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石油化工企业消防设计中存在的问题分析

文档作者：李洪彭国祥余春和文档来源：中国五环工程有限公司		点击数：	更新时间： 2025年05月12日
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上一篇：浅析GE水煤浆气化装置检修要点

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第 ５３ 卷 第 ２ 期２０１５ 年 ４ 月化肥设计Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ＤｅｓｉｇｎＡｐｒ. ２０１５石油化工企业消防设计中存在的问题分析李 洪,彭国祥,余春和(中国五环工程有限公司,湖北 武汉 ４３０２２３)摘 要: 针对石油化工企业消火栓系统、消防炮系统、泡沫灭火系统及气体灭火系统设计中存在的主要问题进行了分析,对室内消火栓系统的分区和减压提出了替代的做法,并就泡沫灭火系统中管牙接口、排气阀及系统的控制给出了建议,同时对气体灭火系统设计中存在的争议提出了个人观点,为消防专业设计人员提供了一定的参考。关键词: 化工企业；消防设计；灭火系统；问题分析；措施ｄｏｉ:１０. ３９６９ / ｊ. ｉｓｓｎ. １００４ - ８９０１. ２０１５. ０２. ００５中图分类号: ＴＵ８９２ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００４ - ８９０１(２０１５)０２ - ００１７ - ０３Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｉｒｅ-ｆｉｇｈｔｉｎｇ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓＬＩ Ｈｏｎｇ, ＰＥＮＧ Ｇｕｏ-ｘｉａｎｇ, ＹＵ Ｃｈｕｎ-ｈｅ(Ｗｕｈｕａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ. Ｌｔｄ. , Ｗｕｈａｎ Ｈｕｂｅｉ ４３０２２３ Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ, ｆｉｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ, ｆｏａｍ ｆｉｒｅ-ｆｉｇｈｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｇａｓｆｉｒｅ ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ ａｎｄ ａｄｄｒｅｓｓｅｓ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅ ｚｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｏｏｒ ｈｙｄｒａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅ ｔａｐｅｒ ｐｉｐｅ ｔｈｒｅａｄ ｎｏｚｚｌｅ, ｖｅｎｔ ｖａｌｖｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｆｏａｍ ｆｉｒｅ-ｆｉｇｈｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ. Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｍｅｎｔｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｖｅｒｓｉａｌ ｉｓｓｕｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｇａｓ ｆｉｒｅ ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｆｉｒｅ-ｆｉｇｈｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ.Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ； ｆｉｒｅ-ｆｉｇｈｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ； ｆｉｒｅ ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ； ｐｒｏｂｌｅｍ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｄｏｉ:１０. ３９６９ / ｊ. ｉｓｓｎ. １００４ - ８９０１. ２０１５. ０２. ００５石油化工行业是一个工艺比较复杂、技术性较强的行业。 由于在生产过程中使用的原材料、半成品、成品以及各种辅助材料大都是易燃、易爆物质,极易引发火灾和爆炸事故。 另外,生产设备和装置都是大型化、立体化和联合化,炉、塔、罐、泵等高大林立,布局集中,管道纵横贯通,一旦发生火灾,会引起连锁反应,形成立体火灾,增加扑救难度,导致严重损失。 因此,合理、可靠的消防设计对石油化工企业十分重要。1 室内消火栓系统１. １ 室内消火栓的布置室内消火栓的布置应保证每一个防火分区同层有 ２ 支水枪,且其充实水柱能同时到达任何部位。 室内消火栓的间距应由计算确定。 高层厂房(仓库)、高架仓库和甲、乙类厂房中室内消火栓的间距不应大于 ３０ ｍ,其他单层和多层建筑中室内消火栓的间距不应大于 ５０ ｍ。 但是对于 ２ 个消火栓的最小距离并无规定,如果 ２ 个消火栓的距离过小,当一个消火栓受到威胁时,另一个消火栓可能也无法使用。参照 《 建 筑 设 计 防 火 规 范 》 ( ＧＢ５００１６ -２００６,以下简称《 建规》 ) “ 其相邻 ２ 个安全出口最近边缘之间的水平距离不应小于 ５ ｍ”之规定,室内 ２ 个消火栓的最小距离,可以按照不宜小于５ ｍ 设计。１. ２ 室内消火栓的防冻针对室内消火栓给水系统的防冻,《 建规》 规定:“严寒和寒冷地区非采暖的厂房( 仓库) 及其他建筑的室内消火栓系统,可采用干式系统,但要求在进水管上设置快速启闭装置,管道最高处设置自动排气阀。” 但《 建规》 及相关条文并没有详细阐述干式系统的设计原则、快速启闭装置的种类、自动排气阀的性能要求及配水管道的充水时间等。作者简介: 李洪(１９８５ 年 - ),男,河南周口人,２０１０ 年毕业于中南大学消防工程专业,工程师,现主要从事化工项目消防系统的设计工作。􀅰１７􀅰《自动喷水灭火系统设计规范》 ( ＧＢ５００８４ -２００１)第 ８. ０. ９ 条规定:“干式自动喷水灭火系统的充水时间,不宜大于 １ ｍｉｎ。 预作用系统与雨淋系统的配水管道充水时间,不宜小于 ２ ｍｉｎ。” 《水喷雾灭火系统设计规范》 (ＧＢ５０２１９ - ９５)第 ３. １４ 条规定:“水喷雾灭火系统的响应时间,当用于灭火时不应大于 ４５ ｓ；当用于液化气生产、储存装置或装卸设施防护冷却时不应大于 ６０ｓ；用于其他设施防护冷却时不应大于 ３００ ｓ。” 《 泡沫灭火系统设计规范》(ＧＢ５０１５１ - ２０１０)第 ４. １. １０ 条规定:“固定泡沫灭火系统的设计应满足在泡沫消防水泵或泡沫混合液泵启动后,将泡沫混合液或泡沫输送到保护对象的时间不大于 ５ ｍｉｎ。”为保证干式室内消火栓系统及时灭火,建议系统的充水时间应不大于 ５ ｍｉｎ[２]。为提高供水的可靠性,可采取如下措施。(１)在消火栓系统的入口设置快速启闭装置。