水泥厂油罐区消防冷却水系统设计的探讨

秦江江，徐梦溪

1 项目概况

在水泥厂油罐区的消防设计中，储罐消防冷却水系统的设计尤为重要。消防设计规范的正确使用、冷却水供给强度的合理选取、冷却方式的经济性选择，往往关系到消防水池容积的大小、消防水泵的流量、扬程以及投资的大小。本文以我公司承建并负责生产技术服务的阿联酋ABMC 10 000t/d水泥熟料生产线（以下简称ABMC项目）为例，进行油罐区消防冷却水系统设计介绍。该水泥厂位于阿联酋Al Ain市的ARKAN工业区内，由印度某公司负责项目咨询业务，国内某设计院负责工程设计。ABMC项目以重油（HFO）作为水泥熟料生产线的主要燃料，厂区内设有重油（HFO）油罐区。油罐区共有2个5 000m3的固定锥形顶重油罐（HFO罐），直径24m、高12m，罐内储存闪点为55℃的重油（HFO），非水溶性可燃液体，火灾危险级别为乙B类；1座50m3的小型柴油罐，直径4.5m，高3.6m。油罐区平面布置图见图1。

2 消防冷却水系统设计

ABMC项目始建于2007年9月，于2014年2月27日取得PAC证书，设计时采用GB 50074-2002《石油库设计规范》（以下简称“油库规2002”），该规范现已修订为GB 50074-2014《石油库设计规范》（以下简称“油库规2014”），在新修订的规范中，部分条文结合工程实际案例有所更改。现结合ABMC项目，依据两个版本的《石油库设计规范》，对油罐区消防冷却水系统设计进行对比。

2.1 储罐消防冷却水系统简介

储罐消防冷却水系统有固定式、移动式两种。根据“油库规2002”第12.1.5条第1款规定，单罐容量≮5 000m3或罐壁高度≮17m的油罐，应设固定式消防冷却水系统[1]，故本项目储罐消防冷却水系统采用固定式冷却水系统。“油库规2014”第12.1.5条第1款规定，容量≥3 000m3或罐壁高度≥15m的地上立式储罐，应设固定式消防冷却水系统[2]。对比可知，“油库规2014”的条文要严于“油库规2002”，但设计时都应采用固定式消防冷却水系统。

储罐固定式消防冷却水系统包括消防水泵、消防水池、由电动阀控制的水雾喷头及相应的消防管线。

2.2 储罐消防冷却水流量的计算

“油库规2002”与“油库规2014”中关于地上立式油罐的消防冷却水的供水范围和供水强度计算规定分别见表1和表2。由表对比可知，“油库规2002”与“油库规2014”中的固定式消防冷却水的供水范围和供水强度一致，因此，二者计算出的消防冷却水流量也相同。

图1 油罐区平面布置图

表1 固定式消防冷却水供水范围和供水强度（油库规2002）

表2 固定式消防冷却水供水范围和供水强度（油库规2014）

1个着火罐（HFO罐）所需消防冷却水流量为3.14×24×12×2.5/60=37.68L/s，另1个相邻罐（HFO罐）所需消防冷却水流量为1/2×3.14×24×12×2.0/60=15.07L/s，则储罐区所需的消防冷却水总流量应为37.68+15.07=52.75L/s。

2.3 冷却水雾喷头的设计选型

根据GB 50219-2014《水喷雾灭火系统技术规范》第7.1.2条规定[4]，保护每个HFO罐所需的水雾喷头的数量按式（1）计算：

式中：

N——保护对象所需水雾喷头的数量，只

S——保护对象的保护面积，m2

W——保护对象的设计供给强度，L/（min·m2）

q——水雾喷头的流量，L/min

每个着火罐（HFO罐）的罐壁外表面积为3.14×24×12=904.32m2；消防冷却水的供水强度为2.5L/（min·m2）；选用ZSTWC34-120型水雾喷头，每只喷头的流量为63L/min（工作压强为0.35MPa时）。经计算可知，每个着火罐（HFO罐）应设36只喷头，沿罐周均匀布置，DN200冷却水供水环管高度设在11.70m标高。储罐区共设72只喷头，提供消防冷却水保护着火罐（HFO罐），具体布置详见图2。

3 消防泵房及消防水池的设计

3.1 储罐消防冷却水系统所需用水量计算

（1）根据“油库规2002”第12.2.10条第1款规定，直径＞20m的地上固定顶油罐的消防冷却水的最小供给时间为6h。因此储罐消防冷却水系统的消防用水量为6×3 600×52.75=1 139 400L=1 139.4m3。

（2）根据“油库规2014”第12.2.11条第1款规定，直径＞20m的地上固定顶储罐的消防冷却水的最小供给时间≮9h。因此储罐消防冷却水系统的消防用水量为9×3 600×52.75=1 709 100L=1 709.1m3。

经对比，“油库规2014”的条文要严于“油库规2002”，消防冷却水的最小供给时间多3h，消防冷却水总用水量需要多569.7m3。

3.2 消防水池容积计算及消防水泵选型

根据“油库规2002”，储罐消防冷却水系统所需总用水量为1 139.4m3，采用厂区2×2 000m3循环水池兼做消防水池，并保证消防贮水量不被挪用。

储罐消防冷却水系统与泡沫灭火系统共用1套消防水泵，消防泵房内设1台电动消防泵、1台柴油机消防泵（备用）。厂区内同一时间内的火灾次数按1次计算，且油罐区的消防用水量按最大计算。消防冷却水设计流量为52.75L/s，泡沫混合液所需水量的设计流量为55.27L/s，考虑管网漏失水量，则消防系统总用水流量为1.1×（55.27+52.75）=118.82L/s。

消防水泵的扬程计算如下：水雾喷头的工作压强为0.35MPa，消防管道沿程和局部水头损失压强的累加值为0.12MPa，消防水池最低水位与水雾喷头高差压强为0.14MPa，则满足消防水泵扬程所需压强为1.1×（0.35+0.12+0.14）=0.67MPa。

根据消防系统总用水流量及消防水泵扬程计算值，选定消防水泵如下：型号为XBD7.2/120-250-435的电动消防泵1台，其额定水流量为122.2L/s，扬程为71m，电机功率为160kW；型号为XBC7.7/120-250M6/473的柴油机消防泵1台，其额定水流量为122.2L/s，扬程为76m，功率为185kW。

“油库规2014”与“油库规2002”中固定式消防冷却水的供水范围和供水强度一致，且消防泵房与油罐区在厂区中的位置不变，故消防水泵的选型没有变化。另外，“油库规2014”中消防冷却水的最小供给时间比“油库规2002”多3h，即消防冷却水贮水量多569.7m3，故消防水池的容积应相应增大。

4 结语

本文以ABMC项目油罐区的消防冷却水系统设计为例，对“油库规2002”与“油库规2014”进行了对比，发现“油库规2014”的条文要严于“油库规2002”。ABMC项目实施的时间比较早，当时业主对设计标准无硬性规定，因此，设计单位采用中国标准进行项目设计。但近几年，随着国家“一带一路”规划的成功推进，越来越多的国内工程总承包公司开始拓展海外市场，并承接了大量的境外工程，很多境外业主要求使用自己国家的设计标准，或要求按照国际通行的标准进行设计施工，如美国消防协会标准NFPA（National Fire Protection Association）、英国标准BS（British Standard）等，因此，要求我们要努力学习国际通行标准，采用国际通行标准参与国外项目的建设，以适应国际市场的需求。