液体化工码头消防系统设计探讨

叶保林

摘 要：以我国北方沿海某50000吨级液体化工品码头消防设计为例，就消防介质的选择、消防水量的计算、消防泵房及泡沫站的设置等方面进行探讨，给出了主要设计参数。并对工程设计中遇到的海水管道材质、总储油量大于1m3时储油间的设置、消防设施防腐和冬季防冻等关键问题，给出了自己的建议，为同类型码头消防系统设计提供参考。

关键词：液体化工品码头;消防设计;消防水源;消防泵房

中图分类号：U656.1       文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）11-0077-03

1 工程概况

某50000吨级液体化工品码头位于烟台港，地处莱州湾，北临渤海湾，外海水域开阔，港区水深条件较好。拟建2个5万吨级化学品泊位，码头结构型式为高桩梁板结构，等级为一级码头，设计年吞吐量为512.89万吨/年，码头平台尺寸为510×28m，通过2条引桥（6#、7#引桥）与后方围堤连接，尺寸分别为76.638×16m、76.502×16m，引桥接围堤处分别设置1座跨堤钢引桥跨过围堤与后方陆域连接，6#引桥东侧布置泵房平台一座，尺度为42×32m，总平面布置见图1，码头主要装卸物料消防特性分析见下表1。

2 消防系统设计

2.1消防水源及灭火介质的选择

《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014（以下简称《消水规》）对消防水源做了明确规定，市政自来水、天然水源等都可作为消防水源，但推荐采用市政自来水。本码头与罐区相隔较远且未同步建设，结合液体化工品码头火灾危险性高、消防用水量大等特点，依托码头引桥的消防取水平台设置独立消防泵房，对于液体化工品码头消防更可靠。

海水消防泵取水的可靠性。码头面高程5.00m，极端低水位为-1.68m（保证率98%），海水消防泵第一级叶轮标高-3.73m，位于极端低水位以下约2m，可以满足《消水规》4.4.3条“天然消防水源保证率宜为90%～97%”及《油气化工码头设计防火规范》JTS 158—2019（以下简称《油气规》）7.2.3条“天然水源应确保枯水期最低水位取水的可靠性”要求。

据上表1，本码头火灾危险等级为甲B类，有部分货种为可溶性化学品，故采用海水为冷却介质，耐海水型抗溶型水成膜泡沫作为主要灭火介质。

2.2消防介质用量

根据《油气规》要求，本码头消防采用固定式水冷却、固定式泡沫灭火方式和水幕防护方式。消防水量为船舶消防冷却水量、船舶泡沫灭火用水量、消防炮塔保护水幕水量、装卸区前沿水幕水量、登船梯保护水幕水量、室外消火栓水量、泡沫枪和水枪用水量、水轮机用水量之和。

2.2.1消防设计参数

（1）码头消防冷却水量。化学品船冷却水供给强度：2.5L/min.m2，连续供给时间 T=360min;移动水枪用水量 10L/s，连续供给时间 T=360min;50000吨设计船型冷却范围2390m2，冷却水流量99.6L/S，结合码头炮塔布置及射程要求，选用消防水炮额定流量120L/s，实际流量110L/s。消防冷却水流量及用水量见表2。

（2）对于水溶性液体化工品灭火，泡沫混合液的供给强度为12.0L/min·m2，泡沫原液含量为 3%，连续供给时间 T=60min;移动泡沫枪用水量 8.0L/s，连续供给时间均为 T=60min;水轮机用水量为泡沫用水量20%。5万吨设计船型最大船舱面积408.48m2，泡沫混合液计算流量81.7L/S，结合码头炮塔布置及射程要求，选用消防水炮額定流量120L/s，实际流量110L/s。低倍数泡沫灭火用水量见表3。

（3）码头装卸区前沿水幕、登船梯工作区域水幕供水强度为 2L/s.m，连续供给时间 1h。每座消防炮塔保护水幕供水强度 10L/s，连续供给时间 6h。水幕用水量见表4。

