液下式低倍数泡沫灭火系统在电厂大型储油罐中的应用

赵西岭　李林海

摘要：随着社会的不断进步与发展，火力发电厂机组的容量越来越大，特别是燃机（油）电厂，对应的储油罐容量也越来越大。文章根据工程实例介绍液下喷射式低倍数泡沫灭火系统在电厂中的新应用，阐述了其相对于液上喷射式泡沫灭火系统的优点，可以确保电厂油罐消防系统更加安全地运行。

关键词：液下喷射式低倍数泡沫；储油罐；高倍压发生器；泡沫灭火系统；发电机组 文献标识码：A

中图分类号：TQ086 文章编號：1009-2374（2016）28-0043-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.022

1 研究的意义和目的

随着国家环保政策和对火力发电产业的调控，我国电力建设的发展在较长一段时间内将以超临界、超超临界大型机组为主，而有一大批机组是“上大压小”项目。伴随着机组容量的变大，特别是燃机（油）电厂，储油罐的容量越来越大，大型储油罐的消防安全问题也越来越重要。本次研究的目的在于：（1）结合实际工程案例介绍大型油罐泡沫消防的分类及优缺点；（2）在满足外方业主及规范（NFPA）对油罐消防要求的前提下，根据工程具体情况，对液下喷射式低倍数泡沫灭火系统设计要点进行介绍。

2 研究的基本概况

本工程为新建电厂，工程建设规模为4×191MW，采用西门子公司的SGT6-5000F型燃气轮发电机组，二期工程将建成联合循环。

执行的规程及规范：（1）《发电厂和高压变电站的消防安全推荐标准》（NFPA850）；（2）《低中高倍数泡沫灭火系统标准》（NFPA11）；（3）《自动喷水灭火系统安装标准》（NFPA13）；（4）《固定防火洒水系统标准》（NFPA15）；（5）《石油库设计规范》（GB 50074-2002）；（6）业主企业标准。

3 厂址条件

3.1 厂址自然条件

该厂址原是一片沼泽地，2000年8月业主进行了回填，原规划是炼油厂的扩建用地。回填后的场地平均标高约为4.1m，据业主介绍地下水位约为2m。

3.2 气象

设计风速：离地9m处144km/h（40m/s）；干球温度：35℃；湿球温度：26℃；最高温度：40℃；最低温度：21℃；相对湿度：80%；日最大降水量：24小时7"（178mm）。

3.3 水源

本期工程燃机及其辅机采用空冷系统，由燃机厂家供货。电厂生产补给水源取自两座4500m3工业/消防水箱（地上式），水源为经预处理后的AROA河地表水，市政自来水作为补充水源；生活用水为市政自来水，由厂址南侧的自来水管路上引接。

4 油系统概述

本期工程消防系统为新建，采用独立的临时高压消防给水系统，设置独立的消防给水系统的目的是为了确保全厂的安全生产，保证消防水不作它用，在消防时不因其他用水及用水点泄漏而影响消防水量和水压。

本期工程消防给水系统由工业/消防水箱、消防水泵、消防稳压水泵、消防给水管网、室内外消火栓、水喷雾灭火设施等组成。

消防水泵间内设有3台消防水泵，主泵为1台50%电动机驱动消防水泵、1台50%柴油机驱动消防水泵，备用泵为1台50%柴油机驱动消防水泵，并设1台消防稳压水泵作为消防给水系统的稳压装置。

柴油机驱动消防水泵及油箱采用水喷雾灭火系统，并在本体和油箱上设有线型感温电缆，当发生火灾时，温感动作，从而使雨淋阀打开后自动启动该水喷雾灭火系统。

本期工程新建四座12700m3的燃油罐（固定顶油罐，地上式，直径36m，罐壁高14.398m，罐顶高4.33m），柴油的闪点≥70℃。燃油罐设置低倍数泡沫灭火系统（液下式）及固定式冷却水系统，配置泡沫的用水和火灾时冷却用水来自厂区消防水管网。油罐区周围布置足够数量的室外消火栓，油罐设有专用的固定式泡沫消防管道，在防火堤外的公共泡沫管线上设有供扑灭零星火灾用的泡沫枪接口，油罐顶周围设有线型感温探测器，当火灾探测器将火灾报警信号送至区域/集中控制盘后，自动/手动启动该着火油罐的电动控制阀，打开泡沫灭火系统；同时打开相应的冷却水管道，冷却相应的油罐，以免火势进一步蔓延。

