提要分析論述了大型油罐區(qū)消防系統(tǒng)中存在的具體問(wèn)題,說(shuō)明了大型油罐區(qū)消防系統(tǒng)改造及設(shè)置消防自動(dòng)控制系統(tǒng)的必要性。同時(shí)提出合理可靠的設(shè)計(jì)方案,較詳細(xì)地介紹了設(shè)計(jì)過(guò)程及應(yīng)注意的問(wèn)題。
隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展,原油、成品油儲(chǔ)量的增加,國(guó)內(nèi)大型油庫(kù)、油罐區(qū)越來(lái)越多。這樣的罐區(qū)多數(shù)是改擴(kuò)建而成,消防手段依然停留在原始的手動(dòng)操作上。由于油罐數(shù)量較多,需控制的設(shè)備、閥門數(shù)量較多,操作時(shí)間長(zhǎng),且流程復(fù)雜,極易發(fā)生誤操作,油罐區(qū)的安全難以保證。
我國(guó)某處油罐區(qū),始建于70年代,分三期擴(kuò)建成現(xiàn)有規(guī)模。目前罐區(qū)內(nèi)共有5座2萬(wàn)m3鋼制浮頂罐,4座5萬(wàn)m3鋼制浮頂罐,計(jì)30萬(wàn)m3的庫(kù)容,庫(kù)區(qū)占地面積14.8萬(wàn)m2。原有消防系統(tǒng)為固定式冷卻水及固定式泡沫滅火系統(tǒng),包括一座消防泵房,兩座1000m3消防水池和罐區(qū)消防管網(wǎng)、罐上消防系統(tǒng)等。消防泵房?jī)?nèi)設(shè)3臺(tái)消防泵,1臺(tái)14sh-6型泵為泡沫混合液泵,1臺(tái)12sh-6型泵為冷卻水泵,另有1臺(tái)14sh-6B型泵為公共備用泵。以上幾臺(tái)泵所配電機(jī)均為6000V高壓電機(jī)。泵房?jī)?nèi)所有設(shè)備、閥門及罐區(qū)分區(qū)閥、上罐控制閥均為手動(dòng)控制,現(xiàn)有罐區(qū)及泵房布置。
2 原有操作方式及存在的問(wèn)題
原有消防系統(tǒng)操作方式:當(dāng)罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí),消防值班人員接到火警后,立即電話通知變電所值班人員合閘供電(規(guī)定高電壓設(shè)備不能常合);變電所值班人員合閘后再電話通知消防值班人員;消防值班人員進(jìn)行試跳、盤車,一切準(zhǔn)備就緒后,再用電話通知變電所;由變電所值班人員監(jiān)護(hù),逐臺(tái)啟泵、開出口閥,整個(gè)過(guò)程需5min。在以上操作的同時(shí)必須有一個(gè)對(duì)消防流程特別熟悉的消防值班人員(以保證不誤操作)迅速跑到罐區(qū),根據(jù)著火罐的不同關(guān)閉相應(yīng)的泡沫混合液、冷卻水分區(qū)截?cái)嚅y,然后打開泡沫上罐控制閥和冷卻水上罐控制閥。距消防泵房最遠(yuǎn)的9#罐為消防最不利點(diǎn),經(jīng)實(shí)測(cè)以上操作過(guò)程需12min。再加上泡沫、冷卻水上罐時(shí)間1min左右,共需要13min才能使泡沫混合液、冷卻水上罐,對(duì)油罐進(jìn)行滅火、冷卻。存在如下問(wèn)題:
(1)罐區(qū)太大,由人工定點(diǎn)巡檢不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情。
(2)不能保證在發(fā)現(xiàn)火情后立即啟動(dòng)滅火系統(tǒng),貽誤滅火戰(zhàn)機(jī)。消防滅火貴在神速,而建于建站初期的消防系統(tǒng)不適合越來(lái)越大的罐區(qū)消防要求。據(jù)資料介紹,油罐一旦發(fā)生火災(zāi),罐壁溫度迅速升高,油罐鋼板強(qiáng)度迅速下降。若罐壁溫度升至700℃,油罐鋼板的強(qiáng)度降低90%以上,此時(shí)油罐將發(fā)生變形和破裂。一旦高溫原油溢出,后果不堪設(shè)想?；馂?zāi)在初期容易撲滅,時(shí)間越長(zhǎng)火勢(shì)越不容易控制。
