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石油化工企业常见消防设计问题探讨摘要：从消防站设置、消防水量计算、火炬设施消防设计、高温油泵消防设计、储罐区固定消防炮设置、高温油罐消防等方面对石油化工企业消防设计中经常遇到的问题进行了探讨，结合消防设计工程实例，指出设计时应严格执行规范要求，根据项目的具体情况，采取合理的消防保护措施。对于大型、特大型项目，可在规范要求的基础上适当提高消防能力配置。关键词： 石油化工； 消防炮； 消防水量； 高温油泵； 高温油罐石油化工企业是以石油、天然气及其产品为原料，生产、储运各种石油化工产品的炼油厂、石油化工厂、石油化纤厂及其联合组成的工厂1。其加工、储存、运输的物料多数具有易燃、易爆、高温、高压的特点。对于石油化工企业消防，应贯彻“预防为主，防消结合”的工作方针，针对保护对象的特点，合理地设置固定式与移动式消防设施，减小火灾危害，保护人身和财产安全，同时做到消防设施的安全可靠、技术先进和经济合理。石油化工企业由于原料、加工过程、产品的不同，企业的特点、规模各不相同且差别很大，采用的消防形式也不尽相同，下面就石油化工企业消防设计时经常遇到的一些问题结合规范、设计经验及工程进行探讨。1 消防站设置根据GB 501602008石油化工企业设计防火规范2的要求，大中型的石油化工企业应设消防站。即对于大中型石化企业，无论其周边的依托条件如何，企业自己必须设置消防站。该消防站的设置主要是考虑到大中型石化企业的火灾危险程度高，设置消防站立足于着火初期快速出车灭火，企业自救。消防站的设计规模则需根据企业的规模、火灾危险性、固定消防设施的设置情况及周边可依托的移动消防力量确定3。对于固定消防设施设置完备，周边协作单位能够提供适用于扑救石油化工火灾的消防车，消防站的设计规模可适当减小。对于小型石化企业，当周边设有消防站，该消防站在接到火警后消防车到达火场的时间不超过5min（对于丁、戊类的局部场所， 行车路程加大到4km），当其消防车的配置满足企业消防要求时，该消防站可作为企业的依托消防站。工业园区内的小型石化企业，可依托园区集中设置的消防站，消防站的位置满足GB 501602008中第4.2.10条的设置要求，即消防站在接到火警后消防车到达火场的时间不超过5 min（对于丁、戊类的局部场所， 行车路程加大到4 km），其消防车的配置满足企业消防要求。对于园区内的大中型石化企业，即便是园区集中设置的消防站接到火警后消防车到达火场的时间不超过5 min，能够提供适用于扑救石油化工火灾的消防车，考虑到企业内部消防站消防人员熟悉本企业内部情况，了解石化火灾特点，能第一时间到达火灾现场，对扑灭初期火灾、控制火势发展有很大作用，认为企业仍需设置自己的消防站，企业消防站规模可适当减小。2 消防水量计算石油化工企业厂区的消防用水量按着火处数和相应灭火用水量确定。当厂区占地面积小于或等于100 hm2时，按1 处消防用水量最大处设计；当厂区占地面积大于100 hm2 时，按2 处消防用水量之和确定，其中一处为厂区消防用水量最大处，另一处为厂区辅助生产设施。当厂区的占地面积达到几百hm2时，工厂为特大型石化企业，一旦消防供水系统发生意外造成的损失将是巨大的。在这种情况下，设置1 套消防供水系统存在着安全供水的风险，对占地面积达到几百hm2的石化企业，应设置不少于2 套消防供水系统；对于设置2 套消防供水系统的企业，应根据其保护面积及设施情况确定每套供水系统的水量。