5 油罐消防措施配置

5.1 油罐火灾的特点

由于储油的种类、储存的方式和条件不同，油罐火灾的特点也不一样。油罐一旦发生爆炸，就会造成罐体破裂，罐盖掀开、飞出，或是罐壁底部、中间裂开，导致油品流出燃烧。油品流出后，会向四周低洼处流淌，形成大面积火灾。

油罐发生火灾，有的先燃烧后爆炸，有的爆炸后不燃烧。

汽油、煤油、柴油等轻质油储罐发生火灾后，燃烧速度快，火焰高、火势猛，热辐射强，易引起相邻油罐及其他可燃物燃烧。储存轻质油品的油罐在呼吸阀、入孔和油罐上部破损处起火时，燃烧可能出现火炬状，火焰体积不大，燃烧比较稳定。

原油等重质油品储罐发生火灾后，易出现沸溢和喷溅（又称沸喷），这是原油储罐以及油轮、油驳火灾的一个突出特点。重质油品着火后蒸发速度慢，蒸发时吸收热量少，但容易使油品溢出罐外形成沸溢的现象。有时油品与火焰腾空而起，将燃油喷出罐外几十米或百余米远，形成喷溅的现象。

5.2 油罐消防措施的分类

根据《发电厂和高压变电站的消防安全推荐标准》（NFPA850）、《石油库设计规范》（GB 50074-2002）的规定要求：石油库的油罐应设置泡沫灭火设施；地上式固定顶油罐、内浮顶油罐应设低倍数泡沫灭火系统或中倍数泡沫灭火系统；单罐容量大于1000m3的油罐应采用固定式泡沫灭火系统；单罐油罐不小于5000m3或罐壁高度不小于17m的油罐，还应设固定式消防冷却水系统。

因此对本期工程的油罐消防措施的配置提出以下两种方案：

方案一：液上式低倍数泡沫灭火系统+固定式消防冷却水系统。

方案二：液下式低倍数泡沫灭火系统+固定式消防冷却水系统。

6 各方案组成及特点

6.1 液上式低倍数泡沫灭火系统+固定式消防冷却水系统（方案一）

液上式泡沫喷射系统是泡沫从液面上喷入被保护储罐内的灭火系统，由泡沫储罐、泡沫比例混合器、泡沫产生器、火灾探测与启动控制装置、管道及阀门组成。

火力发电厂的大型点火固定顶油罐消防系统，较多采用液上喷射泡沫消防灭火系统进行消防保护。该系统具有泡沫发生器和部分管线易受到罐体燃烧爆炸破坏的影响而失去作用等缺点。

6.2 液下式低倍数泡沫灭火系统+固定式消防冷却水系统（方案二）

液下式泡沫喷射系统是泡沫从液面下喷入被保护储罐内的灭火系统，由泡沫储罐、泡沫比例混合器、高背压泡沫发生器、火灾探测与启动控制装置、管道及阀门组成。

该方案泡沫发生器不是安装在油罐罐体上，而是安装在油罐区防火堤外，油罐一旦发生先爆炸后燃烧的情况，泡沫灭火系统不易受到破坏，提高了系统的安全性；泡沫液从液下到达燃烧面，不通过高温火焰，不沿灼热的罐壁流入，减少了泡沫损失，提高了灭火效率；泡沫液在上浮過程中，使罐内液体冷油和热油进行对流，从而起到一定冷却作用，有利于灭火；可在油罐区防火堤外进行灭火操作，运行灵活；减少了对油罐本体的结构开孔，安装便利。

7 本工程方案描述

本工程电厂设有4×12700m3的重油罐，油罐设计采用API标准，油罐消防采用NFPA标准。重油罐直径36m，高18.728m（罐壁高14.398m、罐顶高4.33m），储存的燃油额定闪点高于70℃。重油罐为地上立式固定顶油罐，相邻罐之间的净距为36m，油罐区设有防火堤。

按照外方业主要求，油罐区消防用水有电厂高压消火栓系统供应，消防水取自两座4500m3工业/消防水箱（地上式），水源为经预处理后的AROA河地表水，市政自来水作为补充水源。火灾发生时所需最大一次消防用水量按照9000m3考虑。为了保证消防用水，在工业/消防水箱内设置了水位报警信号和停运其他用水水泵的控制装置。

