石油化工企业消防给水系统设计

王威

（中国石油东北炼化工程有限公司，辽宁大连116085）

石油化工企业消防给水系统设计

王威

（中国石油东北炼化工程有限公司，辽宁大连116085）

石油化工企业生产装置和罐区大部分属于甲类火灾危险区域，存在发生火灾和爆炸事故的可能性。文中分析了消防给水系统在石油化工企业消防方面的重要作用，并阐述了稳高压消防给水系统的工作原理，探讨了给水系统的组成、设备配置及技术参数的确定和控制方式。

石油化工；消防；给水系统；设计

石油化工企业生产装置生产中涉及的原料、产品、半成品及副产品，绝大多数为易燃易爆的可燃性气体或液体，生产过程多为高温、高压条件，具有较高的危险性，存在发生火灾和爆炸事故的可能性非常大。石油化工企业的消防工作可为重中之重，首先在设计上就应周密考虑，在石油化工企业的消防设计中，最重要的就是消防给水系统。

1 消防供水系统

1.1 高压消防给水系统

（1）工作原理：高压消防给水系统利用地势高差设高位水池（或高位水塔）使消防给水管网始终保持一定的压力和流量，满足全部消防设备投入使用的要求。发生火灾时，不需要使用其他消防给水设备对此给水系统进行加压［1］。

（2）技术特点：无论准工作状态还是在消防全过程都能有效保证消防所需要的水压和水量要求；不过此种工况实施有一定的局限性，很难实现。

1.2 稳高压消防给水系统

（1）工作原理：稳高压消防给水系统是以消防稳压系统的日常高稳压使管网压力大于或等于0.7 MPa。火灾发生时，随着消防设施的启用，管网压力下降至设定值，通过压力联动，自动启动消防给水主泵从消防储水罐（或消防水池）吸水后加压供给消防给水管网，满足全部消防设施系统投入使用所需要的工作压力和流量。同时消防稳压系统通过联动自动停止运行［2］。

（2）技术特点：平时管网维持高压，火灾时消防水泵自动开泵，消防动作及时。但由于稳压水泵流量小，初期火灾在消防水泵开泵之前，系统不能提供消防全部用水。

1.3 临时高压消防供水系统

（1）工作原理：临时高压消防给水系统平时不能满足消防设施系统投入使用所需要的工作压力和流量，火灾时能自动启动消防水泵以满足消防设施系统所需要的工作压力和流量的供水系统。

（2）技术特点：消防水泵开泵之前，既不满足灭火时供水压力要求又不满足灭火所需要的流量要求。消防动作严重滞后。

2 稳高压消防给水系统在实际工程中的应用

（1）高压消防给水系统在准工作状态和消防时都要完全满足消防用水的水压和流量要求，需设高位水池（或高位水塔），在实际工程中很难实施。临时高压消防给水系统在准工作状态时，由于消防用水的水压和流量不能完全满足，消防动作严重滞后，因此一旦发生火灾，不能有效地、及时地扑灭火灾，以至造成严重后果。

稳高压消防给水系统只需配置消防主泵和稳压装置就可实施，相比高压消防给水系统，容易实现。稳高压消防给水系统不论在准工作状态和消防时，基本能够满足石化企业相应消防用水的水压和流量要求，无需消防车加压，可立即取水进行扑救，提高了消防的速度，相比临时高压消防给水系统具有消防动作及时，系统设备投入使用快等优点［3］。

（2）有利于石油化工企业装置和罐区的扩建。对石油化工企业装置和罐区扩建工程，只要原有稳高压消防给水系统满足扩建工程消防供水压力和流量要求，新建工程消防给水系统只需从原有稳高压消防给水管网中接出消防给水管线，并在管线上设置一定的消防设施即可，无需新建消防给水泵站，节省工程投资。