(3)發(fā)生火災(zāi)時(shí),需要多人參加操作。消防泵房?jī)?nèi)每班值班人員至少要有兩個(gè)值班,才能保證在發(fā)生火災(zāi)時(shí)緊急處理,而平時(shí)他們又沒(méi)什么事情可做,這在管理上是非常矛盾的問(wèn)題。
(4)如果一個(gè)油罐發(fā)生火災(zāi)沒(méi)能及時(shí)控制住火情,進(jìn)而影響到其他油罐,發(fā)生類似黃島油庫(kù)的火災(zāi)事件,損失是相當(dāng)巨大的,不能不引起重視。
3 改造設(shè)計(jì)
鑒于以上原因,為保證安全生產(chǎn),對(duì)該罐區(qū)進(jìn)行了消防系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)。
《原油和天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于單罐容量小于10萬(wàn)m3,但油罐數(shù)量較多、總庫(kù)容較大的油罐區(qū)消防控制方式?jīng)]有明確規(guī)定。針對(duì)該庫(kù)區(qū)庫(kù)容大,油罐數(shù)量多的實(shí)際情況,在同甲方溝通后設(shè)計(jì)中增加了消防自動(dòng)控制系統(tǒng)。
該消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn):
(1)消防泵房位置的選擇:根據(jù)油罐區(qū)油罐布置現(xiàn)狀,考慮消防管道的布置、油罐的消防分區(qū)、總圖布置等因素綜合確定消防泵房位置。
(2)根據(jù)最大的??、冷卻水用量,并按滿足最不利點(diǎn)消防滅火泡沫混合液和冷卻水5min上罐綜合考慮選取設(shè)備。
(3)根據(jù)最大罐實(shí)際設(shè)計(jì)冷卻水噴淋量復(fù)核消防水池容量。
(4)泵出口閥及泡沫混合液和冷卻水上罐控制閥、主要分區(qū)控制閥選用可遠(yuǎn)控的電動(dòng)閥,在消防控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)集中控制。
(5)在罐區(qū)安裝可燃?xì)怏w報(bào)警器,在每個(gè)油罐上設(shè)感溫電纜。當(dāng)溫度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí),報(bào)警信號(hào)通過(guò)電纜傳送到消防控制室。當(dāng)消防控制室的操作人員接到報(bào)警信號(hào)時(shí),利用電視監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行火災(zāi)人工確認(rèn),便于及時(shí)滅火。
(6)消防控制室內(nèi)設(shè)置消防自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)火災(zāi)操作規(guī)程自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制功能。
(7)罐區(qū)設(shè)置工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng),罐區(qū)設(shè)置攝像頭,消防值班室內(nèi)設(shè)監(jiān)視器,由值班人員全天候監(jiān)視罐區(qū),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi),及時(shí)報(bào)警。
下面就以上各條重點(diǎn)詳細(xì)說(shuō)明。
3.1新建消防泵房位置確定
從圖1中我們可以看到,原有消防泵房位置不合適。根據(jù)罐區(qū)布置及總圖布置情況,確定在2#罐和6#罐東北角處建一新消防泵房及消防水池。
3.2消防分區(qū)
結(jié)合罐區(qū)布置現(xiàn)狀及新建消防泵房位置,在盡量縮短管道充滿長(zhǎng)度的前提下,將罐區(qū)內(nèi)油罐分為兩個(gè)獨(dú)立的消防分區(qū),1#～5#罐(2萬(wàn)m3罐區(qū))為一個(gè)分區(qū);6#～9#罐(5萬(wàn)m3罐區(qū))為一個(gè)分區(qū)。具體分區(qū)方法見(jiàn)圖1。這樣,在5萬(wàn)m3罐區(qū)起火時(shí)只對(duì)第一分區(qū)充滿即可,在2萬(wàn)m3罐起火時(shí)只對(duì)第二分區(qū)充滿即可,兩個(gè)分區(qū)互不影響。減少了充滿量,有利于選泵。
