意外事故而带来的安全供水风险，对于厂区占地面积超过200 hm2的大型石化企业，设置不少于2套消防供水系统是比较合理的［4］。根据厂区占地面积和总平面布置，参照各消防对象所需要的消防用水量和消防水压要求，该项目在厂区设置了2座规模、能力和机泵设备配置等均完全相同的消防水泵站。2座消防水泵站的消防水设计规模均为800 L/s（2 880 m3/h），供水压力为1.2 MPa（g）。2座消防水泵站均配置2台安全储水罐、2台电动消防水泵、2台柴油机消防水泵和2台变频电动消防稳压泵等主要机泵设备。2座泵站的消防水设计储存量均为18 000 m3。安全储水罐内设置消防水不被动用的设施，两储罐之间设置连通管和切断阀，设计补充消防用水量为400 m3/h。

消防水泵站（1#，2#）配备的主要机泵及设备见表1。

表1　消防水泵站主要机泵及设备Tab.1　Main pumps and equipments of fire water pump station

1.3厂区消防给水管道系统

根据《石化规》的规定，厂区设置了独立的稳高压消防给水系统，其管道系统设计工作压力为1.2 MPa（g）。在工艺生产装置、油品储运罐组和主要辅助生产设施等单元四周，消防给水管道均以环状管网布置，并且采用阀门把消防水环状管网分成若干可以独立的管段，每段设置消火栓的数量不超过5个。工艺生产装置和油品储运罐组等单元四周消火栓间距不超过50 m；辅助生产设施等单元四周消火栓间距不超过60 m。消火栓均采用直径为150 mm的快速调压地上式防撞型消火栓。在装置区和球罐区设置消防水炮，用于甲、乙类可燃气体、可燃液体设备的高大构架和设备群的保护。

消防给水管道均采用钢管，阀门采用压力等级PN16～PN25闸阀或球阀。

1.4消火栓

该项目采用的是具有调压、防撞功能的公称直径150 mm地上式消火栓。

2　消防给水系统的安全可靠性分析

2.1消防水泵站

2.1.1泵站数量

厂区设置了2座规模、能力和机泵设备配置均完全相同的消防水泵站，相当于2座完全相同的消防水泵站互为备用。当厂区某处一旦发生火灾时，可单独运行其中的任1座泵站或联合运行2座泵站向火灾处供给所需要的消防水。

2.1.2泵站设置位置

2座消防水泵站分别位于厂区的中南部和北部区域，两者之间的直线距离约为2.7 km，并且均远离爆炸危险区域，其安全性可以得到保障。即使在其中1座消防水泵站被破坏时，另1座泵站完全不会受到影响，仍然能够安全可靠地向厂区所有消防对象提供满足水量和水压要求的消防水。

2.1.3泵站配备的动力

采用电动泵为消防主泵，其供电方式满足现行国家标准GB 50052—2009《供配电系统设计规范》所规定的一级负荷供电要求。另外，配备柴油机为第二动力源，设置柴油机消防水泵做为备用泵，其备用率为100%。即使在2路电源均断电的极端不利情况下，消防水泵站也能够安全可靠地向厂区内所有消防对象提供满足水量和水压要求的消防水。

2.2消防给水管道

在火灾危险性较大的工艺生产装置、油品储运罐组和主要辅助生产设施等区域，消防给水管道系统采用环状管网布置；消防水管道系统上设置的阀门把环状管网分成若干可以独立的管段，每段消火栓的数量不超过5个；当某个管段发生事故时，消防给水管道系统的其余管段组成的环状管网仍然能够满足厂区所有消防对象的100%消防用水量和用水压力要求。

消防给水管道均采用了钢管，阀门采用了压力等级PN16～PN25闸阀或球阀，能够确保消防给水管道系统长期处于安全完好状态。

2.3消火栓

该项目稳高压消防水系统的压力较高，采用了具有调压、防撞功能的地上式消火栓，便于在各种情况下安全使用消火栓。其防撞功能是针对即使发生某一个消火栓被撞坏的情况，此时也只是仅影响被撞的消火栓，不会影响到整个消防给水系统的安全使用。

