液下式低倍數泡沫滅火系統在電廠大型儲油罐中的應用

趙西嶺　李林海

摘要：隨著社會的不斷進步與發展，火力發電廠機組的容量越來越大，特別是燃機（油）電廠，對應的儲油罐容量也越來越大。文章根據工程實例介紹液下噴射式低倍數泡沫滅火系統在電廠中的新應用，闡述了其相對于液上噴射式泡沫滅火系統的優點，可以確保電廠油罐消防系統更加安全地運行。

關鍵詞：液下噴射式低倍數泡沫；儲油罐；高倍壓發生器；泡沫滅火系統；發電機組 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ086 文章編號：1009-2374（2016）28-0043-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.022

1 研究的意義和目的

隨著國家環保政策和對火力發電產業的調控，我國電力建設的發展在較長一段時間內將以超臨界、超超臨界大型機組為主，而有一大批機組是“上大壓小”項目。伴隨著機組容量的變大，特別是燃機（油）電廠，儲油罐的容量越來越大，大型儲油罐的消防安全問題也越來越重要。本次研究的目的在于：（1）結合實際工程案例介紹大型油罐泡沫消防的分類及優缺點；（2）在滿足外方業主及規范（NFPA）對油罐消防要求的前提下，根據工程具體情況，對液下噴射式低倍數泡沫滅火系統設計要點進行介紹。

2 研究的基本概況

本工程為新建電廠，工程建設規模為4×191MW，采用西門子公司的SGT6-5000F型燃氣輪發電機組，二期工程將建成聯合循環。

執行的規程及規范：（1）《發電廠和高壓變電站的消防安全推薦標準》（NFPA850）；（2）《低中高倍數泡沫滅火系統標準》（NFPA11）；（3）《自動噴水滅火系統安裝標準》（NFPA13）；（4）《固定防火灑水系統標準》（NFPA15）；（5）《石油庫設計規范》（GB 50074-2002）；（6）業主企業標準。

3 廠址條件

3.1 廠址自然條件

該廠址原是一片沼澤地，2000年8月業主進行了回填，原規劃是煉油廠的擴建用地。回填后的場地平均標高約為4.1m，據業主介紹地下水位約為2m。

3.2 氣象

設計風速：離地9m處144km/h（40m/s）；干球溫度：35℃；濕球溫度：26℃；最高溫度：40℃；最低溫度：21℃；相對濕度：80%；日最大降水量：24小時7"（178mm）。

3.3 水源

本期工程燃機及其輔機采用空冷系統，由燃機廠家供貨。電廠生產補給水源取自兩座4500m3工業/消防水箱（地上式），水源為經預處理后的AROA河地表水，市政自來水作為補充水源；生活用水為市政自來水，由廠址南側的自來水管路上引接。

4 油系統概述

本期工程消防系統為新建，采用獨立的臨時高壓消防給水系統，設置獨立的消防給水系統的目的是為了確保全廠的安全生產，保證消防水不作它用，在消防時不因其他用水及用水點泄漏而影響消防水量和水壓。

本期工程消防給水系統由工業/消防水箱、消防水泵、消防穩壓水泵、消防給水管網、室內外消火栓、水噴霧滅火設施等組成。

消防水泵間內設有3臺消防水泵，主泵為1臺50%電動機驅動消防水泵、1臺50%柴油機驅動消防水泵，備用泵為1臺50%柴油機驅動消防水泵，并設1臺消防穩壓水泵作為消防給水系統的穩壓裝置。

柴油機驅動消防水泵及油箱采用水噴霧滅火系統，并在本體和油箱上設有線型感溫電纜，當發生火災時，溫感動作，從而使雨淋閥打開后自動啟動該水噴霧滅火系統。

本期工程新建四座12700m3的燃油罐（固定頂油罐，地上式，直徑36m，罐壁高14.398m，罐頂高4.33m），柴油的閃點≥70℃。燃油罐設置低倍數泡沫滅火系統（液下式）及固定式冷卻水系統，配置泡沫的用水和火災時冷卻用水來自廠區消防水管網。油罐區周圍布置足夠數量的室外消火栓，油罐設有專用的固定式泡沫消防管道，在防火堤外的公共泡沫管線上設有供撲滅零星火災用的泡沫槍接口，油罐頂周圍設有線型感溫探測器，當火災探測器將火災報警信號送至區域/集中控制盤后，自動/手動啟動該著火油罐的電動控制閥，打開泡沫滅火系統；同時打開相應的冷卻水管道，冷卻相應的油罐，以免火勢進一步蔓延。