7.1 设计参数的选择

按照外方业主要求，本工程消防系统设计必须按照NFPA标准，并满足业主方的企业标准，具体要求

如下：

经计算后，消防最大用水量为633.215L/s，对应的水压要求为0.71MPa。火灾发生时所需最大一次消防用水量为12159.9m3。根据业主初步设计审查意见，业主同意设置2座4500m3的工业/消防水箱，并同意剩余不足部分消防水量（能在2小时内补足）由业主考虑。

7.2 消防系统概述

本期工程消防系统为新建，采用独立的临时高压消防给水系统，设置独立的消防给水系统的目的是为了确保全厂的安全生产，保证消防水不作它用，在消防时不因其他用水及用水点泄漏而影响消防水量和水压。

本期工程消防给水系统由工业/消防水箱、消防水泵、消防稳压水泵、消防给水管网、室内外消火栓、水喷雾灭火设施等组成。

消防水泵间内设有3台消防水泵，主泵为1台50%电动机驱动消防水泵、1台50%柴油机驱动消防水泵，备用泵为1台50%柴油机驱动消防水泵，并设1台消防稳压水泵作为消防给水系统的稳压装置。

在正常情况下，由消防稳压水泵维持消防给水系统的水压（0.90MPa，可调），当消防给水系统压力下降至设定值（0.85MPa，可调）时，该设备自动投入运行，以保证消防给水系统的设计压力。当发生火灾时，稳压装置不能保证消防给水系统的设计压力，在消防给水系统的压力下降至一定值（0.80MPa，可调）时，电动机驱动消防水泵和一台柴油机驱动消防主泵自动投入运行。当管网压力继续下降至一定值（0.75MPa，可调）时，柴油机驱动消防备用水泵自动投入运行，以保证消防给水系统所要求的水量和水压。

消防水泵有两路消防出水管接入厂区消防水管网，该管网在燃机岛、燃油罐等区域呈环状布置，管径为24"、12"，供变压器的水喷雾灭火系统用水、燃油罐泡沫消防用水等；该管网在化水、办公区同样均呈环状布置，管径为8"、6"，其供水对象为各建筑物的室内消防用水以及厂区室外消火栓用水等。管网的压力平时维持在0.90MPa。

7.3 设备的选型

本期工程共设3台50%消防水泵，其中1台电动消防水泵参数：Q=300L/s（Q=1080m3/h），H=0.90MPa；配套电动机N=500hp；2台柴油机消防泵，参数：Q=300L/s（Q=1080m3/h），H=0.90MPa；配套柴油机N=575hp。

为维持消防给水管网的水压，消防水泵间内设置1台消防稳压水泵，参数：Q=3.6L/s（Q=18m3/h），H=95m；配套电动机N=25hp。

在消防水泵的出水管上设14"回水管，回水管接入消防水箱，供消防水泵检查和试验用。回水管上设泄压阀，以防止消防给水系统水压过高。

经计算后，本期工程油罐区一次火灾所需的3%的氟蛋白泡沫液量为4266L，泡沫储罐容积不小于5000L即可。但外方业主要求泡沫储罐容积不小于10000L，并考虑100%备用，故最终设置2座10000L的泡沫液储罐。高背压泡沫产生器的混合液流量为227～10410L/min。

7.4 管道连接及阀门

因本系统泡沫管道由油罐底部进入，为防止油罐正常情况下内部介质不回流到泡沫管道，需在高背压泡沫发生器至喷射口之间的管道上设置止回阀和检修闸阀。止回阀必须具有良好的防漏效果，避免油介质泄露。

7.5 泡沫系统的控制要求

本系统可以自动启动，可以手动启动（可在泡沫灭火监控盘、集中控制盘上按钮手动），油罐顶周围设有线型感温探测器，当火灾探测器将火灾报警信号送至区域/集中控制盘后，自动/手动启动该着火油罐的电动控制阀，打开泡沫灭火系统，同时打开相应的冷却水管道，冷却相应的油罐，以免火势进一步蔓延。

8 结语

综上所述，本期工程4×12700m3的重油罐消防措施采用液下式低倍数泡沫灭火系统+固定式消防冷却水系统，该系统结构合理、可靠，一举克服了液上喷射泡沫消防灭火系统的固有缺陷，安全性能大大提高，在对油罐安全有特殊要求的地方非常适用，并对有类似严格要求的地区大型非水溶性甲、乙、丙类液体点火固定顶油罐的泡沫消防设计起到一定的借鉴作用。

（责任编辑：蒋建华）