在设计中可以采用电动阀作为快速启闭阀门[３],同时与火灾自动报警系统联动,并在系统入口设压力开关或水流指示器,这样能够提高系统的充水时间。 如果系统设置的对象 ２４ ｈ 有人值班,也可以在进水管上设置可地面手动操作的启闭阀门。(２)系统末端设快速排气阀门。 排气阀的规格按照厂家提供的排气量大小进行选择。１. ３ 室内消火栓系统的分区及减压《石油化工企业设计防火规范》 (ＧＢ ５０１６０ -２００８,以下简称《石化规》) 第 ８. １１. ２ 条第 ５ 款规定:“消火栓配置的水枪应为直流 - 水雾两用枪,当室内消火栓栓口处的压力大于 ０. ５０ ＭＰａ 时,应设置减压设施。” 《建规》第 ８. ４. ３ 条第 ９ 款规定:“室内消火栓栓口处的出水压力大于 ０. ５ ＭＰａ 时,应设置减压设施；静水压力大于 １. ０ ＭＰａ 时,应采用分区给水系统。”《高层民用建筑设计防火规范》(ＧＢ ５００４５- ２００５)第 ７. ４. ６. ５ 条规定:“消火栓栓口静水压力不应大于 １. ００ ＭＰａ,当大于 １. ００ ＭＰａ 时,应采取分区给水系统。 消火栓栓口的出水压力大于 ０. ５０ ＭＰａ时,应采取减压措施。”《石化规》中虽未明确规定消火栓的静水压力及分区,但设计时仍应考虑。 因为石化企业室内消防水一般来自厂区稳高压消防水系统。 在稳高压消防水管网中水压处于两种状态:①消防主泵工作、灭火设施开始灭火时,其压力为动压；②准工作状态时,消防泵未工作而稳压泵或气压水罐为保持消防给水管网的动力稳定在工作,此时管网存在少量渗漏现象,其压力介于动压和静压之间[４]。当室内消防给水压力较大时,传统的设计方法是采用分区加减压的方式满足要求。 而随着减压稳压消火栓的出现,传统的做法逐渐被代替。 因减压稳压消火栓能有效地调控消防水压,既能保证消火栓前压力不大于 １. ００ ＭＰａ,又能使栓后压力稳定在 ０. ２５ ~ ０. ３５ ＭＰａ 之间。 目前在国家标准《室内消火栓》 (ＧＢ３４４５ - ２００５) 中列出的减压稳压消火栓有 ３ 种型号,见表 ２。表 ２ 减压稳压消火栓类别 进水口压力/ ＭＰａ 出水口压力/ ＭＰａ 公称压力/ ＭＰａⅠ ０. ４ ~ ０. ８ ０. ２５ ~ ０. ３５ １. ６Ⅱ ０. ４ ~ １. ２ ０. ２５ ~ ０. ３５ １. ６Ⅲ ０. ４ ~ １. ６ ０. ２５ ~ ０. ３５ １. ６2 室外消火栓和消防炮系统２. １ 室外消火栓和消防炮的防冻针对室外消火栓和消防炮的防冻,一般有如下几种措施。(１)采用干式消防系统。 这种方法不适用于大型石化企业。(２)采用伴热保温。 投资及维护成本较高,一般不宜采用。(３)采用聚氨酯保温套。 由于消防水平时为非流动状态,此种方式在高寒地区也会发生冰冻,因此只有部分地区可根据当地实际情况使用。(４)采用自泄式消火栓或消防炮。 此种设备的下部设有自动排泄阀,安装于冻土层以下,消火栓或消防炮在关闭状态时可自动排除腔内余水,防止设备冻坏,同时还节省了普通消火栓或消防炮管道前的闸阀井和闸阀的设置。针对北方室外消防设备防冻的问题,建议采用自泄式消火栓或消防炮,既节约投资,又节省后期维护费用。２. ２ 室外消防炮水量的计算《石化规》 第 ８. ６. １ 条规定:“甲、乙类可燃气体、可燃液体设备的高大构架和设备群应设置水炮保护,其设置位置距保护对象不宜小于 １５ ｍ。” 《石化规》并且在第 ８. １０. ６ 条第 ３ 款也规定了全冷冻式液化烃储罐的固定消防冷却供水系统的设置,明确应在储罐四周设固定水炮系统。 但是消防炮如何计算一直都是个争论的问题,具体怎样界定高大构架和设备群规范也没有明确,因此设计院在设计时大多是在大的工艺装置周围(如煤气化装置、合成氨装置等)设计了消防炮系统,并在可燃液体罐区设置固定喷淋系统的同时,在其周围也设置了固􀅰１８􀅰 化肥设计 ２０１５ 年第 ５３ 卷定消防炮系统。但是消防水量怎么计算一直都是困惑设计人员的一个问题。 