3.3罐區(qū)消防管網(wǎng)管徑確定
根據(jù)各分區(qū)內(nèi)最大容積罐消防需要的冷卻水量及泡沫混合液量及在一條管道損壞時(shí),另一條管道可通過(guò)全部消防水量的要求確定各分區(qū)管網(wǎng)管徑。
因是獨(dú)立的兩個(gè)分區(qū),第一分區(qū)按5萬(wàn)m3罐消防需要的冷卻水量及泡沫混合液量確定管網(wǎng)管徑。第二分區(qū)按2萬(wàn)m3罐消防需要的冷卻水量及泡沫混合液量確定管網(wǎng)管徑。
3.4選泵
罐區(qū)內(nèi)最大容積罐5萬(wàn)m3罐泡沫混合液需要量320m3/h,冷卻水需要量490m3/h。按《原油和天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第7.4.6條規(guī)定,要求消防泵出口雙管與環(huán)網(wǎng)連接,以保證在一條管道損壞時(shí),另一條管道可通過(guò)全部消防水量。
經(jīng)計(jì)算第一區(qū)泡沫混合液充滿量為90m3,即在啟泵后的前5min內(nèi),泡沫混合液泵流量應(yīng)達(dá)到1080m3/h才能滿足要求。通過(guò)分析這些數(shù)據(jù),可選擇300S90型(Q=790m3/h,H=90m,P=320kW)泵和DK400-11型(Q=368m3/h,H=103m,P=190kW)泵各1臺(tái)作泡沫混合液泵。這樣在任一油罐起火時(shí),同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)泵進(jìn)行充滿,5min后停掉300S90泵,運(yùn)行DK400-11即可滿足滅火要求。
5萬(wàn)m3罐消防時(shí)冷卻水需求量為490m3/h,第一分區(qū)冷卻水充滿量為130m3,即在啟泵后的前5min,冷卻水泵流量應(yīng)達(dá)到1560m3/h,選擇300S90型(Q=790m3/h,H=90m,P=320kW)泵300S90B型泵(Q=720m3/h,H=67m,P=220kW)各1臺(tái),這樣在任一油罐起火時(shí),同時(shí)啟動(dòng)2臺(tái)泵對(duì)冷卻水管網(wǎng)進(jìn)行充滿,5min后停掉300S90泵,運(yùn)行300S90B型泵即可滿足冷卻要求。再選擇1臺(tái)300S90泵作公共備用泵。以上泵均配380V低壓電機(jī),便于操作和管理。
3.5泡沫比例混合裝置選擇
因管道充滿量和正常消防流量之間范圍較大,所選擇的比例混合器流量可調(diào)范圍要能適合這種變化,同時(shí)要選擇適合自動(dòng)控制的設(shè)備,實(shí)際設(shè)計(jì)中選用了2臺(tái)10t貯罐壓力式比例混合裝置,單臺(tái)比例混合器的流量為20～160L/s。
3.6閥門選擇
泵出口閥、干管控制閥、分區(qū)控制閥、上罐控制閥等主要控制閥均為電動(dòng)蝶閥,均可在消防值班室內(nèi)遠(yuǎn)控。
3.7消防水池容積確定
油罐冷卻水方式為固定式水幕噴頭冷卻系統(tǒng),5萬(wàn)m3罐消防時(shí)冷m3罐消防滅火時(shí)配制泡沫混合液需水量200m3,管網(wǎng)中充水容積為220m3,因此,一次消防需要最小水量為2340m3,需要新建1000m3和2000m3消防水池各1座。
3.8新消防系統(tǒng)的主要流程(見(jiàn)圖2)
新消防系統(tǒng)流程說(shuō)明:①泵1、泵2為泡沫混合液泵,泵4、泵5為冷卻水泵,泵3為公用備用泵。②泵入口閥為常開閥。③泵出口閥、干管控制閥、罐區(qū)分區(qū)閥、上罐控制閥均為常關(guān)閥。④當(dāng)?shù)谝环謪^(qū)(5萬(wàn)m3罐區(qū))內(nèi)油罐著火時(shí),分別啟動(dòng)冷卻水泵和泡沫混合液泵,打開相應(yīng)泵出口閥和第一分區(qū)的分區(qū)閥,再打開著火罐上相應(yīng)泡沫混合液、冷卻水上罐控制閥即開始對(duì)油罐滅火、冷卻。⑤當(dāng)?shù)诙謪^(qū)(2萬(wàn)m3罐區(qū))內(nèi)油罐著火時(shí),分別啟動(dòng)冷卻水泵和泡沫混合液泵,打開相應(yīng)泵出口閥和第二分區(qū)的分區(qū)閥,再打開著火罐上相應(yīng)泡沫混合液、冷卻水上罐控制閥即開始對(duì)油罐滅火、冷卻。
