孫瑩瑩，付 鈺

(1.葫蘆島市消防支隊； 2.中國石油天然氣股份有限公司 錦西石化分公司，遼寧 葫蘆島 125000)

雖然新型能源正在被不斷加速研究、開發(fā)、推廣，但傳統(tǒng)常規(guī)能源的使用占比仍舊具有不可撼動的地位。常規(guī)能源中使用最廣泛的石油更是在動力提供和原料提供上舉足輕重、不可取代。石油的中間產(chǎn)品和終端產(chǎn)品的無限多樣化給石油冶煉加工的工藝設施提出了更高更新的技術要求，工藝創(chuàng)新設備改造勢必同時給消防安全提出新的要求。20世紀水滅火系統(tǒng)在消防設施中占主導地位，如今泡沫滅火系統(tǒng)占比越來越大，其工作狀態(tài)的穩(wěn)定性、可靠性逐漸彰顯。因此近年來，各煉油儲存和化工生產(chǎn)企業(yè)對泡沫滅火系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性的調(diào)試檢測越來越下真功夫、出大力氣。

一、某企業(yè)泡沫滅火系統(tǒng)簡介

某煉油石化企業(yè)有70余年歷史，于1939年日偽時期初建，在20世紀50年代我國煉油工業(yè)催化裂化工藝全面發(fā)展時期恢復生產(chǎn)，以加工省內(nèi)油田原油為主，近年也加工進口原油和海洋原油。廠區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)裝置14套，年加工能力700萬噸，廠區(qū)占地面積100萬平方米，生產(chǎn)裝置有蒸餾、催化裂化、重整、加氫、焦化、聚丙烯、尿素脫蠟、苯乙烯、煅燒焦、二甲酯等。全廠油品儲罐最大容積為3座5萬立方米的外浮頂原油儲罐，分兩處設置，分別設有兩套泡沫滅火系統(tǒng)。廠內(nèi)調(diào)和油裝置區(qū)設有一套泡沫滅火系統(tǒng)。

廠區(qū)原設有的泡沫滅火系統(tǒng)為壓力式泡沫滅火系統(tǒng)，其特點是泡沫比例混合器為壓力式泡沫比例混合器，這種混合器核心工作原理是利用文丘里原理，壓力水通過比例混合器時，在其內(nèi)部與泡沫液貯罐之間產(chǎn)生負壓力差，使貯罐內(nèi)泡沫液通過與比例混合器連接的泡沫液管進入比例混合器,在連接管內(nèi)有控制泡沫液流量的孔板，就形成穩(wěn)定混合比例的泡沫與水的混合液。泡沫混合裝置的供水由廠區(qū)的臨時高壓消防供水系統(tǒng)供給。2013年，該廠對三套泡沫滅火系統(tǒng)進行了技術改造，更換為以平衡式泡沫比例混合裝置為核心組件的平衡式泡沫滅火系統(tǒng)，平衡式泡沫比例混合裝置中泡沫混合液的混合過程是由泡沫液泵把泡沫液加壓后進入平衡閥，通過平衡閥調(diào)節(jié)后注入比例混合器。當主管道的水由于壓力和流量的變化出現(xiàn)不同的工況時，能夠保證裝置在運行過程中，連續(xù)不斷地配置出較為精確混合比的泡沫混合液，供給泡沫產(chǎn)生設備噴射合格的泡沫進行有效的滅火作業(yè)。泡沫混合裝置的供水繼續(xù)由廠區(qū)的臨時高壓消防供水系統(tǒng)供給，直到2015年，廠區(qū)對消防供水系統(tǒng)進行了技術改造，實現(xiàn)了全廠生產(chǎn)儲存區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)高壓消防供水，泡沫滅火系統(tǒng)也改為由改造完成的穩(wěn)高壓消防供水系統(tǒng)供水。平衡式泡沫比例混合裝置相對壓力式泡沫比例混合裝置的優(yōu)勢在于經(jīng)過混合器混合后的泡沫混合液的混合比更精確，發(fā)泡后的滅火效果更可靠。

改造后的平衡式泡沫比例混合裝置是現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)比較通行的系統(tǒng)組成，每套混合裝置由泡沫供水系統(tǒng)(1臺電動機泡沫給水泵、1臺柴油機泡沫給水泵)、平衡式泡沫系統(tǒng)橇塊1臺(包括2臺泡沫泵，其中1臺由電動機驅(qū)動，1臺由水輪機驅(qū)動)、2臺比例平衡閥、1個泡沫罐、若干安全閥、若干電動調(diào)節(jié)閥及閥門組件構成。