首先是针对装置的消防水量的计算,《固定消防炮灭火系统设计规范》 (ＧＢ５０３３８ -２００３)第 ４. ３. ４ 条规定:“水炮系统灭火及冷却用水的供给强反应符合下列规定:石化生产装置的冷却用水的供给强度不应小于 １６ Ｌ / ｍｉｎ􀅰ｍ２。”第 ４. ３. ５条规定:“石化生产装置的冷却面积应符合《石化规》的规定。”但《石化规》中并没有规定,因此水量也不能确定。 其次,计算全厂消防水量时,既设有水炮系统又设有固定喷淋系统的、既设有室外消火栓和室外炮的,流量是否叠加计算等。 建议可按以下方式处理。(１)消防炮必须作为灭火或冷却手段时,应和其他消防系统叠加计算消防水量。(２)没有明确要求必须设水炮系统的,若既设了其他消防系统又设了水炮系统,流量可以不叠加,水炮系统作为备用消防系统。(３)计算装置消防水量时,石化生产装置的冷却面积可以按照保护装置内发生火灾的最大设备的保护面积计算。3 泡沫灭火系统３. １ 管牙接口的设置《石化规》中规定了须设泡沫灭火系统的场所、对象及泡沫灭火系统形式等,《泡沫灭火系统设计规范》(ＧＢ５０１５１ - ２０１０)第 ４. １. ９ 条规定:“储罐区固定式泡沫灭火系统应具备半固定式系统功能。”条文解释中提到可以在通向泡沫产生器的支管上设置带控制阀的管牙接口,但是针对管牙接口设置的数量没有相关的说明。因为设置管牙接口是供泡沫消防车输入泡沫混合液用的,与水泵结合器的作用是相同的。 《建规》中规定水泵接合器的设置宜按流量 １０ ~ １５ Ｌ/ ｓ 设置一个,因为消防车能长期正常运转且能发挥消防车较大效能时的流量一般为 １０ ~１５ Ｌ/ ｓ。 这里建议管牙接口的设置宜按泡沫混合液流量１０ ~１５ Ｌ/ ｓ 设置１ 个。３. ２ 排气阀的设置《低倍数泡沫灭火系统设计规范》 (ＧＢ５０１５１ -９２)２０００ 年版第 ３. ２. ７ 条第 ３ 款规定:“泡沫灭火系统混合液管道的高处应设排气阀。”但规范修订后,名称改为《泡沫灭火系统设计规范》 ( ＧＢ５０１５１ -２０１０)取消了设置排气阀的规定。笔者认为,在设计过程中是否设计排气阀应根据工程的具体情况,如泡沫混合液管道比较简短、需排气体很少时,可以不用设。 如果泡沫混合液管道比较复杂,需排气体很多时就应该设。３. ３ 系统控制《石化规》第 ８. ７. ５ 条规定了泡沫灭火系统控制方式:“单罐容积等于或大于 ２０ ０００ ｍ３ 的固定顶罐及浮盘为易熔材料的内浮顶罐应采用远程手动启动的程序控制；单罐容积等于或大于 １００ ０００ ｍ３的浮顶罐及内浮顶罐应采用远程手动启动的程序控制；单罐容积等于或大于５０ ０００ ｍ３ 并小于１００ ０００ ｍ３的浮顶罐及内浮顶罐宜采用远程手动启动的程序控制。” 《 泡 沫 灭 火 系 统 设 计 规 范》 ( ＧＢ５０１５１ -２０１０)第 ４. １. ５ 条规定:“当储罐区固定式泡沫灭火系统的泡沫混合液量大于或等于 １００Ｌ / ｓ 时,系统的泵、比例混合装置及其管道上的控制阀、干管控制阀宜具备远程控制功能。”第 ８. １. ６ 条第 ２ 款规定:“当靠近防火堤设置时,其与各甲、乙、丙类液体储罐罐壁的间距应大于 ２０ｍ,且应具备远程控制功能。”以上都提到了远程控制,但对控制的方式没有规定。 这在现实设计中做法就很多[５ - ６],只要满足远程手动控制要求,做法越简单越好,但也应满足操作时间的要求,操作时间越短越好。4 气体灭火系统针对气体灭火系统在石化行业控制室、机柜间、变配电所中设计与否,在国内一直是一个争论不休的问题,《石化规》第 ８. １１. ３ 条规定:“石油化工企业控制室、机柜间、变配电所与一般计算机房相比具有其特殊性,不要求设置固定自动气体灭火装置。”条文解释中给出了不设的理由。 而在《建规》第 ８. ５. ５ 条第 ８ 款规定:“其他特殊重要设备室,应设置自动灭火系统,且宜采用气体灭火系统。”条文说明中明确列出了化工厂中控室,对机柜间、变配电所虽未明确列出,但实际上化工厂中的机柜间、变配电所仍为重要设备室,这在《石化规》对全场性及区域性重要设施定义中均有体现。