王耀東

摘 要：針對石油化工裝置用地緊張，裝置內(nèi)常規(guī)消防保護(hù)設(shè)施存在局限的情況下，文章對管廊下熱油泵的消防保護(hù)，引入水噴霧滅火系統(tǒng)，提出了一種安全可行的解決方案。

關(guān)鍵詞：石油化工裝置；熱油泵；水噴霧滅火系統(tǒng)；解決方案

1 概述

熱油泵也稱熱油循環(huán)泵，是一種常見的用來輸送熱介質(zhì)的載熱體輸送泵，因泵內(nèi)可燃液體溫度常常高于自燃點(diǎn)，一旦泄露極易引起火災(zāi)事故。

管廊是石化裝置的重要組成部分，上部集中密集布置著各種管線，下部布置著泵及其他設(shè)備，熱油泵經(jīng)常布置在管廊一側(cè)，常規(guī)情況下，多采用在附近道路一側(cè)布置消火栓的方式對其進(jìn)行保護(hù)，但近年來，隨著裝置用地日益緊張，裝置內(nèi)設(shè)備和管線布置的空間被大大縮小，管道和設(shè)備之間互相遮擋嚴(yán)重，無法達(dá)到有效保護(hù)目的，而且，由于發(fā)現(xiàn)時(shí)火災(zāi)已經(jīng)蔓延，難以控制，這時(shí)，尋找一種安全有效的手段來預(yù)防控制火災(zāi)，保護(hù)熱油泵，顯得尤為重要。

水噴霧滅火系統(tǒng)可用于撲救固體火災(zāi)、閃點(diǎn)高于60℃的液體火災(zāi)和電器火災(zāi)。并可用于可燃?xì)怏w和甲、乙、丙類液體的生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置或裝卸設(shè)施的防護(hù)冷卻。某些危險(xiǎn)固體如火藥和煙花爆竹引起的火災(zāi)。它是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細(xì)小的水霧滴進(jìn)行滅火或防護(hù)冷卻的一種固定式滅火系統(tǒng)。其特點(diǎn)是水的利用率極大提高，細(xì)小的水霧滴幾乎可完全汽化，冷卻效果好，產(chǎn)生膨脹約1680倍的水蒸汽可形成窒息的環(huán)境條件。其滅火機(jī)理主要是表面冷卻、蒸汽窒息、乳化和稀釋作用等。

文章就某石化裝置內(nèi)管廊下熱油泵的水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行簡述，為此類設(shè)備的消防保護(hù)提供參考和借鑒。

2 工程介紹

某裝置內(nèi)有2組4臺熱油泵溫度均大于300℃，根據(jù)工藝要求這兩組泵就近布置，共用一臺雨淋閥，因裝置空間緊張，管道管架布置較密，無法選用固定水炮進(jìn)行保護(hù)，根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008中8.6.3條規(guī)定，工藝裝置內(nèi)固定水炮不能有效保護(hù)的特殊危險(xiǎn)設(shè)備及場所宜設(shè)水噴淋或水噴霧系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用水噴霧滅火系統(tǒng)。

水噴霧滅火系統(tǒng)是一種局部滅火系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測系統(tǒng)、水霧噴頭、雨淋閥、過濾器、減壓閥和管道等組成。水噴霧工藝流程如圖1所示。

3 設(shè)計(jì)要求

3.1 相關(guān)規(guī)范要求

《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008中規(guī)定，水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：（1）系統(tǒng)供水的持續(xù)時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間及控制方式等應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對象的性質(zhì)、操作需要確定；（2）系統(tǒng)的控制閥可露天設(shè)置，距被保護(hù)對象不宜小于15m；（3）系統(tǒng)的報(bào)警信號及工作狀態(tài)應(yīng)在控制室控制盤上顯示；（4）本規(guī)范未作規(guī)定者，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50219）的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

《石油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3011-2011中5.9.7條規(guī)定，“液化烴泵、操作溫度等于或高于自燃點(diǎn)的可燃液體泵不宜布置在管廊或可燃液體設(shè)備的下方，否則應(yīng)設(shè)置水噴霧（水噴淋）系統(tǒng)或用消防水炮保護(hù)?！?/p>

3.2 流量及強(qiáng)度要求

根據(jù)《霧規(guī)》（GB50219-1995）3.1.5.1條，“當(dāng)保護(hù)對象外形不規(guī)則時(shí)，其保護(hù)面積應(yīng)按包容保護(hù)對象的最小規(guī)則形體的外表面面積確定”。

