伊拉克某油田水洗罐罐区消防系统设计探讨

赵海龙

(中海油石化工程有限公司,山东 青岛 266101)

伊拉克东南部某油田原油处理终端主要是对采出原油进行油、气、水三相分离，新建原油水洗罐是原油处理工艺系统的重要组成部分。水洗罐(固定顶常压储罐)合理的消防系统设计对扑灭可能发生的火灾事故起着至关重要的作用。水洗罐罐区消防系统主要包括低倍数泡沫灭火系统、固定式水喷雾灭火系统、消防水炮、消火栓及泡沫栓系统，水洗罐罐区消防系统设计主要执行NFPA11、NFPA 24、API RP 2030、API RP 2021等消防系统设计标准。新建水洗罐罐区为扩建项目，消防冷却水及泡沫混合液用水接自现有消防冷却水管网，水洗罐罐区其余消防设施均需新建。新建水洗罐罐区包括2台10000m3(直径30.5m，罐壁高14.6m)水洗罐。

1 消防冷却水系统设计

该油田终端现有消防泵站一座，设置有2座10000m3消防水罐，主电动消防水泵2台，流量2×720m3/h，备用柴油消防水泵2台，流量2×720m3/h，消防冷却水系统为稳高压系统，消防冷却水操作压力1.20MPa，稳压泵稳压1.30MPa。

1.1 水喷雾系统设计

储罐设置固定式水喷雾灭火系统，可以使消防冷却水快速到达火灾部位，避免因储罐受热引起其内部储存的易燃液体燃烧。

API RP 2030中对常压储罐设置固定式水喷雾灭火系统有详细的说明，一般情况下，常压储罐没有设置固定式水喷雾保护的必要，且(除了卧式储罐)不建议使用水喷雾保护[1]。固定顶储罐罐区发生火灾的方式主要包括通气设施火灾、储罐溢流导致的地面流淌火灾等[2]。如果使用固定喷淋系统，仅需考虑冷却喷淋储罐上部的3.7m至7.4m以上部分，3.7m以下部分罐壁的冷却可以由立式储罐由上部冷却水沿着罐壁流下的冷却水保护。当储罐顶部设有抗风圈时，每层抗风圈下面均应设冷却水喷头。邻近罐通常在整个储罐的1/4到1/2可能暴露在邻近储罐火灾事故中，因为暴露火灾或储罐内可燃液体规模准确的位置在火灾发生之前可能无法预知，整个储罐均应设置冷却水喷淋保护。固定水喷淋的分区可以确保有效地使用消防水[1]。API RP 2030中有关常压储罐暴露火灾设置固定式消防冷却水的供水强度有明确的规定，用于防护冷却时，供水强度为4.1L/(min·m2)，该强度是基于火灾经验并同时包含2L/(min·m2)的安全余量，规范中未提到火灾延续时间，结合API RP 2001中有关炼厂火灾延续时间为4～6h[3]，本项目取火灾延续时间为6h。GB 50160《石油化工企业设计防火标准》中规定，固定顶储罐设置固定式消防冷却水时，着火罐及邻近罐的供水强度均为2.5L/(min·m2)，着火立式储罐冷却保护面积按罐壁表面积计，邻近罐冷却1/2罐壁表面积，火灾延续供水时间为6h[4]。GB 50183《石油天然气工程设计防火规范》中规定，固定顶储罐设置固定式消防冷却水时，着火罐供水强度为2.5L/(min·m2)，着火立式储罐冷却保护面积罐壁表面积计，邻近罐供水强度为2.0L/(min·m2)，冷却1/2罐壁表面积，火灾延续供水时间为6h[5]。综合国内标准及API标准，着火水洗罐冷却面积为罐壁表面积，邻近罐冷却面积为1/2罐壁表面积。国内标准及API标准计算消防冷却水量见表1。