（3）设计稳高压消防给水系统，采用消防给水管网压力联锁启动消防供水主泵，与临时高压消防给水系统相比，此系统可取消大量消防设施（消火栓、消防炮等）现场起泵按钮和消防湿式自动喷淋系统控制阀与消防供水主泵联锁启动的控制电缆，节省了工程投资，并使消防给水系统在保证正常给水压力和流量的前提下，控制系统简洁化，便于消防队员操作和使用。

（4）消防给水设备均设在消防给水泵站内，相对集中，便于消防队员操作、管理、保养、维护。

综上所述，石油化工企业采用全厂性稳高压消防给水系统既保证了消防用水的水压和流量，又满足石化行业消防设施需要投入使用快的要求，此系统还便于操作、管理、维修和日后的扩展。所以稳高压消防给水系统在石油化工企业消防方面起到十分重要的作用。

3 稳高压消防供水系统的构成

3.1 消防水源

有消防水池和消防水罐两种储存方式。消防水池采用钢筋混凝土结构。由于钢筋混凝土水池看上去较为笨重，特别是对较大的消防水池，如采用地上型式，占地面积大，影响厂区的整体美观。如采用地下型式，不能满足消防水泵自灌要求（如为满足消防水泵自灌要求，采用半地下泵房，影响日常操作管理），带来安全隐患。钢制水罐采用地上型式，相比消防水池，占地面积小，易检修、操作，平面布置不影响厂区的美观。所以对较大型的消防储水设施建议采用钢制水罐的型式［4］。

（1）消防储水设施有效容积，应满足火灾延续时间内消防用水总量的要求。当发生火灾能保证向水池连续补水时，其容量可减去火灾延续时间内的补充水量。

（2）消防水池有效容积大于500 m3时，宜设两格能独立使用的消防水池；消防水池大于1 000 m3时，应设置能独立使用的两座消防水池，并设带阀门的连通管；消防水罐同理。

（3）消防储水设施补水时间，不宜超过48 h。

（4）消防储水设施与全厂性生活或生产储水设施合建时，应有消防用水不作他用的技术措施。

（5）寒冷地区应设防冻措施。

3.2 消防供水主泵

（1）消防供水主泵动力源问题

在全厂性或比较重要的联合装置或大型石油库的稳高压消防给水系统中，消防给水主泵即使在有双电源或双回路电源供电时，其备用泵仍建议采用柴油泵，以保证消防给水主泵有更可靠的动力供应。这样虽增加了一次性投资成本，但是在火灾时，消防水泵的启动和运行更为可靠。

（2）消防供水主泵配置和技术参数的确定

消防供水主泵的配置建议选择两电两柴，消防供水主泵配置数量，应由单台水泵功率决定，配置合理，可节省工程投资。建议单台水泵功率不要超过710 kW，2个电动泵作为主泵，2个柴油泵作为备用。选择电动泵为主是考虑操作方便，选择柴油泵作为备用是考虑出现意外情况导致全部电源中断时使用。大连某企业原油罐区火灾，消防电动供水主泵因供电线路全部中断，无法启动。又无柴油备用泵，导致消防供水系统没有正常运行，至使延误灭火最佳战机，导致火情扩大，损失严重。

消防给水主泵的流量应满足系统供水范围内最大消防用水量的设计流量。扬程应按环状管网中1条干管发生故障或检修时，其余干管仍能通过全部消防用水量至最不利点所需扬程计算。而且消防水主泵要求在150%额定流量时，水泵扬程不低于65%额定扬程［5］。

3.3 消防稳压系统设置

（1）消防稳压系统的分类

①设稳压泵的消防稳压系统。准工作状态时的消防用水水压通过连续运行的消防专用稳压泵来保证。该消防稳压系统适合较大型的消防稳高压给水系统。但消防稳压水泵需要连续工作，能耗高。