根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008中8.6.6條規(guī)定，“液化烴泵、操作溫度等于或高于自燃點(diǎn)的可燃液體泵，當(dāng)布置在管廊、可燃液體設(shè)備、空冷器等下方時(shí)，應(yīng)設(shè)置水噴霧（水噴淋）系統(tǒng)或用消防水炮保護(hù)泵，噴淋強(qiáng)度不低于9L/m2·min”。

根據(jù)表1，持續(xù)時(shí)間選擇0.5h。

3.3 雨淋系統(tǒng)

雨淋系統(tǒng)是指由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)或傳動(dòng)管控制，由自動(dòng)開啟雨淋報(bào)警閥和啟動(dòng)供水泵后，向開式灑水噴頭供水的開式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，亦稱開式系統(tǒng)。本系統(tǒng)的雨淋閥組設(shè)在管橋下熱油泵附近柱子內(nèi)側(cè)，進(jìn)水管與地下消防水主管道連接，出水管向上橫跨過管廊后向下連接噴淋主管。在熱油泵處設(shè)火焰探測器，并與雨淋閥進(jìn)行聯(lián)鎖，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火焰探測器報(bào)警信號通過聯(lián)動(dòng)裝置開啟雨淋閥的泄壓電磁閥排水，使雨淋閥自動(dòng)開啟。熱油泵的絕緣防護(hù)等級均按IP55選用，可防止噴淋時(shí)發(fā)生電氣事故。

3.4 管道及噴頭布置

水噴霧滅火系統(tǒng)主管從全廠穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)主管接出，圍繞泵體分上下兩層布置，具體如圖2所示，因?yàn)橛玫鼐o張，熱油泵距管橋斜撐較近，這給水噴霧管道的布置與消防噴頭的設(shè)置造成很大的阻礙。因此，必須根據(jù)被保護(hù)對象的特點(diǎn)選擇重點(diǎn)保護(hù)部位，在地面相應(yīng)管道需支位置做埋件以便于支架的焊接，并使固定后管道上的水霧噴頭能夠完全覆蓋重點(diǎn)保護(hù)部位，如介質(zhì)出入口法蘭連接處等易漏油部位增加噴頭保護(hù)，同時(shí)還必須考慮熱油泵內(nèi)部流體漏出后的流動(dòng)造成火勢的蔓延，故在熱油泵底盤周圍宜考慮設(shè)置水霧噴頭，以阻止火勢的擴(kuò)大。在其他部位設(shè)置較小流量個(gè)數(shù)較少噴頭以達(dá)到整體降溫目的。在現(xiàn)場施工中出現(xiàn)一個(gè)棘手問題就是在斜撐阻擋部位的噴頭與被保護(hù)熱油泵的表面距離不能滿足要求，后來根據(jù)具體情況采取管道繞過斜撐并從兩側(cè)加設(shè)噴頭并使被保護(hù)位置為兩噴頭噴射夾角最強(qiáng)重合點(diǎn)以達(dá)到完全覆蓋的目的。

3.5 噴頭布置特點(diǎn)

水霧噴頭是水噴霧滅火系統(tǒng)的終端元件，是一種開式噴頭。水霧噴頭在一定壓力作用下，利用離心或撞擊原理將水流分解為直徑1mm以下的水滴形成水霧，并按設(shè)計(jì)的灑水形狀噴出，直接覆蓋于設(shè)定得保護(hù)物體外表面，促使蒸汽稀釋和散發(fā)，起到滅火、控火、封堵隔斷、冷卻、暴露防護(hù)及預(yù)防火災(zāi)的作用。在本設(shè)計(jì)中，由于保護(hù)對象是可燃液體，主要以滅火、控火為主，要求完全覆蓋保護(hù)對象，噴頭在噴射時(shí)在保護(hù)對象表面形成連續(xù)完整的水膜，矩形布置，采用高速水霧噴頭，噴頭之間的距離不大于1.4倍的水霧噴頭的水霧錐底圓半徑，距泵體外壁的距離不大于0.7m。由于噴頭流量較大，選用水霧噴頭霧化角采用120°較合適，為了達(dá)到較好的防護(hù)效果，噴霧保護(hù)范圍要有15%-20%的保護(hù)半徑搭接，具體如圖3所示。