（4）室外消火栓用水量 45L/s，连续供给时间360min。本工程各项消防设计流量见表5。

2.3消防泵房及泡沫站的设置

2.3.1消防泵房

2.3.1.1消防泵房布置方案

上文所述，消防泵房设置在引桥海水取水平台上，引桥管廊布置有通向后方罐区的工艺管线，为了消防安全，消防泵房应尽量远离工艺管道。《石油库设计规范》GB50074-2014  9.1.4条，当地上工艺管道与消防泵房之间的距离小于15m时，朝向工艺管道一侧的外墙采用不燃烧体实体墙，且此面墙体不能开门窗。合理确定消防泵房与工艺管线间距，不仅要满足码头设备搬运、后期维修的功能性要求，同时还要兼顾工程建设的经济性要求。泵房布置有以下两种方案，见下图2和图3。

由上图两种方案对比得知，方案一中所需消防平台尺寸更小，也方便设备搬运、后期的维护。方案一更经济更合理，因此推荐此方案。

2.3.1.2消防系统

本工程消防给水系统采用临时高压消防给水系统，泵房内设置一座消防、冲洗合用淡水水箱，水箱接生活给水管网补充淡水水源，平时消防系统通过淡水水箱+增压稳压装置稳压，使系统处于准工作状态。当发生火灾时，水泵出水管道上的压力开关启动海水消防泵抽取海水灭火，火灾后人工启动冲洗泵抽取淡水冲洗消防管道，同时采用淡水充满临时高压消防给水管网，起到淡水稳压及自动启动消防主泵的作用。

2.3.1.3消防泵组配置方案

本工程冷却水系统、低倍数泡沫系统共用一套消防取水系统。据上表5所知，消防用水总流量为401L/s。结合消防规范上泵组设置要求，《消水规》5.1.6条，消防给水同一泵组的消防水泵型号宜一致，且工作泵不宜超过3台。《油气规》7.5.10条，消防水主用泵采用电机拖动时，备用泵应采用柴油机拖动;消防水主用泵采用柴油机拖动时，备用泵也应采用柴油机拖动。

较之可行的消防泵配置有三种方案：①三台柴油泵（两用一备），一台电泵（1用），②四台柴油泵（三用一备），③两台电泵（两用），两台柴油泵（两备）。

方案①：工作泵为两台柴油泵+一台电泵。此方案与规范中同一泵组的消防水泵型号宜一致要求相冲突，且柴油泵、电泵同时作为工作泵，消防控制系统较复杂，三台泵并联流量损失也更大。

方案②：工作泵为三台柴油泵。此方案在没有市政电或市政电不能满足要求的情况下，是比较合理的。本工程有可供使用的10KV市政电，全部采用柴油泵不经济，后期维护成本比较高，方案二在三种方案中造价最高。

方案③：工作泵为两台电泵。此方案工作泵为同一型号，两台工作泵同时为电泵或者柴油泵，控制系统简单，双泵并联较三泵并联流量损失小，更合理，因此推荐采用方案③。

2.3.2泡沫站

泡沫站设置位置要满足《油气规》7. 5.7 条规定，泡沫混合液输送到最远灭火点的时间不超过5 min，本工程消防泵站与最远装卸口的距离约350m，可以满足上述要求，因此考虑将泡沫站与消防泵站合建在一起。泡沫比例混合装置主泵采用电泵，备用泵采用向外泄水的水轮机驱动。

3 设计应注意的事项

3.1 海水管道材质

本工程采用海水作为消防水源，海水中氯离子含量很大，大多数金属在海水中阳极极化阻滞很小，腐蚀速率相当高，因此管材的选择会影响到工程安全、使用寿命、工程造价、安装维修等多个方面。