②设气压水罐的消防稳压系统。准工作状态时的消防用水水压靠气压水罐的压力保证，气压水罐的压力由配套设置的稳压水泵来提供。消防给水系统管网的泄露量直接关系到气压水罐的容积，消防给水系统管网的规模大，管网相对的泄露量就大，如气压水罐的容积小，稳压水泵就要频繁的启动以补充气压水罐的水量。所以该稳压系统适合较小型的稳高压消防给水系统，特别是建筑稳高压消防给水系统。

③设变频调速恒压装置的消防稳压系统。准工作状态时的消防用水水压通过稳压泵运行来保证。稳压泵配套变频控制柜，可根据消防水系统管网的压力自动调节稳压泵的供给流量，按需供给，在一定程度上，降低了系统能耗。所以石化企业全厂性的稳高压消防给水系统建议设置该种稳压系统。

（2）消防稳压泵流量、扬程的确定

消防稳压泵的流量是稳高压系统的重要设计参数，它直接关系到稳压泵的选择及系统的安全经济性。设计流量过大，系统投资、日常运行费用就会增高，且火灾初期流量较小时，会影响主泵启动的时间滞后；设计流量过小则会因管网及消防设备的渗漏使系统稳不住压力，导致消防主泵频繁启动，稳高压系统无法使用。在综合考虑上述因素后，消防稳压主泵设计流量要考虑1支水枪出水量5 L/s加上管网渗漏量之和来确定较为合适，满足工艺要求，安全、经济。可控制在15 L/s左右。备用稳压泵则考虑设置流量较大一些，可控制在30 L/s左右，满足全厂辅助生产设施消防水量的要求。以防止消防供水主泵频繁启动。

消防稳压泵扬程应根据消防系统要求确定，可低于消防主泵扬程要求，但最小不得小于最不利点消防设施所需的消防供水压力。稳压压力不宜过高，压力高对管网材质和施工要求高，整个系统易发生泄漏现象。根据计算，稳压泵扬程一般不应超过1.0 MPa。

3.4 消防安全泄压系统

稳高压消防供水系统设有防超压措施。由于消防时用水的不均匀性，在消防管网上设置超压回流管线，以防止初期火灾或火灾较小时，消防水主泵工作但消防用水量较小而造成管网超压，保证系统的正常运行。泄压后的水应回流至消防储水罐，消防安全泄压管道管径的选择应根据消防安全泄压阀开启时的压力所对应的消防供水主泵的流量来确定管径大小，应小于消防水泵出水管道管径。

3.5 消防水回流系统

为测试消防水泵的性能及工作状况，消防水泵出水管道母线上应设置回流管道至消防储水设施。回流管道管径应不大于消防水泵出水管道管径，并设置手动切断阀门（可考虑与消防安全泄压系统管线合并设计）。

消防水回流系统还可以延长消防水系统管网的使用时间。由于石化行业设计的消防系统管网，大部分是钢管，而不流动的水易孽生厌氧菌，厌氧菌对钢管会产生生化腐蚀，这种腐蚀多为点蚀，对消防系统管网破坏性极大。该种腐蚀导致的最根本原因就是消防水的不流动，因此，定时利用消防水回流系统使消防系统管网的消防水流动起来，是防止消防水系统管网腐蚀的最好措施。

3.6 消防给水系统管网管材的选择和垫片的选择

（1）管材的选择

石油化工企业消防给水系统管网所用的材料均采用钢管。由于钢管采购容易，耐高压且安装方便，特别是临时接管简便，备受设计人员青睐。但钢管有个致命的弱点，就是耐腐蚀性较差，消防系统管线均埋地敷设，埋地钢质管道外防腐采用环氧煤沥青特加强级防腐；内防腐采用牺牲阳极保护系统。

（2）垫片的选择

石油化工企业消防给水系统管网上的阀门和消防设施均为法兰连接，法兰之间的垫片选择根据工程经验对消防供水系统的稳压效果至关重要，石油化工企业消防给水系统设计压力为1.2～1.6 MPa，为保证稳压效果，使消防稳高压消防供水系统能常年正常运行，建议选择增强柔性石墨板垫片或金属缠绕垫片。