二、系統(tǒng)存在問題及原因分析

經(jīng)改造完成的平衡式泡沫滅火系統(tǒng)在后續(xù)幾年的運行中，每次調(diào)試檢測均會頻繁出現(xiàn)幾個很嚴重的問題：(1)啟動失?。?2)啟動設備設置延遲啟動時間后泡沫系統(tǒng)實現(xiàn)正常啟動，但泡沫噴出時間出現(xiàn)延遲；(3)火災時其他消防用水與泡沫橇塊用水出現(xiàn)爭水現(xiàn)象，造成泡沫橇塊運行中斷；(4)運行中不能保障泡沫橇塊的混合比。這些運行問題已經(jīng)嚴重威脅了整個泡沫滅火系統(tǒng)的建設意義。無獨有偶，同是中石油系統(tǒng)下轄的云南石化煉油廠和蘭州石化在技改前也出現(xiàn)過類似的問題。

經(jīng)過對多次在不同試驗啟動和試驗運行條件下系統(tǒng)的啟動運行數(shù)據(jù)進行比對計算和模擬，對問題的成因做以下解析：(1)啟動失敗的原因。泡沫橇塊正常運行壓力在0.6～1.2 MPa[1]，平時穩(wěn)高壓消防水壓力靠穩(wěn)壓泵穩(wěn)在0.7 MPa，因泡沫橇塊供水量大，3%泡沫原液與97%的水進行混合，288 L·s-1的泡沫混合液相當于229 L·s-1的水突然泄至泡沫管網(wǎng)內(nèi)，此時穩(wěn)高壓水線內(nèi)水量瞬時大量進入泡沫供水管線，穩(wěn)高壓供水管線內(nèi)基本被抽空，穩(wěn)高壓水線上的壓力表顯示為零，泡沫橇塊進水管處壓力表顯示壓力也為零。當泡沫橇塊上的泡沫電動泵啟動后，30 s內(nèi)橇塊會自動檢測管網(wǎng)壓力是否到達0.6～1.2 MPa，而此時橇塊進水管處壓力表顯示讀數(shù)為零，橇塊會在30 s后停止泡沫電動泵，同時切換啟動備用水輪機泵，水輪機泵同樣運行30 s并檢測管路供水壓力，此時壓力仍然達不到上述規(guī)定壓力范圍，橇塊停止水輪機泵的運行，至此，泡沫系統(tǒng)的啟動徹底失敗。(2)啟動設備設置延遲啟動時間后泡沫系統(tǒng)能正常啟動，但泡沫噴出時間延遲的原因。如果此時穩(wěn)高壓消防水泵房因系統(tǒng)失壓導致穩(wěn)壓泵停止運行，消防供水主泵自動啟動，而消防供水主泵泵房距離泡沫橇塊較遠(最遠一套設備距離水泵房超過1.5 km)，時間測試需要經(jīng)過110 s左右才能進入泡沫橇塊前端供水管線，經(jīng)過多次測試，泡沫噴射時間都延遲2 min以上，而這2 min正是撲滅初起火災的最有效滅火時間。(3)火災時其他消防用水與泡沫橇塊用水爭水，造成泡沫橇塊運行中斷的原因。當火災發(fā)生時，滅火力量到達現(xiàn)場后，第一時間是利用穩(wěn)高壓消防供水系統(tǒng)設置的消火栓及消防水炮對著火裝置和相鄰裝置進行滅火和冷卻，還有一些裝置和儲罐設置的噴淋冷卻設備的供水也來自于穩(wěn)高壓消防供水系統(tǒng)，多種設備同時啟動供水量疊加后，造成消防水用量瞬時過大或者取水不均，供水管網(wǎng)內(nèi)壓力發(fā)生劇烈波動，這時，泡沫橇塊壓力監(jiān)測設施就檢測到了不適合泡沫比例混合器工作的壓力，最終會發(fā)生運行的泡沫橇塊自動中止混合器運行的極端情況。(4)不能保障泡沫橇塊的混合比的原因。泡沫橇塊上的電動泵啟動壓力為0.6～1.2 MPa，前端供水壓力在這一范圍內(nèi)，可由泡沫橇塊上的平衡閥自動調(diào)節(jié)，保證混合器正常的混合比。如與穩(wěn)高壓供水系統(tǒng)共用，系統(tǒng)運行中橇塊前端的供水壓力頻繁波動，超出橇塊可調(diào)節(jié)的范圍，不能保證橇塊的正常運行，泡沫比例混合器混合后泡沫混合液的混合比受到嚴重影響，進而影響滅火效果。

