石油化工管廊下熱油泵的水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計

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，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，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，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)到有效保護目的，而且，由于發(fā)現(xiàn)時火災(zāi)已經(jīng)蔓延，難以控制，這時，尋找一種安全有效的手段來預(yù)防控制火災(zāi)，保護熱油泵，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)、儲存裝置或裝卸設(shè)施的防護冷卻。某些危險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)行滅火或防護冷卻的一種固定式滅火系統(tǒng)。其特點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)計過程進(jìn)行簡述，為此類設(shè)備的消防保護提供參考和借鑒。

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，根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(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的特殊危險設(shè)備及場所宜設(shè)水噴淋或水噴霧系統(tǒng)。本設(shè)計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)計要求

3.1 相關(guān)規(guī)范要求

《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》GB50160-2008中規(guī)定，水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)符合下列要求：（1）系統(tǒng)供水的持續(xù)時間、響應(yīng)時間及控制方式等應(yīng)根據(jù)被保護對象的性質(zhì)、操作需要確定；（2）系統(tǒng)的控制閥可露天設(shè)置，距被保護對象不宜小于15m；（3）系統(tǒng)的報警信號及工作狀態(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?！?/p>

3.2 流量及強度要求

根據(jù)《霧規(guī)》（GB50219-1995）3.1.5.1條，“當(dāng)保護對象外形不規(guī)則時，其保護面積應(yīng)按包容保護對象的最小規(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，應(yīng)設(shè)置水噴霧（水噴淋）系統(tǒng)或用消防水炮保護泵，噴淋強度不低于9L/m2·min”。

根據(jù)表1，持續(xù)時間選擇0.5h。

3.3 雨淋系統(tǒng)

雨淋系統(tǒng)是指由火災(zāi)自動報警系統(tǒng)或傳動管控制，由自動開啟雨淋報警閥和啟動供水泵后，向開式灑水噴頭供水的開式自動噴水滅火系統(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，火焰探測器報警信號通過聯(lián)動裝置開啟雨淋閥的泄壓電磁閥排水，使雨淋閥自動開啟。熱油泵的絕緣防護等級均按IP55選用，可防止噴淋時發(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，因為用地緊張，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)被保護對象的特點選擇重點保護部位，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保護部位，如介質(zhì)出入口法蘭連接處等易漏油部位增加噴頭保護，同時還必須考慮熱油泵內(nèi)部流體漏出后的流動造成火勢的蔓延，故在熱油泵底盤周圍宜考慮設(shè)置水霧噴頭，以阻止火勢的擴大。在其他部位設(shè)置較小流量個數(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)一個棘手問題就是在斜撐阻擋部位的噴頭與被保護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)噴頭并使被保護位置為兩噴頭噴射夾角最強重合點以達(dá)到完全覆蓋的目的。

3.5 噴頭布置特點

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)計的灑水形狀噴出，直接覆蓋于設(shè)定得保護物體外表面，促使蒸汽稀釋和散發(fā)，起到滅火、控火、封堵隔斷、冷卻、暴露防護及預(yù)防火災(zāi)的作用。在本設(shè)計中，由于保護對象是可燃液體，主要以滅火、控火為主，要求完全覆蓋保護對象，噴頭在噴射時在保護對象表面形成連續(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)到較好的防護效果，噴霧保護范圍要有15%-20%的保護半徑搭接，具體如圖3所示。

4 系統(tǒng)計算

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

（2）計算設(shè)計流量。根據(jù)水噴霧滅火設(shè)計規(guī)范第3.1.2條對噴霧強度及持續(xù)噴霧時間的要求，確定對泵的設(shè)計噴霧強度為20L/（min·m2），最小持續(xù)噴霧時間為0.5h。本項目擬采用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，故本項目中噴頭的設(shè)計流量為：

（6）減壓閥水力計算

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噴頭水壓水量的計算，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)計規(guī)范4.0.6，管道采用內(nèi)外鍍鋅無縫鋼管。自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)的水流速度宜采用經(jīng)濟流速，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，計算公式為q=√BH。因為噴頭最小壓力要求為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），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)法計算系統(tǒng)的實際流量、水頭損失等，若用估算法則偏差較大，可能會導(dǎo)致噴出的不是水霧。

計算中應(yīng)隨時校核噴頭的設(shè)計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)。計算完畢還應(yīng)校核每個管段流速（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，同時也存在較大的火災(zāi)危險性和危害性，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，起到及時撲滅火災(zāi)并防止火災(zāi)蔓延的作用，為裝置的安全運行提供了一種有效的消防保護方法。

參考文獻(xiàn)

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