此外,《石化规》对不要求设置固定自动气体灭火装置的解释,并不完全合理。 如对中控室设气体灭火系统的解释为:“固定的气体灭火设施一旦启动,需要控制室内值班人员立即撤离,可能导致装置控制系统因无人监护而瘫痪,引发二次火灾或造成更大事故。”如果设计为对人体无害的气体灭火系统(如 ＦＭ２００、ＩＧ５４１ 等),人员是可以不用撤离的。 因此,为了保证石化企业的安全运行,建议在石油化工企业控制室、机柜间、变配电所设置气体灭火系统。 (下转第 ２６ 页)第 ２ 期 李 洪 等 石油化工企业消防设计中存在的问题分析 􀅰１９􀅰３. １. ４ 冷却区的温度控制塔顶冷却区的作用是使 ＮＯ２ 得到进一步溶解,使得氧化不完全的 ＤＭＳ 冷凝下来,避免气相反应的发生。 塔顶温度过高,ＮＯ２ 的溶解度会降低,反应区上移,ＤＭＳ 进入塔顶,在顶部发生气相反应,易发生爆炸事故；塔顶温度过低,ＤＭＳＯ 则易结晶。 因此塔顶冷却区的温度控制在 ２０ ~ ３０ ℃为宜[４]。３. ２ 氧与二氧化氮进气量的控制单纯从反应式(１)来看,ＮＯ２ 与 ＤＭＳ 的摩尔比为 １,但是将反应式(１) 与(２) 联系在一起可以看出,在整个氧化反应过程中,ＮＯ２ 是可以重复多次利用的。 ＮＯ２ 利用的次数与氧化塔效率、生产操作经验密切相关。 根据某工厂实际生产统计的数据,通过计算可以知道 ＮＯ２ 的重复利用次数一般在 ９ ~１２ 次之间。 因此 ＮＯ２ 的进气量控制在 ＤＭＳ 进料量(摩尔量)的 ０. ０８ ~ ０. １１ 倍之间为宜。将反应式 (１ ) 与 ( ２ ) 综合后, 可以得到如下反应:(ＣＨ３ )２ Ｓ ＋１２Ｏ２ＮＯ２→(ＣＨ３ )２ ＳＯ (３)从反应式(３)可以看出,Ｏ２ 与 ＤＭＳ 摩尔比的理论值为 ０. ５。 为了使 ＤＭＳ 尽可能地被氧化为 ＤＭＳＯ,常常采用将 Ｏ２ 过量的方法。 为了探讨 Ｏ２ 量对氧化过程的影响,在反应压力、反应器体积、反应温度以及 ＤＭＳ 与 ＮＯ２ 的进气量都一定的前提下,加大 Ｏ２进气量,同样采用 Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ Ｖ７. ２ 进行模拟计算,得到氧化产物———ＤＭＳＯ 中溶解 ＮＯ２ 的量与 ＮＯ２进气量的比值见表 ２。表 ２ 氧化塔出塔物料中 ＮＯ２ 的量与 ＮＯ２ 进气量的比值Ｏ２ 进气量/ ｋｍｏｌ ３. ６ ５. ４ ７. ２ ９ １０. ８ＮＯ２ 量的比值 ０. ８９ ０. ５９ ０. ４５ ０. ３６ ０. ３从表中可以看出,随着 Ｏ２ 进气量的加大,溶解在 ＤＭＳＯ 中的 ＮＯ２ 呈下降趋势,这是因为 Ｏ２ 量的增多,加大了气体的扰动,影响了 ＤＭＳＯ 对 ＮＯ２ 的吸收,那么自然也就影响了 ＤＭＳ 的氧化速度。 根据某工厂实际生产经验,Ｏ２ 一般过量 ０. １ ~ ０. １５ 倍,因此 Ｏ２ 的进气量控制在 ＤＭＳ 进料量(摩尔量) 的０. ５５ ~ ０. ５７５ 倍之间为宜。4 结语本文对 ＤＭＳ 氧化生产 ＤＭＳＯ 的氧化方法进行了简要介绍和总结。 氧化塔加温区的温度宜控制在 ５０ ~ ６０ ℃ ,反应区的温度宜控制为 ４０ ℃ ,亚冷区的温度宜控制在 ３５ ~ ４０ ℃ ,冷却区的温度宜控制在２０ ~ ３０ ℃ 。 ＮＯ２ 的进气量控制在 ＤＭＳ 进料量(摩尔量)的 ０. ０８ ~ ０. １１ 倍之间为宜；Ｏ２ 的进气量控制在 ＤＭＳ 进料量(摩尔量) 的 ０. ５５ ~ ０. ５７５ 倍之间为宜。采用液相乳化氧化氮氧化法来氧化 ＤＭＳ 生产ＤＭＳＯ,是一种安全可靠的工业生产方法。参考文献:[１] 仪志宏,任诚,胡振华. 二甲基亚砜生产技术及市场应用[ Ｊ]. 精细化工中间体,２００３(３):１１ - 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