5 油罐消防措施配置

5.1 油罐火災的特點

由于儲油的種類、儲存的方式和條件不同，油罐火災的特點也不一樣。油罐一旦發生爆炸，就會造成罐體破裂，罐蓋掀開、飛出，或是罐壁底部、中間裂開，導致油品流出燃燒。油品流出后，會向四周低洼處流淌，形成大面積火災。

油罐發生火災，有的先燃燒后爆炸，有的爆炸后不燃燒。

汽油、煤油、柴油等輕質油儲罐發生火災后，燃燒速度快，火焰高、火勢猛，熱輻射強，易引起相鄰油罐及其他可燃物燃燒。儲存輕質油品的油罐在呼吸閥、入孔和油罐上部破損處起火時，燃燒可能出現火炬狀，火焰體積不大，燃燒比較穩定。

原油等重質油品儲罐發生火災后，易出現沸溢和噴濺（又稱沸噴），這是原油儲罐以及油輪、油駁火災的一個突出特點。重質油品著火后蒸發速度慢，蒸發時吸收熱量少，但容易使油品溢出罐外形成沸溢的現象。有時油品與火焰騰空而起，將燃油噴出罐外幾十米或百余米遠，形成噴濺的現象。

5.2 油罐消防措施的分類

根據《發電廠和高壓變電站的消防安全推薦標準》（NFPA850）、《石油庫設計規范》（GB 50074-2002）的規定要求：石油庫的油罐應設置泡沫滅火設施；地上式固定頂油罐、內浮頂油罐應設低倍數泡沫滅火系統或中倍數泡沫滅火系統；單罐容量大于1000m3的油罐應采用固定式泡沫滅火系統；單罐油罐不小于5000m3或罐壁高度不小于17m的油罐，還應設固定式消防冷卻水系統。

因此對本期工程的油罐消防措施的配置提出以下兩種方案：

方案一：液上式低倍數泡沫滅火系統+固定式消防冷卻水系統。

方案二：液下式低倍數泡沫滅火系統+固定式消防冷卻水系統。

6 各方案組成及特點

6.1 液上式低倍數泡沫滅火系統+固定式消防冷卻水系統（方案一）

液上式泡沫噴射系統是泡沫從液面上噴入被保護儲罐內的滅火系統，由泡沫儲罐、泡沫比例混合器、泡沫產生器、火災探測與啟動控制裝置、管道及閥門組成。

火力發電廠的大型點火固定頂油罐消防系統，較多采用液上噴射泡沫消防滅火系統進行消防保護。該系統具有泡沫發生器和部分管線易受到罐體燃燒爆炸破壞的影響而失去作用等缺點。

6.2 液下式低倍數泡沫滅火系統+固定式消防冷卻水系統（方案二）

液下式泡沫噴射系統是泡沫從液面下噴入被保護儲罐內的滅火系統，由泡沫儲罐、泡沫比例混合器、高背壓泡沫發生器、火災探測與啟動控制裝置、管道及閥門組成。

該方案泡沫發生器不是安裝在油罐罐體上，而是安裝在油罐區防火堤外，油罐一旦發生先爆炸后燃燒的情況，泡沫滅火系統不易受到破壞，提高了系統的安全性；泡沫液從液下到達燃燒面，不通過高溫火焰，不沿灼熱的罐壁流入，減少了泡沫損失，提高了滅火效率；泡沫液在上浮過程中，使罐內液體冷油和熱油進行對流，從而起到一定冷卻作用，有利于滅火；可在油罐區防火堤外進行滅火操作，運行靈活；減少了對油罐本體的結構開孔，安裝便利。

7 本工程方案描述

本工程電廠設有4×12700m3的重油罐，油罐設計采用API標準，油罐消防采用NFPA標準。重油罐直徑36m，高18.728m（罐壁高14.398m、罐頂高4.33m），儲存的燃油額定閃點高于70℃。重油罐為地上立式固定頂油罐，相鄰罐之間的凈距為36m，油罐區設有防火堤。

按照外方業主要求，油罐區消防用水有電廠高壓消火栓系統供應，消防水取自兩座4500m3工業/消防水箱（地上式），水源為經預處理后的AROA河地表水，市政自來水作為補充水源。火災發生時所需最大一次消防用水量按照9000m3考慮。為了保證消防用水，在工業/消防水箱內設置了水位報警信號和停運其他用水水泵的控制裝置。

