国外水泥厂油罐消防系统设计的探讨

宣轶群，谢志英，陶金成，熊忠良，张平

国外水泥厂油罐消防系统设计的探讨

宣轶群，谢志英，陶金成，熊忠良，张平

对国外水泥厂石油库油罐区域消防系统设计进行了阐述，对其与国内同类项目设计之间的异同进行了比较和分析，讨论了国外油罐区消防设计参数和国标消防设计参数存在的差别。

油罐泡沫消防；油罐冷却防护；美国消防标准；中国消防规范

TU279.743

A

近年来，紧随一带一路发展规划，国内设计公司不断加强欧美设计标准的探索与研究，优化设计理念，以加快国内水泥企业海外业务的拓展。国外水泥厂项目中消防设计十分重要，在业主的招标文件中也备受关注。现就国外总承包项目中油库油罐消防系统设计做简要介绍，分析比较国内外油罐区消防设计标准之间的差异，以安全的消防设计方案满足国外业主的要求。

1　油罐消防系统设计标准

国外项目消防系统设计通常执行国际通行的消防标准，如美国国家防火协会标准NFPA（National Fire Protection Association），英国标准BS（British Standard）等，其中国外工程项目中NFPA的应用越来越多。在油罐区消防设计中，常用的美国消防标准有NFPA11《低、中、高倍数泡沫标准2010版》、NFPA13《自动喷水灭火系统2010版》、NFPA15《固定式水喷雾标准2012版》、API2030《固定式水喷雾灭火系统在石油石化业的应用》、NFPA850《火电厂和高压变电站防火标准》等。其中，NFPA11、NF⁃PA15标准应用最为广泛。

国内油罐区消防规范有GB50074-2014《石油库设计规范》（以下简称GB50074）、GB50219-2014《水喷雾灭火系统设计规范》（以下简称GB50219）、GB50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》（以下简称GB50151）等。关于油罐的消防设计，NFPA与国内消防规范相比，其泡沫灭火系统消防条文明确、可操作性强。

2　油罐消防系统

按照美国NFPA11、NFPA15、NF⁃PA850、API2030规范要求，油罐区消防由泡沫灭火系统、固定水喷雾冷却系统、泡沫消火栓及室外消火栓组成。水泥厂油罐区消防类型需根据油罐区域的体积，油罐类型、数量，储藏液体种类等来确定。

泡沫灭火系统：低、中、高倍数泡沫灭火系统设计用于不同的场所，低倍数泡沫灭火系统设计用于保护室外储罐、堤防区域、无防护堤溢流区域，中、高倍数泡沫灭火系统主要用于煤矿、大型飞机库、地下工程等场所。根据设备和管道安装方式的不同，泡沫系统分为固定式、半固定式、移动式；根据喷射方法的不同，泡沫系统分为液上喷射式和液下喷射式。有实践证明液上喷射式灭火效果较好，使用也最为广泛。水泥厂油罐区消防通常采用低倍数液上喷射式固定泡沫灭火系统。

固定水喷雾冷却系统：油罐设置冷却水系统的主要目的是，平时无火情况下作为油罐降温冷却水，发生火灾时作为着火油罐的辅助消防设施。雾化喷水可以有效地降低罐体及其周围的温度，防止罐壳因高温而爆裂，并为相邻油罐提供有效的保护屏障，防止火灾进一步蔓延恶化。

3　设计参数的选择

3.1泡沫灭火系统

泡沫灭火系统设计参数主要包含设计强度、最短喷放时间、泡沫液浓度等，设计参数选择取决于油罐类型、所含液体的特性、油罐尺寸等。根据NFPA11标准规定[1]：含烃固定顶储罐防护泡沫炮和泡沫栓设计强度为6.5L/min·m2，喷放时间50～65min；含烃固定锥形顶储罐固定泡沫喷放口设计强度为4.1L/min·m2，喷放时间30～55min；固定顶储罐液下喷射式设计强度4.1L/min·m2，喷放时间30～55min。GB50151[2]规定，泡沫液供给强度为6.0L/min·m2，连续供给时间为30min。不同工程项目储罐设计参数的选择需根据具体情况而定，固定泡沫喷放口的数量根据罐体的直径确定。国外水泥厂油罐通常采用固定锥形顶，即设计强度取4.1L/min·m2，喷放时间根据油罐内液体的闪点选择。

3.2水喷雾冷却系统

根据NFPA15[3]，着火罐水喷雾强度最小为6.1L/ min·m2，相邻罐水喷雾强度最小为12.2L/min·m2。在大型化工或石油化工设施中，持续时间8h，通常认为持续时间4h为实际最大值。API2030[4]中规定常压储罐有效喷射强度为4.1L/min·m2，压力储罐的辐射防护强度0～4.1L/min·m2。持续时间根据NFPA850[5]中规定的一般辐射防护取2h。GB50074[6]中规定着火罐冷却水供给强度为2.5L/min·m2，供给范围为罐壁表面积；相邻罐冷却水供水强度为2.0L/min·m2，供给范围为罐壁表面积一半，持续供给时间均为6h。GB50219[7]中规定甲、乙、丙类液体储罐防护冷却水的供给强度为6L/min·m2，持续供给时间按6h计。NFPA标准中冷却水强度高于国标，冷却水持续供应时间低于国标，计算出的冷却水总量远大于国标[8]。