表1 消防冷却水量

从表1计算结果可以看出，API RP 2030中固定式消防冷却水需求量略小于国内标准。

2.2 消火栓冷却系统设计用水量

消火栓沿新建水洗罐罐区周边道路设置，消火栓间距为50～60m，消火栓流量按5L/s计，同时在罐区周围适当位置设置消防水炮，消防水炮额定流量为40L/s，满足API RP 2001中规定的消防水炮最小流量2000L/min要求。根据GB 50974《消防给水及消火栓系统技术规范规》中有关立式储罐室外消火栓用水量规定，新建水洗罐区域室外消火栓用水量为30L/s[6]。鉴于该油田配置专业的消防员较少，发生火灾事故时，普通员工难以控制长达120 m 的消防水带和较大反作用力的消防水枪。固定式水炮没有后坐力，普通员工即可借助固定式消防水炮对水洗罐进行冷却。综合国内外标准，新建水洗罐区域移动式消防冷却水用水量按同时开启1台40L/s消防水炮及1支5L/s消火栓计[7]。

3 低倍数泡沫灭火系统

新建水洗罐为常压固定顶储罐，罐内储存原油闪点<37.8℃，水洗罐直径30.5m，罐壁高14.6m，设置固定式低倍数泡沫灭火系统，防火堤外设置泡沫栓扑灭由于水洗罐罐体破裂或防火堤内管线泄漏或水洗罐溢流造成的流淌火灾，防止火灾蔓延。因新建水洗罐区域属于扩建部分，该原油处理终端现有2座比例平衡式泡沫混合装置，泡沫液储量均为10m3，采用3%的水成膜泡沫液(AFFF)，用于保护现有水洗罐及原油储罐，新建水洗罐区域保持与现有泡沫液种类一致，便于某一区域火灾情况下相互调配。NFPA 11中规定储罐直径与GB 50151中规定的储罐直径设置泡沫产生器的数量不同，见表2[8-9]：

表2 泡沫产生器数量

NFPA 11中规定了固定顶储罐内储存的可燃液体不同闪点及原油的泡沫混合液供给强度及最小连续供给时间如表3[8]：

表3 泡沫混合液最小供给强度与最小连续供给时间

GB 50151中有关固定顶储罐储存可燃液体泡沫混合液供给强度及最小连续供给时间如表4[9]：

表4 泡沫混合液最小供给强度与最小连续供给时间

GB 50151与NFPA 11衡量泡沫混合液最小供给强度及最小连续供给时间指标有所不同，NFPA 11中供给强度小于GB 50151要求的供给强度，但最小连续供给时间长于GB 50151中要求。

GB 50151与NFPA 11中规定的与储罐直径有关的辅助泡沫抢数量均为2支，连续供给时间均为30min，但GB 50151中要求每只辅助泡沫枪泡沫混合液流量不应小于240L/min，而NFPA 11中要求每只辅助泡沫枪泡沫混合液流量不应小于189L/min，GB 50151与NFPA 11计算结果分别如表5。

表5 泡沫混合液最小供给强度与最小连续供给时间

由上表可知，GB 50151与NFPA 11计算出的泡沫混合液及泡沫液量总需要基本相同。

4 结论

通过新建水洗罐项目消防系统设计，储存可燃液体的常压固定顶储罐国内标准与NFPA及API 消防标准差异主要如下：

(1)API RP 2030规定的固定式水喷雾灭火系统供给强度为4.1L/(min·m2)大于国内标注规定的供水强度。API及NFPA中针对火灾延续时间范围较大，综合国内标准，常压固定顶储罐火灾延续时间取6h合适。

(2)低倍数泡沫灭火系统虽然在诸如储罐泡沫产生器数量、泡沫混合液供给强度及连续供给时间上有差异，但计算得出的总的泡沫混合液量及泡沫液量基本相同。

(3)国内标准相较美标中具体条文规定，可以看出国内标准某些方面更加详细，美标消防系统设计主要从火灾危险性分析、设计方与业主及相关类似工程设计经验的基础出发，两者设计思路有些许不同。