4 系統(tǒng)計(jì)算

（1）確定保護(hù)面積。按完全覆蓋對象布置，分別計(jì)算上、下及側(cè)表面面積。重點(diǎn)保護(hù)部位為泵體及泵進(jìn)出口管道上的易泄漏部位，如法蘭連接處。噴淋強(qiáng)度不低于9L/m2·min。

（2）計(jì)算設(shè)計(jì)流量。根據(jù)水噴霧滅火設(shè)計(jì)規(guī)范第3.1.2條對噴霧強(qiáng)度及持續(xù)噴霧時(shí)間的要求，確定對泵的設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為20L/（min·m2），最小持續(xù)噴霧時(shí)間為0.5h。本項(xiàng)目擬采用ZSTWC型高速水霧噴頭，其流量系數(shù)K=43，噴頭工作壓力P取0.35MPa，故本項(xiàng)目中噴頭的設(shè)計(jì)流量為：

（6）減壓閥水力計(jì)算

由于水噴霧系統(tǒng)通過雨淋閥由全廠穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)接出，為滿足噴頭水壓要求，必須通過對最不利點(diǎn)噴頭水壓水量的計(jì)算，求出所有支管及主管水壓水量，并根據(jù)管網(wǎng)壓力情況設(shè)置減壓閥。

根據(jù)水噴霧滅火設(shè)計(jì)規(guī)范4.0.6，管道采用內(nèi)外鍍鋅無縫鋼管。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)的水流速度宜采用經(jīng)濟(jì)流速，根據(jù)工程算例分析和有關(guān)手冊及文獻(xiàn)介紹，配水干管和配水支管設(shè)計(jì)流速采用一般不宜超過3m/s，常用1.3～2.5m/s。

《噴霧規(guī)范》第3.1.3條規(guī)定“當(dāng)用于滅火時(shí)水霧噴頭的工作壓力不應(yīng)小于0.35MPa”，故最不利噴頭的起始壓力應(yīng)按0.35MPa計(jì)，計(jì)算公式為q=√BH。因?yàn)閲婎^最小壓力要求為0.35MPa，要求減壓閥后最小壓力為P=0.11375+0.35=0.42375MPa，即為減壓閥后壓力，加上其他噴淋損失，取0.5MPa，因消防水管網(wǎng)壓力范圍為0.8～1.2MPa，故減壓閥閥前壓力取0.8～1.2MPa（閥前壓力損失忽略不計(jì)），閥前后壓力為1.2/0.5，啟閉壓差正常值為0.8-0.5=0.3MPa，啟閉壓差最大值為1.2-0.5=0.7MPa。由于水噴霧系統(tǒng)采用開式噴頭，應(yīng)根據(jù)特性系統(tǒng)法計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)際流量、水頭損失等，若用估算法則偏差較大，可能會(huì)導(dǎo)致噴出的不是水霧。

計(jì)算中應(yīng)隨時(shí)校核噴頭的設(shè)計(jì)值是否在其正常值范圍內(nèi)，ZSTG10/114型高速噴射器的正常工作壓力為0.28-0.5MPa，對應(yīng)的正常流量為1.22范圍內(nèi)。計(jì)算完畢還應(yīng)校核每個(gè)管段流速（見表1）。各管段流速V<5m/s，符合《噴霧規(guī)范》的規(guī)定。

5 結(jié)束語

管廊區(qū)在石油化工生產(chǎn)過程中擔(dān)負(fù)主要生產(chǎn)物料的輸送作用，作用至關(guān)重要，同時(shí)也存在較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性和危害性，采用水噴霧滅火系統(tǒng)，可以較好地解決局部地區(qū)消防系統(tǒng)無法覆蓋而造成的火災(zāi)隱患，由火災(zāi)探測系統(tǒng)監(jiān)視到火災(zāi)后將信號傳至控制室，進(jìn)而開通雨淋閥，噴頭打開對關(guān)鍵部位進(jìn)行防護(hù)，起到及時(shí)撲滅火災(zāi)并防止火災(zāi)蔓延的作用，為裝置的安全運(yùn)行提供了一種有效的消防保護(hù)方法。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50219-95.水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，1995.

[2]GB50160-2008.石油化工企業(yè)防火規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2008.

[3]SH3011-2011.石油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國石化出版社，2011.

[4]GB50084-2001.自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國石化出版社，2005.

[5]徐文.大型化工裝置水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A].2001年全國工業(yè)用水與廢水處理技術(shù)交流會(huì)論文匯編[C].