3　执行 《消规》过程中遇到的主要问题

《消规》于2014年发布后，该项目在执行《消规》过程中遇到以下主要问题：

（1）《消规》中3.1.1条文规定：“工厂、堆场和储罐区等，当占地面积大于100 hm2，同一时间内的火灾起数应按2起确定，工厂、堆场和储罐区应按需水量最大的2座建筑各计1起”。按照《消规》中上述的条文规定，该石化项目的单个工艺生产装置和单个油品储运罐组均应作为1座“建筑”对待。经过计算得到的结果是，厂区消防用水量将达到1 400 L/s（5 040 m3/h）。这样一来，该项目不仅需要近乎成倍地扩大消防水泵站的设计规模，而且需要大幅度地增加供水主干管和部分环状管网的管道管径，同时还有相当数量的阀门需要加大口径。

（2）按照《消规》中2.1.3条文规定，该项目设计方案采用的稳高压消防给水系统属于临时高压消防给水系统。根据《消规》中6.1.11条文规定：“工矿企业消防供水的最大保护半径不宜超过1 200 m，且占地面积不宜大于200 hm2”。该项目厂区占地面积为620 hm2，不仅需要再增设至少2座消防水泵站，而且必须调整2座已有消防水泵站的平面位置，甚至还需要重新规划调整全厂总平面布置。

（3）《消规》中6.2.1条文规定：“消火栓栓口处静压大于1.0 MPa时，消防给水系统应分区供水”。按照此条文规定，该项目必须要增设若干专用阀门，把一个完整的全厂稳高压消防水管道系统，人为地分隔为若干个互相独立的消防给水管道系统。

（4）该项目的消防水管道系统系根据《石化规》进行设计，采用的消防水管道的设计流速为不大于3.5 m/s，设计消防给水管道的主要干管管径为DN 600 mm。但是，《消规》中8.1.8条文规定：“消防给水管道的设计流速不宜大于2.5 m/s”。为了满足该条文要求，再使用《消规》“需水量最大的2座建筑各计1起”确定的厂区消防用水量数据，计算得到的设计消防给水管道的主要干管管径就必须不小于DN 900 mm。该项目若执行《消规》的上述条文规定，必须增大整个厂区消防给水管道系统近于全部的管道管径和阀门口径。

4　《消规》相关条文对石化项目的适用性探讨

（1）当石化项目厂区占地面积大于100 hm2时，若按照《消规》中3.1.1条文规定进行消防用水量进行设计时，不仅需要扩大消防水泵站的设计规模，而且需要大量地增加整个消防给水系统的管道管径和阀门口径。《石化规》的长期应用经验完全可以证明，石化企业厂区消防用水量按照消防用水最大处和辅助生产设施的消防用水量之和确定，这样得到的消防水泵站设计规模既是比较经济合理的，也是本质上安全可靠的。与此同时，由于按照《石化规》设计计算得到的消防用水量本来就已经足够大的原因，所以消防水泵站设计方案无法再执行《消规》中5.1.4和5.1.6等条文关于消防水泵的选择和应用等规定。

（2）若根据《消规》中6.1.11条文规定，石化企业整个厂区的稳高压消防给水系统属于“建筑群共用临时高压消防给水系统”。但是，《石化规》所要求的稳高压消防给水系统，不仅消防水泵站电动消防水泵的供电方式满足一级负荷供电要求，而且同时又配备了100%柴油机消防水泵作为备用泵，已经达到无障碍的动力配备要求。从其安全可靠性分析，可以认为石化企业稳高压消防给水系统完全可以等同于《消规》中的“高压消防给水系统”。另外，石化企业的消防水管道沿厂区消防道路敷设，形成大环套小环、大小环又环环相扣的环状管网系统，并且消防水管道上设置的阀门把整个环状管网分隔成若干可以互相独立的管段。所以，该项目已经按照《石化规》（修订版报批稿）中“石油化工企业占地面积大于200 hm2时，消防水泵站应不少于2座”等相关条文规定进行设计，不需要再增设消防水泵站，这样是比较经济合理和安全可靠的。对于厂区面积大于200 hm2的大型石化企业，尤其是对于某些占地面积超过400 hm2甚至大于1 000 hm2的特大型石化企业，其消防水泵站设置数量和其消防供水的最大保护半径等均不需要再执行《消规》中6.1.11等条文规定。

