火电厂烟气脱硝工程液氨储罐区消防设计

张晶

(中国华电工程(集团)有限公司，北京 100035)

0 引言

2011年年初，我国环保部颁布了《火电厂大气污染物排放标准(二次征求意见稿)》。其与2009年颁布的一次征求意见稿相比，在脱硝减排进展速度及力度上都有了明显提高。我国各电力集团和发电公司也积极响应国家政策，开始将脱硝纳入电力建设总体规划，新建火电机组同步建设脱硝装置，对已建机组逐步进行脱硝改造。目前，选择性催化还原(SCR)法是国内大型燃烧设备首选烟气脱硝技术，而SCR法通常以氨为还原剂，对氨的需求量非常大。液氨储罐容积都大于GB 18218—2009《重大危险源辨识标准》所规定的10 t的氨临界量，因此，液氨储罐属于重大危险源，其存在最主要的、最严重的危害为火灾、爆炸(化学或物理爆炸)及毒物危害。氨属于乙类化学品，火灾危险性很大，而现行GB 50229—2006《火电厂与变电站设计防火规范》却没有相应的要求，可以参考的GB 50219—1995《水喷雾灭火系统设计规范》、GB 50016—2006《建筑设计防火规范》与GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》又存在不一致的地方，使设计人员不好把握。为了配合今后大量脱硝项目的开展，迫切需要完善消防规范。

1 生产工艺流程

火电厂烟气脱硝工程氨站装置主要完成液氨卸车、液氨储罐及液氨气化输送3个工序，氨站采用连续加热蒸发方式对脱硝装置供气态氨。氨站生产工艺流程如图1所示。

液氨通过压缩机由槽车卸入液氨储罐，液氨靠自身压力进入液氨蒸发器气化为氨气，氨气靠自身压力送入脱硝工段。

图1 氨站生产工艺流程

2 液氨的火灾危险性分类

根据GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》3.0.1 与 3.0.2 条的规定，氨气与空气混合物的爆炸极限是15.7% ～27.4%，属于乙类可燃气体，而且液氨属于28℃≤闪点≤45℃的乙A类可燃液体。

3 液氨区消防系统设计标准

氨区水喷雾系统的水量计算主要依据GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》执行，主要设计依据如下:

(1)根据该规范8.10.13条的规定，全压力式液氨储罐宜采用固定式水喷雾和移动式消防冷却水系统，冷却水供给强度不宜小于6 L/(min·m2)，其他消防要求与全压力式液化烃储罐相同。

(2)根据该规范8.10.5条的规定，移动式消防用水量应按罐组内最大储罐的用水量来确定:当储罐容积＜400 m3时，用水量不应小于30 L/s;当储罐容积≥400 m3且＜1000 m3时，用水量不应小于45 L/s;当储罐容积≥1 000 m3时，用水量不应小于80 L/s。

(3)根据该规范8.10.4条的规定，全压力式及半冷冻式液化烃储罐固定式消防冷却水系统的用水量应符合下列规定:着火罐冷却水供给强度不应小于9 L/(min·m2);距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内罐的冷却水供给强度不应小于9L/(min·m2)，着火罐冷却面积按照其罐表面积计算，邻近罐冷却面积按其半个罐体表面积计算;距着火罐1.5倍着火罐直径范围内的邻近罐超过3个时，冷却水量可按3个罐时的用水量计算。

(4)根据该规范8.10.7条的规定，液化烃罐区的消防用水延续时间为6 h，液氨储罐参照执行。根据此条规定，消防用水延续时间取6 h。

目前的脱硝工程最多设置4个液氨储罐，通常为2个或3个。每个氨罐在泄漏危险大的部位设置1个氨泄漏报警仪，通常设置在氨罐上部。因为每个罐都有可能成为着火罐，也都可能成为着火罐的相邻罐，如果按此条规范要求，每半个罐就需设置1个独立环路、1个报警阀，当对应的氨泄漏检测仪报警时，对应的报警阀开启，对应的半个罐的喷头喷水，从而使管路系统和控制系统变得复杂。氨泄漏检测仪没有实测经验，不知道是否足够灵敏;若1个罐设置1个可燃气体探测器，因罐之间净距只有1.7 m，不知道着火罐、相邻罐的报警是否可以有效区分。基于这些考虑，对于设置2个或3个罐的工程，只设置1套报警阀，工作状态时任何一个氨泄漏报警仪报警后，报警阀打开，所有储罐的喷头同时喷水。此时的消防设计水量按喷水强度9L/(min·m2)、火灾延续时间按6 h计算，即:设置2个储罐的工程，2个储罐同时喷水;设置3个储罐的工程，3个储罐同时喷水;当设置4个储罐时，同时喷水水量过大，而且规范允许最多按照3个罐考虑，因此，按照每个储罐1套报警阀、每个报警阀1套环路进行设置。在工作状态下，着火罐的雨淋阀和相邻罐的雨淋阀同时开启，由控制专业配合完成。此时，计算消防水量为9 L/(min·m2)，火灾延续时间按6 h计算，理论上最多3个储罐同时喷水。