笔者综合上述各种因素，选择双金属涂塑钢管（内涂环氧粉末，外涂聚乙烯防腐）作为海水消防管，焊接或法兰连接。此种涂塑钢管具有塑料及钢管的特性，同时又结合了聚乙烯耐磕碰和环氧的附着力强的优势，使得管道不易变形、还耐腐蚀、不易生锈，非常适合应用在海水消防系统中。

此外，常规涂塑钢管通常采用卡箍或法兰连接，两种连接方式需要使用橡胶圈或垫片密封，橡胶成品容易老化，需要定期更换，北方地区室外管道都有保温防冻措施，每次维护都会造成管道外保温层的破坏。双金属涂塑钢管采用焊接方式，接口牢固耐久，不易渗漏，接头强度和严密性高，使用后不需要经常维护。

3.2总储油量大于1m3，储油间设置问题

《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）5.4.13条，机房内设置储油间时，其总储存量不应大于1m³。本工程消防泵采用两电两柴，每台柴油泵配备一个700L的油箱，柴油总储存量大于1m³。设置一个储油间存放油箱，不能满足上述要求。

目前国家规范、标准未对上述问题给出明确解释，所以笔者查阅了其他相关规范的解读或规范的征求意见稿。其中，《<建筑设计防火规范>GB50016-2014（2018年版）实施指南》疑点5.4.13-1：位于民用建筑内的柴油发电机组，当所需用油量大于1.0m3时，储油间可以分间设置，但应保证每间储油间的总储油量不大于1.0m3;此外，《建筑防火通用规范》（征求意见稿）4.1.7.5条：单间储油间的储存量不应大于1m3，建筑内的总储油量不应大于5m3。

本工程总储油量1.4m3，满足建筑内的总储油量不应大于5m3的要求，故泵房内设置两间储油间，每间安装一个700L的油箱，来解决泵房储油的问题。

3.3消防设施防腐措施

本工程消防取水泵长期置于海水中，海水本身是一种强腐蚀性介质。同时，波浪、潮汐和洋流对金属构件产生低频往复应力和冲击，此外，海洋微生物、附着生物及其代谢产物对腐蚀过程都有直接或间接的加速作用。本码头结合经济性和耐腐蚀性综合比较，长轴消防泵套管选用SS316L 材质，进水口设置防海洋生物电极，使其不容易被海生物过多吸附，保护取水设备，保证取水安全。阀门同样采用SS316L 材质，法兰垫片材料为聚四氟乙烯垫片。

3.4冬季防冻措施

《消水规》第4.4.4条规定，当消防水源采用天然水源时，应采取技术措施防止冰、漂浮物、悬浮物等物质堵塞消防水泵，并采取措施保证安全取水。码头所在区域气象资料，此处海域冬季会结冰，进水口设有滤网，可有效防止漂浮物、悬浮物等物质堵塞消防水泵。

海水长轴消防水泵扬水管段设置电伴热，当冬季温度过低时，电伴热开启，保证消防取水设备不会因为结冰而影响到使用。泵房内部暖通专业考虑设置空调采暖，使泵房内温度不低于5℃。码头面消防管道采用电伴热，管道外部设置保温绝热材料。

4 结语

随着一体化大炼化项目在全国性多点开花，与之配套的液体化工码头也越来越多，如果设计中消防设施配置不当，火灾时消防设备不能正常工作，无法发挥应有的功能，将造成人员伤亡和财产损失，后果难以想象。本文立足于国家规范、标准，从经济性、合理性以及实际运行等多角度分析，对设计中碰到的一些关键问题给出自己的解决思路。消防安全高于一切，消防设计工作任重而道远，设计人员应将规范条文与工程实践紧密结合。

参考文献：

[1] GB50016-2014（2018年版）， 建筑设计防火规范.

[2] GB50974-2014，消防给水及消火栓系统技术规范

[3] JTS 158—2019，油气化工码头设计防火规范

[4] 倪照鹏，刘激扬，张鑫，建筑设计防火规范GB50016-2014（2018年版）實施指南

[5]《建筑防火通用规范》（征求意见稿）.