对于厂区消防用水量，按照规范要求进行计算，一般情况下最大消防水量发生在装置区或储罐区；工艺装置的消防水量应根据其规模、火灾危险性、发生火灾的影响范围、同时使用的消防设施及对相邻系统的影响等情况综合考虑确定，不能简单地套用规范给出的参考水量。对于厂区辅助生产设施，其消防用水量可按50 Ls 计算；而对于空分站的消防用水量，规范规定为：空分站的消防用水量宜为90120 Ls。辅助生产设施的消防用水量是按50 Ls 还是按空分站的90 120 Ls，经常会有不同意见。GB 501602008 定义的公用和辅助设施为：“不直接参加石油化工生产过程，在石油化工生产过程中起辅助作用的必要设施”，主要包括锅炉房和自备电站、变电所、电信站、空压站、空分站等。一般情况下，空分站是作为辅助设施，消防水量按50 Ls 确定；而对于参加生产过程的大型空分站（如煤化工的空分站），其主要作用与工艺装置相同，与起辅助作用的空分站不同，消防水量按照90 120 Ls 确定。3 火炬设施消防设计对于石油化工企业的装置或联合装置、罐组按照规范的要求应设置环状消防道路，对于设有消防道路的区域，一般情况下沿消防道路设置消防管网并相应布置消火栓、消防炮。石油化工企业的火炬为生产区的设施，其本身是工厂的安全措施，与生产装置不同，规范中对其周围是否设置消防道路及环状消防管网没有规定。火炬设施大致分为烃类火炬和酸性气火炬。烃类火炬设施的组成中主要包括水封罐、分液罐、火炬。对于烃类火炬，水封罐中可能会有少量烃类；分液罐中的存液量通常小于罐容的13，罐中会有烃类存在。从烃类火炬中的设施组成及介质来看，火炬设施着火的可能性较小。酸性气火炬设施的组成中主要包括水封罐、酸性气收集罐、火炬，根据这些组成，火炬着火介质较少。虽然火炬设施的着火介质少，着火几率低，但不排除发生火灾的可能性，曾经发生过回火爆炸的情况。根据这些特点，火炬设施的消防主要采取在消防管道上设置消火栓及配置小型灭火器等措施。对于布置在厂外如山上、海边的火炬， 需考虑火炬发生火雨时对周围植被、船舶的影响。4 高温油泵消防设计高温油泵是指输送介质操作温度大于250 且超过自燃点的离心油泵。近年来，炼油企业发生了多起高温油泵密封泄漏导致的着火事故，为火灾多发设备，给装置安全运行带来了严重影响，有关企业对高温油泵的安全运行提出了指导意见，包括加强巡检管理、平稳操作、设备材料质量管理及完善的应急消防措施。做好高温油泵的设计选型、泵的工艺系统设计、泵的布置设计，是从源头上消除高温油泵的安全隐患，做到本质安全的必要条件。在本质安全设计的前提下，根据泵的运行状况及维修时发生火灾的情况分析，还应设置必要的消防措施。GB 501602008中第8.6.6条对布置在管廊、可燃液体设备、空冷器等下方时，对泵的消防保护均作了要求。随着高温油泵着火事故的多发，对泵的布置要求也越来越严格，发展趋势为高温油泵不应布置在管架下方。对于高温油泵需设置水喷雾（水喷淋）系统或固定水炮雾状保护及蒸汽灭火措施；设置水喷雾系统或用消防炮雾状保护，主要是考虑高温油泵少量泄漏引发小型火灾时可以灭火，当火势较大时可以进行冷却，以使火势不至于很快扩散蔓延，且可以避免出现设备在急冷的情况下开裂、变形；蒸汽灭火是热油泵可采取的灭火措施之一，在热油泵区宜布置半固定蒸汽灭火接头和蒸汽筛孔管。有条件的企业可在高温油泵区设置自动泡沫喷淋等消防设施。这里的“有条件”主要考虑的因素为：设置自动泡沫喷淋消防时，需配置相应的供给泡沫混合液的泡沫站，在GB 501512010泡沫灭火系统设计规范第8.1.6条中对泡沫站设置有如下要求： “严禁将泡沫站设置在防火堤内、围堰内，泡沫灭火系统保护区或其它火灾及爆炸危险区域内”，根据该条款，在装置内很难找到满足此条件的地方，尤其对于装置改造项目更困难。