大型煤化工项目成品罐区消防系统设计

杨 陶，归显扬

(1 铜陵市消防救援支队，安徽 铜陵 244000；2 安徽节源环保科技有限公司，安徽 合肥 230088)

煤化工行业作为国民经济的重要支柱产业，受到国家的大力支持，一直保持着高速平稳的发展，为我国的社会经济建设作出了比较重大的贡献。但在中国煤化工行业高速发展的过程中，也存在着一些安全隐患问题。煤化工项目工艺流程长，建设规模大，储存的原材料、副产品等的化学性质稳定性不高，容易引起火灾或者爆炸，且煤化工项目一旦发生火灾，火灾现场过火面积大、燃烧很快、不易扑灭。如果在生产过程中出现安全问题，就可能会带来不可估量的损失，其安全生产已成为整个社会关注的焦点[1-3]。

可燃液体储罐作为煤化工项目中的常见装置，其占地面积、储罐数量、单罐容积日益大型化，因为储存物料多为甲、乙、丙类液体，火灾危险性较高，罐区的消防设计作为防控火灾的重要环节，理应引起设计人员的极大重视[4-5]。

本文以西北某煤化工项目新建的成品罐区为例，介绍可燃液体储罐区的消防设计思路，以及罐区消防系统的设置和在消防设计中应该重点关注的事项。

1 成品罐区概况

为落实地方政府加快推进煤炭综合利用项目建设，发挥煤化工项目规模化、一体化、基地化布局优势的要求，西北某化工企业对现有装置进行扩建，在厂区预留地内新建成品罐区(乙二醇产品罐区)1座，用于储存乙二醇装置送来的产品，并通过产品装车泵输送至汽车装卸设施后，装汽车槽车出厂。新建的成品罐区内包括聚酯级乙二醇成品储罐4座(单罐容积为 5 000 m3，并设有氮封)、轻质多元醇储罐3座(单罐容积为500 m3)、碳酸二甲酯储罐2座(单罐容积为500 m3，并设有氮封)、无水乙醇储罐储罐2座(单罐容积为500 m3，并设有氮封)、混合醇储罐2座(单罐容积为300 m3)、重质多元醇储罐2座(单罐容积为200 m3)、污甲醇储罐1座(单罐容积为3 000 m3，并设有氮封)，共16个储罐。各储罐的基本参数和储存介质的火灾危险性见表1。

表1 成品罐区各个储罐数据

各个储罐之间分别用防火堤分隔，保证单罐单堤，其中4座聚酯级乙二醇成品储罐位于罐区东部，从北到南一字排列；污甲醇储罐位于罐区东南部；其余储罐位于罐区西部，从北到南一字排列。储罐泵区位于储罐南侧防火堤外。整个储罐区围堰内南北长156.5 m，东西宽54 m。

2 成品罐区主要消防措施

根据GB 50151-2021《泡沫灭火系统设计标准》、GB 50160-2008(2018年版)《石油化工企业设计防火标准》、GB 50140-2005《建筑灭火器配置设计规范》等国家相关标准、规范的规定，本项目的成品罐区内设置如下消防措施：灭火器配置、泡沫灭火系统、固定式消防冷却水系统和室外消火栓系统。其中，储罐上设置的泡沫灭火系统所需泡沫混合液由成品罐区北侧新建的泡沫站供给，储罐固定式消防冷却水系统所需消防水由全厂稳高压消防给水管网供给，成品罐区的室外消火栓系统依托本罐区周边厂区预留的稳高压消防给水管网。

2.1 灭火器配置

成品罐区罐组内的的灭火器设置主要依据为GB 50160-2008(2018年版)。成品罐区内可能发生B、E类火灾，根据GB 50140-2005，可选用手提式磷酸铵盐干粉灭火器进行保护。根据GB 50160-2008(2018年版)[6]规定“可燃气体、液化烃和可燃液体的地上罐组宜按防火堤内面积每400 m2配置1具手提式灭火器，但每个储罐配置的数量不宜超过3具”，同时生产区内设置的单个灭火器的规格，手提式干粉型灭火器充装量宜为6 kg或8 kg。结合当地市场情况，本成品罐区配置8 kg的手提式磷酸铵盐干粉灭火器(MFZ/ABC8型)进行保护。

