石油化工管廊下熱油泵的水噴霧滅火系統設計

王耀東

摘 要：針對石油化工裝置用地緊張，裝置內常規消防保護設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，提出了一種安全可行的解決方案。

關鍵詞：石油化工裝置；熱油泵；水噴霧滅火系統；解決方案

1 概述

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

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備，熱油泵經常布置在管廊一側，常規情況下，多采用在附近道路一側布置消火栓的方式對其進行保護，但近年來，隨著裝置用地日益緊張，裝置內設備和管線布置的空間被大大縮小，管道和設備之間互相遮擋嚴重，無法達到有效保護目的，而且，由于發現時火災已經蔓延，難以控制，這時，尋找一種安全有效的手段來預防控制火災，保護熱油泵，顯得尤為重要。

水噴霧滅火系統可用于撲救固體火災、閃點高于60℃的液體火災和電器火災。并可用于可燃氣體和甲、乙、丙類液體的生產、儲存裝置或裝卸設施的防護冷卻。某些危險固體如火藥和煙花爆竹引起的火災。它是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細小的水霧滴進行滅火或防護冷卻的一種固定式滅火系統。其特點是水的利用率極大提高，細小的水霧滴幾乎可完全汽化，冷卻效果好，產生膨脹約1680倍的水蒸汽可形成窒息的環境條件。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管廊下熱油泵的水噴霧滅火系統設計過程進行簡述，為此類設備的消防保護提供參考和借鑒。

2 工程介紹

某裝置內有2組4臺熱油泵溫度均大于300℃，根據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行保護，根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008中8.6.3條規定，工藝裝置內固定水炮不能有效保護的特殊危險設備及場所宜設水噴淋或水噴霧系統。本設計采用水噴霧滅火系統。

水噴霧滅火系統是一種局部滅火系統，一般由火災探測系統、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 設計要求

3.1 相關規范要求

《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008中規定，水噴霧滅火系統的設計應符合下列要求：（1）系統供水的持續時間、響應時間及控制方式等應根據被保護對象的性質、操作需要確定；（2）系統的控制閥可露天設置，距被保護對象不宜小于15m；（3）系統的報警信號及工作狀態應在控制室控制盤上顯示；（4）本規范未作規定者，應按現行國家標準《水噴霧滅火系統設計規范》（GB50219）的有關規定執行。

《石油化工工藝裝置布置設計規范》SH3011-2011中5.9.7條規定，“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備的下方，否則應設置水噴霧（水噴淋）系統或用消防水炮保護。”

3.2 流量及強度要求

根據《霧規》（GB50219-1995）3.1.5.1條，“當保護對象外形不規則時，其保護面積應按包容保護對象的最小規則形體的外表面面積確定”。

根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008中8.6.6條規定，“液化烴泵、操作溫度等于或高于自燃點的可燃液體泵，當布置在管廊、可燃液體設備、空冷器等下方時，應設置水噴霧（水噴淋）系統或用消防水炮保護泵，噴淋強度不低于9L/m2·min”。

根據表1，持續時間選擇0.5h。

3.3 雨淋系統

雨淋系統是指由火災自動報警系統或傳動管控制，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，亦稱開式系統。本系統的雨淋閥組設在管橋下熱油泵附近柱子內側，進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。在熱油泵處設火焰探測器，并與雨淋閥進行聯鎖，火災發生時，火焰探測器報警信號通過聯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，可防止噴淋時發生電氣事故。

3.4 管道及噴頭布置

水噴霧滅火系統主管從全廠穩高壓消防系統主管接出，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置造成很大的阻礙。因此，必須根據被保護對象的特點選擇重點保護部位，在地面相應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置水霧噴頭，以阻止火勢的擴大。在其他部位設置較小流量個數較少噴頭以達到整體降溫目的。在現場施工中出現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，后來根據具體情況采取管道繞過斜撐并從兩側加設噴頭并使被保護位置為兩噴頭噴射夾角最強重合點以達到完全覆蓋的目的。

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，并按設計的灑水形狀噴出，直接覆蓋于設定得保護物體外表面，促使蒸汽稀釋和散發，起到滅火、控火、封堵隔斷、冷卻、暴露防護及預防火災的作用。在本設計中，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、下及側表面面積。重點保護部位為泵體及泵進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）計算設計流量。根據水噴霧滅火設計規范第3.1.2條對噴霧強度及持續噴霧時間的要求，確定對泵的設計噴霧強度為20L/（min·m2），最小持續噴霧時間為0.5h。本項目擬采用ZSTWC型高速水霧噴頭，其流量系數K=43，噴頭工作壓力P取0.35MPa，故本項目中噴頭的設計流量為：

（6）減壓閥水力計算

由于水噴霧系統通過雨淋閥由全廠穩高壓消防系統接出，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，并根據管網壓力情況設置減壓閥。

根據水噴霧滅火設計規范4.0.6，管道采用內外鍍鋅無縫鋼管。自動噴水滅火系統管網內的水流速度宜采用經濟流速，根據工程算例分析和有關手冊及文獻介紹，配水干管和配水支管設計流速采用一般不宜超過3m/s，常用1.3～2.5m/s。

《噴霧規范》第3.1.3條規定“當用于滅火時水霧噴頭的工作壓力不應小于0.35MPa”，故最不利噴頭的起始壓力應按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。由于水噴霧系統采用開式噴頭，應根據特性系統法計算系統的實際流量、水頭損失等，若用估算法則偏差較大，可能會導致噴出的不是水霧。

計算中應隨時校核噴頭的設計值是否在其正常值范圍內，ZSTG10/114型高速噴射器的正常工作壓力為0.28-0.5MPa，對應的正常流量為1.22范圍內。計算完畢還應校核每個管段流速（見表1）。各管段流速V<5m/s，符合《噴霧規范》的規定。

5 結束語

管廊區在石油化工生產過程中擔負主要生產物料的輸送作用，作用至關重要，同時也存在較大的火災危險性和危害性，采用水噴霧滅火系統，可以較好地解決局部地區消防系統無法覆蓋而造成的火災隱患，由火災探測系統監視到火災后將信號傳至控制室，進而開通雨淋閥，噴頭打開對關鍵部位進行防護，起到及時撲滅火災并防止火災蔓延的作用，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

[1]GB50219-95.水噴霧滅火系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，1995.

[2]GB50160-2008.石油化工企業防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2008.

[3]SH3011-2011.石油化工工藝裝置布置設計規范[S].北京：中國石化出版社，2011.

[4]GB50084-2001.自動噴水滅火系統設計規范[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設計[A].2001年全國工業用水與廢水處理技術交流會論文匯編[C].