4　工程应用

本文以我院在建的沙特某5 000t/d水泥生产线总承包项目为例，介绍国外水泥厂燃油系统常用的固定顶罐消防系统设计在实际工程中的应用。其油罐区共有2座5 000m3的固定锥形顶油罐，直径为24m，高度13.5m，防护堤尺寸为80.5m×40m，罐内储存闪点为55℃的重油；1座500m3的小型柴油罐。罐区的布置见图1。

该工程采用油罐罐体固定式低倍数液上喷射泡沫灭火系统，水喷雾辐射防护灭火系统。防护堤采用泡沫消火栓、泡沫炮、室外消火栓防护。按照业主合同要求，工程采用NFPA消防标准。

图1　罐区布置图

4.1泡沫灭火系统

（1）重油罐泡沫混合液流量计算

式中：

Q1——泡沫混合液流量，L/s

q设——泡沫混合液的供给强度，取4.1L/min·m2

S——按重油罐的横截面积计算，为452.16m2

设计供给的泡沫混合液流量：

式中：

q1——每台PC16泡沫发生器的流量，L/s

K——泡沫发生器流量特性系数，厂家提供为6.83

P——泡沫发生器进口压力，MPa

（2）防护堤泡沫混合液流量计算

泡沫炮泡沫混合液流量：

式中：

Q1——泡沫炮泡沫混合液流量，L/s

q设——泡沫混合液的供给强度，取6.5L/min·m2

S——防护堤面积，为2 295.68m2

泡沫炮泡沫混合液流量：

选取泡沫消火栓数量n=3个，型号PQ4，工作压力P=0.5MPa，q1=4L/s

Q设3=n·q1=3×4=12L/s=720L/min。

总泡沫混合液流量：

（3）泡沫液总储量

式中：

Vfoam——泡沫液总储量，m3

t——重油罐泡沫混合液供给时间，取30min

t1——防护堤泡沫炮泡沫混合液供给时间，取20min

t2——防护堤泡沫消火栓连续供给时间，取20min

4.2水喷雾辐射防护冷却系统

（1）重油罐表面辐射防护喷水量

式中：

Qw1——水喷雾水量，m3/h

q设——水喷雾设计强度，取4.1L/min·m2

S——保护面积，为1 092.72m2

（2）着火时相邻油罐1/2表面积防护喷水量

式中：

S柴油罐——柴油罐表面积，283.86m2

（3）喷水水量：

式中：

VW——喷水总水量，m3

tW——水喷雾持续时间，取2h

（4）泡沫灭火系统用水量

（5）总用水量

通过上述计算进一步明确了国外油罐区消防设计参数的选择。在阿联酋UCC10 000t/d熟料水泥生产线中[9]，其油罐区2座5 000m3重油罐泡沫灭火消防系统的设计参数为：泡沫灭火系统的设计强度取值为6L/min· m2，泡沫持续供给时间为40min，泡沫枪设计流量9L/s，泡沫持续供给时间为20min，泡沫浓度为6%，经计算得出的泡沫液用量为8.36m3，泡沫混合液所需的储水量131.04m3。国内某项目7座5 000m3重油罐区，3座5 000m3净化油储罐[10]，采用水喷雾冷却系统和泡沫灭火系统的消防设施，具体参数为：水喷雾的设计强度为2.5L/min·m2，相邻油罐的设计强度为2.0L/min·m2，连续供给时间均为6h。泡沫灭火设计强度6L/min·m2，泡沫连续供应时间40min。该项目水喷雾冷却防护设计是根据最不利着火点一座5 000m3净化油储罐和相邻2座5 000m3净化油储罐考虑。经计算，冷却及泡沫用水储量总量为1 612m3。由此可见，实际应用时设计参数的取值应根据具体的工程条件及其设计要求而定。

5　结语

由于设计标准、参数的不同，国外水泥厂油罐的消防系统设计与国内同类项目相比，加强了泡沫消防与水消防的共同作用，防护堤区域的消防设置更加全面。国外水泥厂工程设计更加重视消防部分，针对油罐区的消防更加系统全面。

[1]NFPA11.Standard for Low-,Medium-,and High-Expansion Foam [S].美国消防协会标准，2010.

[2]GB50151-2010.泡沫灭火系统设计规范[S].中华人民共和国国家标准.

[3]NFPA15.Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection [S].美国消防协会标准，2012.

[4]API2030.Application of Fixed Water Spray Systems for Fire Protec⁃tion in the Petroleum and Petrochemical Industries[S].美国石油学会标准，2005.

[5]NFPA850.Recommended Practice For Fire Protection For Electric Generating Plants And High Voltage Direct Current Converters Stations [S].美国消防协会标准，2012.

[6]GB50074-2014.石油库设计规范[S].中华人民共和国国家标准.

[7]GB50219-2014.水喷雾灭火系统设计规范[S].中华人民共和国国家标准.

[8]谭荣美.国外燃机电厂中大型油罐消防系统设计的一些探讨[J].高新技术，2013.

[9]苟嘉黎，等.泡沫灭火系统在水泥厂油罐消防中的应用[J].新世纪水泥导报，2007.

[10]崔学龙，等.水喷雾灭火及低倍数泡沫灭火系统在油罐消防的应用[J].化工设计，2006.

Discussion on the Overseas Design of Oil Tank Fire Fighting Systteemm

1001-6171（2016）05-0058-03

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编辑：吕光