4 稳高压消防给水系统操作

（1）正常运行时：系统压力保持在1.00 MPa左右。当系统压力P≤0.90 MPa时，稳压泵开启；当系统压力P≤0.85 MPa时，备用稳压泵开启；当系统压力P≥1.00 MPa时，稳压泵关闭；稳压泵互为备用。并设有手动、自动切换开关。

（2）发生火灾时：消防泵自动启动进行消防供水。

发生火灾时，消防电动主泵自动启动进行消防供水。当系统压力P≤0.80 MPa时，消防电动主泵开启；当系统压力在消防电动主泵启动60 s后仍小于0.80 MPa，自动启动消防电动主泵；操作人员手动关闭运行不正常的消防主泵。消防主泵启动后，联锁关闭所有消防稳压泵。

当消防电动主泵（或备用泵）因故障无法运行时，延时10 s后，自动启动柴油机泵。操作人员手动关闭运行不正常的消防泵。

（3）当系统压力P≥1.50 MPa时，消防安全泄压系统中的泄压背压阀开启。

（4）消防结束，当火警解除后，必须手动关闭消防给水主泵，系统返回稳压状态。

（5）消防水泵开启有3种控制状态：①通过系统压力自动启动；②可在操作室内手动远程启动；③在现场手动启动。

（6）泵检维修和盘车操作时，设有切断向其发送自动开启信号的手动开关。

（7）控制指示：设有消防稳压泵和消防水电动泵运转状态（包括开、停、故障）的显示、电流显示，系统压力显示，手动/自动切换开关状态显示；消防水储罐设有液位指示、报警，并和消防储罐补水管线上的电动阀联锁。

（8）柴油机消防泵组控制技术要求：远程启动、运行信号、手动/自动切换开关状态信号、综合故障信号及所有显示参数能够通过通讯上传到操作室。

5 结束语

稳高压消防给水系统能够提高石油化工企业固定式消防设施的消防防护能力以及应急防护水平。消防给水主泵、消防稳压水泵依靠管网压力自动工作，实现无人化操作，供水速度快，能够及时将火灾在初期阶段扑灭或有效控制。

在石油化工企业稳高压消防给水系统设计中，必须优化系统的形式及组成，系统供水范围划分合理，设备配置适当，技术参数设计准确，控制方式及联锁要求先进，并优选管网材质和消防水泵动力源，不仅能够保证整个系统的安全可靠，延长使用年限，而且还可降低能耗。

［1］李苏秦，张晋武，胡晨，等.石油化工企业设计防火规范［M］.北京：中国计划出版社，2009：39-40.

［2］陆莺.石化企业稳高压消防给水系统设计的探讨［J］.化工设计，2004，14（6）：41-42.

［3］于华贵.石油化工企业稳高压消防给水设计［J］.炼油技术与工程，2003，33（2）：19-21.

［4］陈应新.石油化工稳高压消防给水系统设计要点探讨［J］.石化技术，2006（3）：26-29.

［5］樊少明.化工企业厂区消防给水系统探究［J］.当代化工，2014（5）：21-23.

Fire water supply system design of petrochemical enterprise

Wang Wei
（PetroChina Northeast Refining＆Chemical Engineering Co，LTD，Dalian 116085，China）

Most of petrochemical production plants and tank farms belong to Class A fire danger zones in which there is the possibility of fire and explosion accidents.This paper analyzed the important role played by the fire fighting water supply system in the fire fighting aspect of petrochemical enterprise,expounded the working principle of the steady high pressure fire fighting water supply system,and discussed the composition of the water supply system and the equipment layout as well as the determination and control method of the parameters.

petrochemical enterprise;fire fighting;water supply system;design

TE685

B

1671-4962（2017）06-0069-04

2017-10-03

王威，男，工程师，1999年毕业于长安大学水文与水资源工程专业，现从事石油化工给排水和消防设计工作。