本成品罐区防火堤内总面积为156.5 m×54 m=8 451 m2，计算得到需配置的手提式灭火器数量为8 451/400=21.2具，因此在罐区围堰外配置了22具手提式磷酸铵盐干粉灭火器(MFZ/ABC8型)进行保护。依据GB 50140-2005[7]，泵区可能发生B、E类火灾，按严重危险等级设计，根据规范，泵区手提式磷酸铵盐干粉灭火器的最大保护距离为9 m，单具灭火器最小配备灭火级别为89B，MFZ/ABC8型磷酸铵盐干粉灭火器(灭火级别为144B)满足配置要求。经计算后，在泵区配置了6具手提式磷酸铵盐干粉灭火器(MFZ/ABC8型)进行保护。

2.2 泡沫灭火系统

本罐区储存的物料主要是甲、丙类可燃液体，根据GB 50160-2008(2018年版)第8.7.1条[6]规定，可能发生可燃液体火灾的场所宜采用低倍数泡沫灭火系统。根据GB 50160-2008(2018年版)第8.7.2～8.7.4条[6]规定，结合本项目所设置的泡沫站距离本罐区较近、且本罐区内同时设置有固定式、半固定式泡沫系统的实际情况，此成品罐区内各储罐均设置固定式泡沫灭火系统，采用液上喷射系统，选用3%的抗溶性水成膜泡沫液[6]。

现以污甲醇储罐为例，介绍固定式泡沫灭火系统的设计过程。成品罐区内有1个污甲醇储罐，为3 000 m3不锈钢内浮顶罐，尺寸为Φ17 000 mm×15 850 mm，罐壁材质为碳钢，储罐内储存的物料为甲醇，储存介质火灾危险性为甲B，属于水溶性可燃液体。根据GB 50151-2021中第4.4.3条及4.2.2条[8]等规定，污甲醇储罐泡沫系统的设置按固定顶储罐对待，保护面积以储罐的横截面积计算，泡沫混合液的供给强度为10 L/(min·m2)，连续供给时间不小于30 min。

污甲醇储罐泡沫混合液量为：

Q泡计=10×(172×π/4)=2 269.8 L/min ≈37.8 L/s

根据GB 50151-2021中第4.4.3条及4.2.3条[8]规定，污甲醇储罐的直径为17 m，按规范要求，泡沫产生器的设置数量不应少于2个，因此设置2个PCL24型泡沫发生器，即Q泡设=48 L/s。每个泡沫发生器均使用独立的混合液管道引至防火堤外，同时每个泡沫发生器在防火堤外距地面0.7 m处设置带闷盖的管牙接口[9]，防火堤外泡沫混合液管道上均在低点处设有放空阀，且管道以2‰的坡度坡向放空阀。

同样的方式，可以计算出成品罐区所有储罐泡沫灭火系统所需泡沫混合液的量。由计算可知，成品罐区最大固定式泡沫灭火系统的泡沫混合液流量为48 L/s，根据GB 50151-2021中第4.1.5条规定，成品罐区最大储罐的直径为21 m，则扑救液体流散火灾，需配备2支PQ4的辅助泡沫枪，辅助泡沫枪泡沫混合液连续供给时间为20 min。故扑灭流散液体火灾所需的移动泡沫混合液流量为8 L/s[10]。

则成品罐区一次消防事故时所需泡沫混合液用量为：

Q=(48×60×30+8×60×20)/1 000=96 m3

根据GB 50151-2021中第4.2.3条[8]规定，成品罐区内储存水溶性液体的固定顶储罐应设置泡沫缓冲装置，本项目在相应的储罐内设置了泡沫溜槽作为泡沫缓冲装置。

2.3 消防冷却水系统

(1)固定式消防冷却水系统

根据GB 50160-2008(2018年版)中第8.4.4～8.4.7条[6]和GB 50974-2014中第3.4.2[11]规定，成品罐区内4个聚酯级乙二醇成品储罐和1个污甲醇储罐设置固定式消防冷却水系统，着火罐供水强度为2.5 L/(min·m2)，供水范围为罐壁表面积，邻近罐为2.5 L/(min·m2)，供水范围为罐壁表面积的1/2，其余储罐均采用移动消防冷却水系统。成品罐区火灾延续时间为6 h。