三、技術改造措施

以上問題從設備更新伊始的調(diào)試檢測就被發(fā)現(xiàn)，但無論是對供水泵的功率進行調(diào)整，對泡沫橇塊內(nèi)監(jiān)測設備接收和比對閾值數(shù)據(jù)進行調(diào)整，還是對其他同在穩(wěn)高壓供水管線上取水的消防設備動作時間進行調(diào)整，泡沫滅火系統(tǒng)在之后每年的檢測調(diào)試中都仍然不同程度地持續(xù)出現(xiàn)上述問題。該單位技術工程師也針對這些問題請教了相關專家并對其他同類工廠類似裝置的泡沫滅火系統(tǒng)設備運行情況進行實地考察。經(jīng)過比對考察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)以上幾種情況在改造系統(tǒng)中是比較有代表性的常見問題，但新建的幾個千萬噸級煉油廠的相關泡沫滅火設備就沒有上述問題，兩系統(tǒng)唯一不同之處就是泡沫滅火系統(tǒng)的供水系統(tǒng)取水方式。如果泡沫滅火系統(tǒng)的供水系統(tǒng)不從廠區(qū)穩(wěn)高壓供水系統(tǒng)取水，而是設置一個獨立儲水水罐，也就是水來自水罐由水泵供給，泡沫原液來自泡沫罐由泡沫泵供給，進入混合器的水和泡沫都有穩(wěn)定的供給壓力，這種情況下混合器配置出的泡沫混合液混合比準確、流量穩(wěn)定。

《石油儲備庫設計規(guī)范》(GB 50737—2011)[2]第8.3.10.1條規(guī)定，泡沫消防供水泵應單獨設置，不應與消防冷卻水泵共用。其條文解釋為，用于油罐噴淋的消防水管道在火災時經(jīng)常由于消防炮和消火栓的用水壓力不穩(wěn)定，為了保證泡沫系統(tǒng)的有效使用，規(guī)定用于配置泡沫混合液的消防水單獨設置系統(tǒng)，即泵和管道單獨設置?！妒蛢鋷煸O計規(guī)范》中的規(guī)定主要針對其庫區(qū)單罐體量大、泡沫用水量及泡沫用量多的情況，此情況下不采用單獨的泡沫供水系統(tǒng)會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定而影響滅火，其主要是針對內(nèi)外浮頂罐的密封圈著火而規(guī)定。在大連石化國儲庫著火后，遼寧省公安消防總隊下發(fā)了相應文件，要求內(nèi)外浮頂罐的泡沫系統(tǒng)要按照全液面進行設計滅火，而該企業(yè)的泡沫比例混合裝置正是按全液面進行的設計，東油品區(qū)的泡沫混合液量可達288 L·s-1，其泡沫用水量已遠遠超過《石油儲備庫設計規(guī)范》中規(guī)定的10萬立方米外浮頂原油罐的泡沫用水量(約100 L·s-1)。

對大連石化和云南石化的泡沫供水系統(tǒng)及泡沫穩(wěn)壓系統(tǒng)進行調(diào)研，這兩個系統(tǒng)建成以來，經(jīng)過多次啟動試驗和運行測試，泡沫橇塊開啟迅速，系統(tǒng)反應靈敏，泡沫供給連續(xù)、穩(wěn)定、有效，系統(tǒng)沒有延時，不存在耽誤有效滅火時間的狀況，運行完全達到預期設計目的。

可見，設置獨立泡沫供水罐及泡沫供水專線、設置泡沫供水穩(wěn)壓泵是必要的。如果不設置泡沫專用供水泵及供水線，著火情況下，消火栓、消防炮等在穩(wěn)高壓管線上取水的用水設施頻繁啟動并連續(xù)使用，這種用水情況所造成的泡沫比例混合裝置與消火栓給水系統(tǒng)爭水，影響的不僅僅是滅火時間，更為嚴重的是平衡式泡沫比例混合裝置的開啟是否成功和運行是否連續(xù)，最終影響滅火戰(zhàn)斗的成敗。設置泡沫供水穩(wěn)壓泵，其一是保證泡沫供水線到平衡式泡沫比例混合裝置一段始終充滿水，避免因空管線注水過程而延長泡沫比例混合裝置的啟動時間；其二，由于突然啟動大功率泵的水頭壓力很大，往往超出電動控制閥扭矩的要求，造成電動控制閥開啟不動或開啟不完全、不迅速，延誤滅火時間；再者，如設置減壓孔板也可以起到減壓作用，但由于前端壓力不確定而導致水流通過減壓孔板后壓力也不確定，不能保證泡沫比例混合裝置開啟及運行成功。

綜上情況分析和實地考察比對，為從源頭解決問題，該企業(yè)擬進行以下技術改造：(1)建立消防泡沫供水罐。由于該企業(yè)泡沫橇塊距消防水池較遠，適宜建設專門的消防供水罐，從供水源頭上解決滅火時與消火栓、噴淋系統(tǒng)爭水的問題。(2)建立專門的泡沫供水穩(wěn)壓泵、消防供水泵及泵房。泡沫供水穩(wěn)壓泵的作用是一旦著火，泡沫供水管網(wǎng)存在壓力水，泡沫橇塊可立即啟動，可有效解決泡沫橇塊延時的問題。同時，選擇專門的泡沫供水泵，供水壓力穩(wěn)定，可避免因水頭壓力過大而使電動閥門不開啟的狀況發(fā)生。