7.1 設計參數的選擇

按照外方業主要求，本工程消防系統設計必須按照NFPA標準，并滿足業主方的企業標準，具體要求

如下：

經計算后，消防最大用水量為633.215L/s，對應的水壓要求為0.71MPa。火災發生時所需最大一次消防用水量為12159.9m3。根據業主初步設計審查意見，業主同意設置2座4500m3的工業/消防水箱，并同意剩余不足部分消防水量（能在2小時內補足）由業主考慮。

7.2 消防系統概述

本期工程消防系統為新建，采用獨立的臨時高壓消防給水系統，設置獨立的消防給水系統的目的是為了確保全廠的安全生產，保證消防水不作它用，在消防時不因其他用水及用水點泄漏而影響消防水量和水壓。

本期工程消防給水系統由工業/消防水箱、消防水泵、消防穩壓水泵、消防給水管網、室內外消火栓、水噴霧滅火設施等組成。

消防水泵間內設有3臺消防水泵，主泵為1臺50%電動機驅動消防水泵、1臺50%柴油機驅動消防水泵，備用泵為1臺50%柴油機驅動消防水泵，并設1臺消防穩壓水泵作為消防給水系統的穩壓裝置。

在正常情況下，由消防穩壓水泵維持消防給水系統的水壓（0.90MPa，可調），當消防給水系統壓力下降至設定值（0.85MPa，可調）時，該設備自動投入運行，以保證消防給水系統的設計壓力。當發生火災時，穩壓裝置不能保證消防給水系統的設計壓力，在消防給水系統的壓力下降至一定值（0.80MPa，可調）時，電動機驅動消防水泵和一臺柴油機驅動消防主泵自動投入運行。當管網壓力繼續下降至一定值（0.75MPa，可調）時，柴油機驅動消防備用水泵自動投入運行，以保證消防給水系統所要求的水量和水壓。

消防水泵有兩路消防出水管接入廠區消防水管網，該管網在燃機島、燃油罐等區域呈環狀布置，管徑為24"、12"，供變壓器的水噴霧滅火系統用水、燃油罐泡沫消防用水等；該管網在化水、辦公區同樣均呈環狀布置，管徑為8"、6"，其供水對象為各建筑物的室內消防用水以及廠區室外消火栓用水等。管網的壓力平時維持在0.90MPa。

7.3 設備的選型

本期工程共設3臺50%消防水泵，其中1臺電動消防水泵參數：Q=300L/s（Q=1080m3/h），H=0.90MPa；配套電動機N=500hp；2臺柴油機消防泵，參數：Q=300L/s（Q=1080m3/h），H=0.90MPa；配套柴油機N=575hp。

為維持消防給水管網的水壓，消防水泵間內設置1臺消防穩壓水泵，參數：Q=3.6L/s（Q=18m3/h），H=95m；配套電動機N=25hp。

在消防水泵的出水管上設14"回水管，回水管接入消防水箱，供消防水泵檢查和試驗用。回水管上設泄壓閥，以防止消防給水系統水壓過高。

經計算后，本期工程油罐區一次火災所需的3%的氟蛋白泡沫液量為4266L，泡沫儲罐容積不小于5000L即可。但外方業主要求泡沫儲罐容積不小于10000L，并考慮100%備用，故最終設置2座10000L的泡沫液儲罐。高背壓泡沫產生器的混合液流量為227～10410L/min。

7.4 管道連接及閥門

因本系統泡沫管道由油罐底部進入，為防止油罐正常情況下內部介質不回流到泡沫管道，需在高背壓泡沫發生器至噴射口之間的管道上設置止回閥和檢修閘閥。止回閥必須具有良好的防漏效果，避免油介質泄露。

7.5 泡沫系統的控制要求

本系統可以自動啟動，可以手動啟動（可在泡沫滅火監控盤、集中控制盤上按鈕手動），油罐頂周圍設有線型感溫探測器，當火災探測器將火災報警信號送至區域/集中控制盤后，自動/手動啟動該著火油罐的電動控制閥，打開泡沫滅火系統，同時打開相應的冷卻水管道，冷卻相應的油罐，以免火勢進一步蔓延。

8 結語

綜上所述，本期工程4×12700m3的重油罐消防措施采用液下式低倍數泡沫滅火系統+固定式消防冷卻水系統，該系統結構合理、可靠，一舉克服了液上噴射泡沫消防滅火系統的固有缺陷，安全性能大大提高，在對油罐安全有特殊要求的地方非常適用，并對有類似嚴格要求的地區大型非水溶性甲、乙、丙類液體點火固定頂油罐的泡沫消防設計起到一定的借鑒作用。

（責任編輯：蔣建華）