（3）石化企业稳高压消防给水系统的工作压力一般均大于1.0 MPa，并且选用的是可调压的消火栓。这样既可以满足消防时的水压要求，又不会对消防人员的操作使用带来困难。根据石化企业多年的实际运行情况可知，其消防给水系统根本不需要再执行《消规》中6.2.1条文等规定。尤其是若把一个完整的厂区稳高压消防水系统管网，人为地分隔为若干个消防水系统，不仅会增加不必要的工程投资，而且直接降低了整个厂区消防给水系统的安全可靠性。

（4）《石化规》8.5.4条文中规定“独立的消防给水管道的流速不宜大于3.5 m/s”。该管道流速规定不仅综合考虑到国内石化企业的消防给水系统管道材质均采用钢制管道等实际工程现状，而且兼顾到阀门快速启闭及水泵机组突然停车等因素形成水击对于管路的影响，同时还参考了国外标准，把消防给水管道的流速从1999年版《石化规》中5 m/s降低到3.5 m/s。这样的规定不仅切合实际，而且完全能够确保消防水管道系统长周期地安全可靠运行。实践充分证明，石化项目厂区消防给水系统设计完全不必再硬性执行《消规》8.1.8条文中“消防给水管道的设计流速不宜大于2.5 m/s”等条文规定。

5　结语与建议

经过认真学习研读《消规》，作者认为《消规》中的部分条文，在很大程度上主要适用于民用建筑、居民小区、公共设施和厂区面积较小的工业企业等建设工程。而石化项目设计若完全执行《消规》会带来诸多不合理问题。与之相比较而言，《石化规》对于指导石化项目厂区消防水泵站和消防给水管道等消防给水系统设计则具有更强的适用性。

《消规》作为从《建规》中分离衍生出来的一部规范，作者认为应该进一步增强与《建规》和《石化规》等相关规范的衔接性。基于石化项目设计的急迫需要，作者切盼《消规》能够尽快地修订一些不太适用的条文。建议《消规》是否可以考虑参照《建规》修订，在1.0.2条文中，增加“人民防空工程、石油和天然气工程、石油化工工程和火力发电厂与变电所等的防火设计，当有专门的国家标准时，宜从其规定”等内容。

［1］GB 50160—2008，石油化工企业设计防火规范［S］（包括修订版报批稿）.

［2］GB 50016—2014，建筑设计防火规范［S］.

［3］GB 50974—2014，消防给水及消火栓系统技术规范［S］.

［4］韩艳萍，张晋武.石油化工企业常见消防设计问题探讨［J］.工业用水与废水，2014，45（2）：78-82.

Safe reliability analysis of fire water supply system in a petrochemical project and discussion on applicability of relevant codes

ZHU Yuan-chen，LUAN Xin-xiao，ZHU Chao-fan
（CPECC East-China Design Branch，Qingdao 266071，China）

The fire water supp1y system in a 1arge petrochemica1 project was introduced，the safe re1iabi1ity of which was ana1yzed，and the app1icabi1ity of issues re1ated to GB 50974—2014 Technical Code for Fire Protection Water Supply and Hydrant Systems were discussed.Meanwhi1e，the amendments of re1evant codes and specifications were a1so proposed.

petrochemica1 industry；fire water supp1y system；safe re1iabi1ity；app1icabi1ity of codes；amendment

TQ086.1；TU998.1

A

1009-2455（2016）02-0073-04

朱元臣（1957-），男，河南驻马店人，高级工程师，大学本科，多年来一直从事石油化工给水排水工程设计工作，（电话）0532-80950645（电子信箱）zhuyuanchen@cnpccei.cn。

2016-01-26（修回稿）