因此在满足条件的情况下，可设置泡沫灭火系统。综上所述，采取以下消防措施是比较可行的：（1）在高温油泵设置水喷雾系统或使高温油泵在消防水炮雾状水的覆盖下。（2）在高温油泵区设置半固定式灭火蒸汽接头，在泵附近设置蒸汽筛孔管。（3）在有条件的情况下可在高温油泵区设置泡沫喷淋消防设施。5 储罐区固定消防炮设置由于石油化工企业需要消防保护的设施种类较多，采用的消防措施不尽相同，有针对性地采取合适的消防手段是快速、有效灭火的必要条件。消防炮具有操作简单、灵活、供水量大、射程远，可以用于保护人员难以靠近的危险设备群、高危险设备等。根据消防炮的特点，固定消防炮在石化企业的使用场所很多，但消防炮也有其缺点和不适用性，以下对固定消防炮在罐区的设置进行探讨。5.1 固定消防水炮保护（1）球罐、固定顶罐球罐、固定顶罐可采用固定水炮保护。在固定顶储罐消防设计时，罐壁的冷却可采用设置于罐壁上的消防喷淋冷却管道，储罐周围的固定消防水炮可不靠近储罐操作消防炮，当发生风向转变或出现其它对着火罐及邻近罐不利情况时，可有针对性地对固定顶罐进行消防辅助冷却4。球罐区消防冷却按照GB501602008中第8.10.2条的要求，当单罐容积大于100 m3 且小于1000m3时，固定式水炮可作为固定消防冷却设施，其冷却水量不宜小于计算水量的1.3倍且消防水炮保护范围应覆盖每个液化烃罐，这里把固定消防水炮按照固定冷却水系统考虑了。若球罐设置有固定水喷雾冷却系统，也建议在罐区周围适当设置消防水炮进行冷却保护。（2） 外浮顶罐不建议在外浮顶罐组周围设置固定消防水炮保护。外浮顶罐着火时，由于只是密封圈火灾， 火势不大，消防冷却水只需考虑着火罐的冷却，不必考虑邻近罐的冷却。若对着火罐采用固定消防水炮保护，由于消防水炮位置固定，喷射角度若不合适，消防水打到罐的浮顶上排水不及时容易使浮盘倾斜，反倒不宜灭火。对外浮顶罐辅助冷却最好采用遥控型或水力自摆型移动消防炮，将炮布置在合适的位置由专业的消防人员操作从而对外浮顶罐进行有效冷却。5.2 泡沫炮消防在罐区的设计中，有些在泡沫系统管网上设置泡沫炮。对于固定顶罐，泡沫喷射到液体表面较难；对于外浮顶罐，喷射的泡沫很难进入密封圈内，且喷射的泡沫混合液可能对罐的浮顶有一定冲击力，扰动浮顶而造成次生事故，更不宜灭火，造成泡沫液的浪费。若在管网上设置泡沫炮，这些泡沫炮主要用于扑灭罐区内的流淌火灾。综上，在罐区周围不建议设置泡沫炮。罐区的灭火主要依靠固定、半固定泡沫灭火系统及消防车灭火。6 高温油罐消防在以往的石化企业罐组中，高温油罐储存介质为沥青和渣油，储罐数量也不多，主要采用泡沫灭火系统。最近几年石化企业节能降耗要求逐渐提高，企业规模及其装置朝着越来越大型化的方向发展。装置间为热联合，中间罐储存为热罐，即通常所称的热油罐，其特点是储存温度高，一般在93 以上。针对高温油罐消防，国外规范推荐采用有经验的消防人员初期缓慢注入空气泡沫，待罐内介质温度下降后，按正常注入，主要防止介质“沸溢”。国内规范对高温油罐消防没有特殊要求。从高温油罐的性能及着火实例来看，高温油罐不易着火，但一旦着火很难扑救，尤其是储存容积大、温度高的储罐。从国内外规范、油罐性能及灭火实例方面，总结出以下几点意见：（1）按照GB 5015120105 进行消防设计。（2）单罐容积尽量小、储存介质温度尽量低。（3）增加泡沫液的储存量及配置泡沫混合液相应的储存水量。7 工程实例7.1 项目概况某大型石化项目包括炼油厂、原油储库、成品油首站、原油首末站。项目的公用消防设施集中考虑，统一设置，共包括有10万m3原油储罐、500万ta 炼油厂等，占地面积175 hm2。项目设置独立的稳高压消防给水系统，压力为0.8 1.2 MPa。