(5)GB 50219—1995《水喷雾灭火系统设计规范》与GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》关于设计喷雾强度和消防用水持续时间的对比见表1。

(6)经咨询化工专家，根据化工行业的设计经验，确定液氨储罐水喷雾系统喷雾强度取9L/(min·m2)，持续喷雾时间取6h。

4 消防水量计算实例

消防水量计算以设置4个液氨储罐的工程为例，储罐水喷雾系统水量按照防护冷却计算。水喷雾系统水量计算见表2，移动水枪(室外消火栓)水量计算见表3，氨区消防用水总量见表4。

5 消防排水

根据GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》5.2.27条，火灾事故状态下，受污染的消防水应有效收集和排放。液氨属于有毒物质，它对人体、土壤、空气和水源都可造成非常严重的危害。液氨区应收集喷洒时液氨和消防水的混合液，其中氨水的质量分数约为30%，不能通过附近的雨水或污水系统而排入市政系统。收集方法通常有2种:一种是氨区设置废水池，废水池的容积和废水泵合理匹配，将含氨废水排到厂区污水处理站或者在废水坑暂时存储;另一种是含氨废水直接排到厂区雨水系统，在厂区雨水管网的总出口设置废水池，通过阀门转换，只排雨水时，直接排到厂外市政雨水系统，如厂内雨水管网遭到污染，由阀门控制排到废水池收集处理后再排出。

表1 设计喷雾强度和消防用水持续时间的对比

表2 水喷雾系统水量计算

表3 移动水枪水量计算

表4 消防用水总量 m3

目前，脱硝工程氨区设置有废水池，但废水池容积小，通常只有30 m3，只能满足平时检修需要，而且污水泵排污能力不大，一般为每台60 m3/h，不能按照消防时的消防排水流量及时排除。这样，势必造成消防时氨区及附近区域布满含氨废水，废水渗入附近土壤、流入周围的雨水系统会造成环境污染。现阶段，在老电厂脱硝改造工程中布置足够大的水池受现有场地限制，而设置足够大的排水泵，污水处理站的设计能力也要重新校核。这些都需要在初步设计阶段统一考虑。

6 电厂消防系统设计现状

电厂通常以主厂房火灾危险性最大，消防水量最大，故消防水泵和消防水池的水量均以主厂房消防要求计算。消防水池容积一般为800～1 000 m3，主厂房消防设计用水量大于氨区消防用水量，但主厂房火灾延续时间通常为3 h，而氨区火灾延续时间为6 h，在延续时间内主厂房所需的总水量少于氨区。氨区消防启动时，消防水泵流量大于氨区所需水量，导致水泵工作点左移，使消防系统工作压力高于设计压力，所以，氨区需设置减压阀以保证实际工况不偏离设计工况。而消防水池水量又不足，不能提供氨区6 h的消防用水总量。因此，在最不利工况下，电厂消防水池容积不能满足氨区消防水量需要。

7 建议

根据上述分析，建议在修订《火电厂与变电所设计防火规范》时，考虑烟气脱硝工程液氨罐区的实际需要，明确脱硝氨区设计标准，即明确喷水强度和火灾延续时间，使相关单位设计人员有统一、明确的设计依据，从而在初步设计阶段就能够充分考虑氨区的消防需要，合理配置消防水池和消防水泵，充分考虑氨区消防排水的处理方案。

［1］中国市政工程东北设计研究院.给水排水设计手册［M］.2版.北京:中国建筑工业出版社，2000.

［2］住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施——给水排水［M］.北京:中国计划出版社，2009.

［3］GB 50016—2006，建筑设计防火规范［S］.

［4］GB 50229—2006，火电厂与变电站设计防火规范［S］.

［5］GB 50160—2008，石油化工企业设计防火规范［S］.

［6］GB 50219—1995，水喷雾灭火系统设计规范［S］.