3.9監(jiān)視系統(tǒng)
在罐區(qū)設(shè)三組攝像頭,控制室設(shè)監(jiān)視屏幕。值班人員在值班室內(nèi)可控制攝像頭360°旋轉(zhuǎn)及對(duì)目標(biāo)拉近監(jiān)視。這樣在監(jiān)視屏幕上,整個(gè)罐區(qū)的情況一目了然。
3.10火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)
在每一座罐的浮盤上沿罐壁設(shè)一圈感溫電纜,發(fā)生火災(zāi)時(shí)由于溫度升高,起火點(diǎn)處的感溫電纜電阻變小,并迅速發(fā)出火警信號(hào)傳至值班室;在罐區(qū)設(shè)可燃?xì)怏w報(bào)警器,值班人員通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)確認(rèn)火災(zāi)后,即啟動(dòng)消防系統(tǒng)進(jìn)行滅火。
3.11消防自動(dòng)控制程序
采用PLC把所有的可燃?xì)怏w信號(hào)、感溫信號(hào)、消防泵及電動(dòng)閥門信號(hào)收集并編入程序,由人機(jī)接口(HMI)與之相聯(lián)。該P(yáng)LC軟件功能強(qiáng)、速度快,適應(yīng)消防控制邏輯的需要。人機(jī)接口具有可靠、靈活等特點(diǎn),它用于顯示消防工藝流程、設(shè)備狀態(tài)、各種參數(shù),當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí),在屏幕上相應(yīng)點(diǎn)閃爍,并且伴有聲音,操作人員通過(guò)此設(shè)備可以下發(fā)各種開關(guān)閥、啟停泵命令及下發(fā)各種啟動(dòng)消防邏輯程序命令,各種命令均在屏幕上,采用觸摸屏方式,操作靈活方便。為了避免誤操作,對(duì)各種操作均有確認(rèn)并設(shè)置不同的級(jí)別。操作人員通過(guò)HMI對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況了如指掌。根據(jù)不同著火罐,PLC設(shè)有9套控制程序,分別可通過(guò)9個(gè)緊急按鈕或HMI鍵盤控制啟動(dòng)、或無(wú)人干預(yù)條件下的自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w濃度超高或發(fā)生火災(zāi)時(shí),PLC即發(fā)出報(bào)警,值班人員可通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)或HMI確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)情況,通過(guò)HMI或按鈕啟動(dòng)消防控制系統(tǒng),即可依次啟動(dòng)消防泵、開啟相關(guān)閥門進(jìn)行滅火。
4 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
根據(jù)規(guī)范要求,一組水泵的出水管不宜少于兩條,當(dāng)其中一條發(fā)生故障時(shí),其余的應(yīng)能通過(guò)全部水量,因此,泵出口干管管徑、罐區(qū)管網(wǎng)管徑、消防水量及壓力都是按最不利情況時(shí)核算的。而在所有管道都完好的正常情況下,同樣流量流經(jīng)兩條管道,等于流量降低一半,摩阻必然降低,管路的工作曲線也必然降低,噴頭出水量要大于計(jì)算時(shí)的水量,從而使總消防水量增加,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。
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