消防用水量按同一时间内2 处火灾考虑，一处为成品油首站30000 m3成品油罐火灾，另一处为本项目辅助生产设施；消防用水储量按同一时间内2处火灾设计，一处为本项目3000 m3液化烃球罐火灾，另一处为本项目辅助生产设施。7.2 主要装置组成及火灾危险等级主要工艺装置（单元）组成和火灾危险等级如表1 所示。表1 主要装置（单元）构成和火灾危险等级装置名称规模火灾危险性分类原料预处理装置500104t/a甲延迟焦化装置120104t/a甲催化裂化装置（含烟气脱硫）170104t/a甲气体分馏装置40104t/a甲产品精制装置甲连续重整装置60104t/a甲柴油加氢装置260104t/a甲催化重汽加氢装置50104t/a甲异构化装置30104t/a甲硫磺回收联合装置6104t/a甲LPG罐区3000m3甲丙烯罐区2000m3甲柴油罐区30 000m3乙原油罐区100 000m3甲7.3 主要消防设施设置7.3.1 消防站项目共设置2 座消防站，消防总站和消防分站互为支援，互为联防。消防总站设在原油罐组区域，内设置4辆消防车，其中包括：2 台大型泡沫消防车、1 台泡沫运输车和1 台消防高喷车。消防总站由5 车位车库、业务及辅助用房、消防训练场及训练塔组成。消防分站设在炼油厂厂前区，占地面积为4 400m2，消防分站建筑面积为1 080 m2，7 层训练塔面积为204 m2。消防分站内设置消防车5 辆，其中包括：1台大型泡沫消防车、1台大型干粉-泡沫消防车、1 台通讯指挥车、1 台发电车和1 台救援车。消防分站设在炼油厂厂前区， 占地面积为4 400m2， 消防分站建筑面积为1 080 m2， 7 层训练塔面积为204 m2。消防分站内设置消防车5 辆，其中包括：1 台大型泡沫消防车、1 台大型干粉-泡沫消防车、1 台通讯指挥车、1 台发电车和1 台救援车。7.3.2 消防供水及储存（1） 计算水量最大消防用水量按同一时间内2处火灾设计，一处为成品油首站30 000 m3内浮顶成品油罐区火灾，消防用水量为560 Ls；另一处为本项目辅助生产设施，消防用水量为50 Ls。项目最大消防用水量为610 Ls。最大消防用水储量按同一时间内2 处火灾设计，一处为3 000 m3 LPG 球罐火灾，LPG 球罐消防用水总量为550 Ls，连续供水时间为6 h，消防用水储量为11 880 m3； 另一处为本项目辅助生产设施，消防用水量为50 Ls，连续供水时间为2 h，消防用水储量为360 m3。项目群最大消防用水储量约为12 240 m3。（2） 消防冷却水泵消防冷却水主用泵：3 台电动泵，单泵流量Q 200 Ls，扬程H120m。消防冷却水备用泵：3 台柴油机泵，单泵流量Q200 Ls，扬程H120 m。消防水稳压泵：2 台电动泵，单泵流量Q 30Ls，扬程H 120 m。（3） 泡沫消防供水泡沫消防供水服务范围为原油罐组和成品油首站，考虑成品油首站为最大一次泡沫混合液用处，其流量为200 Ls，水压约为1.2 MPa，泡沫液采用3水成膜型泡沫液。 泡沫消防给水泵的具体配置如下：泡沫消防给水主用泵：2台电动泵，单泵流量Q110 Ls，扬程H120m。泡沫消防给水备用泵：2台柴油机泵，单泵流量Q110 Ls，扬程H 120m。（4） 消防水总量及储存设施本项目生产、生活和消防用水的储存设施共用，设置2 个10 000m3钢制拱顶水罐，两罐之间设带阀门的连通管，罐中设不动用消防水的措施。7.3.3 泡沫站本项目共设置泡沫站7 座，分别为成品油首站2 座、炼油厂1 座、原油罐区4 座。7.3.4 消防管网设置（1） 消防冷