成品罐区内当着火罐为聚酯级乙二醇成品储罐B罐时，实际冷却水量为最大，因其临近立式储罐超过3个，冷却水量按3个罐的消防用水量计算[6]，即聚酯级乙二醇成品储罐A罐、聚酯级乙二醇成品储罐C罐、碳酸二甲酯储罐A罐3个储罐。计算结果见表2。

表2 成品罐区冷却水量

考虑到配水均匀性等的影响，储罐的固定式消防冷却水设计用量取1.1倍的计算用水量，则成品罐区一次消防的固定式冷却系统消防水用量为：96.6×1.1=106.3 L/s。设置固定式消防冷却水系统的储罐均采取2根立管，分别由独立的阀门进行控制。

成品罐区固定式消防冷却水系统所需消防用水量为：

Q=106.3×3.6×6≈2 296 m3

(2)室外消火栓系统

成品罐区的室外消火栓系统所需消防水接自罐区周边厂区预留的稳高压消防给水管网。同时根据GB 50160-2008(2018年版)中第8.6.1条[6]规定，成品罐区应设置水炮保护。沿全厂罐区周围及外围道路设置了环状消防给水管网，主干管管径DN300，并沿线设置SSFT150/80-1.6型室外地上式消火栓和PS40型消防水炮，保护该区域的设施。室外消火栓、消防水炮采用自泄式，并采用栓井安装形式，一栓(炮)一井。栓井采用钢筋混凝土结构。

根据GB 50974-2014中第3.4.2条和第3.6.2条[11]规定，经计算比较后，可知成品罐区室外消火栓设计流量为15 L/s。成品罐区的火灾延续时间为6 h。计算得知，成品罐区所需室外消防用水量为324 m3。

2.4 消防水池和消防泵房

由上述计算得成品罐区一次消防所需消防用水量约为 2 716 m3。本成品罐区消防用水依托全厂稳高压消防给水系统，厂区消防水池的有效储存容积约为12 960 m3。厂区稳高压消防给水系统消防水泵采用电动泵，备用泵采用柴油机泵，且按100%备用能力设置。消防泵房内设有电动消防水泵2台，单台流量为1 100 m3/h，扬程为125 m，配套电机功率为710 kW；柴油机消防水泵2台，单台流量为1 100 m3/h，扬程为125 m；消防稳压泵组一套，含消防水稳压泵2台(1用1备)，单台流量为50 m3/h，扬程为125 m，配套电机功率为37 kW。

厂区消防水池储存消防用水量和泵房内消防水泵的设置完全满足成品罐区火灾时所需消防水量和水压的要求。

3 罐区消防设计需重点关注的事项

(1)严格执行国家相关标准规范规定，采用液上喷射系统的固定顶、内浮顶储罐，所设置的每个泡沫产生器应采用独立的管道引至防火堤外；除立管以外，其他的泡沫混合液管道不得设置在罐壁上[8]。

(2)为了缩短火灾时系统的应急响应时间，保障人员安全，罐区消防系统的控制阀门宜采用手动阀门+电动阀门的控制方式，火灾时应优先远程开启动电动控制阀。

(3)在固定式系统的设计时，应从泡沫站的设置位置、泡沫干管管径流速的选择等方面综合考虑，以满足自泡沫消防水泵启动至泡沫混合液或泡沫输送到保护对象的时间不大于5 min[8]。

(4)根据项目实际情况，在泡沫站距离储罐区较近，或同一储罐区内同时设置有固定式、半固定式泡沫系统时，可将半固定式泡沫系统升级为固定式泡沫灭火系统，从而提高整个装置消防措施的安全性和可靠性。

(5)为避免储罐区内消防管道和储运等专业管道碰撞问题，可采用架高管架，尽可能减少对人行走的影响；或者可在设计中通过各个专业统筹协作，采取多层管廊方式，合理布局各专业管线，做到节约占地、安全美观。

(6)泡沫消防、水消防管道与储罐盘梯碰撞的问题，可通过对立管增加弯头，在碰撞处引至盘梯外侧来解决，或者设计时考虑在碰撞处增加平台来避让。

(7)对于设置在防爆区内的地上或管沟敷设的干式管道，应采取防静电接地措施，且法兰连接螺栓数量少于5个时应进行防静电跨接[8]。

(8)针对有业主反馈立式泡沫发生器检修不方便、存在安全隐患的问题，建议设计人员在设计时可采取对罐顶局部加固处理措施，特殊情况下也可以增加检修平台等，以保障检修期间的人员安全。