火力发电厂氨水罐区消防系统设计

胡正勋HU Zheng-xun；郭三霞GUO San-xia；曾小飞ZENG Xiao-fei；邹驰ZOU Chi

（中国轻工业长沙工程有限公司，长沙 410114）

0 引言

火力发电厂脱硝工艺中常采用液氨、氨水、尿素作为还原剂，将其溶液喷入炉膛中与烟气中的NOx反应，将NOx转化为N2和H2O以达到脱硝的目的。对于SCR烟气脱硝工艺，当火电厂处于郊区或远离城区，且距离液氨产地较近时，宜采用液氨作为还原剂；当火电厂处于大中城市或其近郊区，宜采用尿素作为还原剂。对于SNCR烟气脱硝工艺，宜采用尿素作为还原剂；对于SNCR+SCR联合脱硝工艺，可综合考虑选择合适的还原剂；而当锅炉蒸发量不大于400t/h时，可采用氨水作为还原剂，氨水质量浓度一般为20%~25%。还原剂液氨属于重大危险源，其存在最主要的、最严重的危害为火灾、爆炸及毒物危害，其同类还原剂氨水火灾危险性比液氨要低，但仍具有一定火灾危险性，并被定义为丙类液体，而现行GB 50229-2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》却没有相应氨水的消防要求，使设计人员不好把握其消防系统配置要求。本文结合现行规范对火力发电厂氨水罐区进行消防系统设计及归纳总结，为同类型脱硝工程消防设计提供参考。

1 氨水性质

氨水为氨气（NH3）溶于水后的产物，其为混合物，包含NH3、NH3·H2O、H2O三种分子及NH4+、OH-、H+三种离子，其中NH3·H2O为主要成分。氨水有强烈刺鼻气味，具弱还原性及弱碱性，为无色透明液体，易挥发，不可燃。氨水受热可挥发出NH3，温度越高，NH3·H2O分解速度越快，NH3聚集可形成爆炸性气氛。

2 氨水罐区概述

以国内某1×380t/h锅炉脱硝工程为例，氨水罐区主要包含氨水罐储存区、氨水泵房及电气仪表辅助区域。氨水罐区占地面积212.44m2，建筑高度8.300m，建筑体积约1140m3，建筑耐火等级为二级，氨水泵房和低压配电室有围护结构、氨水罐区敞开无围护结构。氨水储罐区有两个氨水储罐（1用1备），每个氨水储罐（固定顶罐）内筒直径为4800mm，外筒直径为4900mm，高度为6000mm，液位高度为5.8m。氨水储罐的单罐容积为105m3，横截面积为18.85m2。

由于氨水能挥发NH3，氨水罐储存区一般采用半封闭式结构，其能防止阳光直射氨水储罐，减少NH3逸出量，同时能避免形成可集聚气体死角。同时，一般将电气仪表辅助区域与氨水罐储存区进行隔离布置，并与氨水泵房合并布置。氨水罐区平面布置如图1所示。

3 氨水罐区消防设计

根据DL/T 5480-2013《火力发电厂烟气脱硝设计技术规程》第3.2.15条及其条文解释，氨水罐区火灾危险性分类宜按丙类液体考虑。氨水罐区的火灾危险性分类应比同类还原剂的液氨罐区要低，根据GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企业设计防火规范》第3.0.2条，液氨属于乙A类可燃液体，因此电厂脱硝用氨水的火灾危险性按丙类对待。

3.1 室外消火栓系统

根据GB 50016-2014（2018版）《建筑设计防火规范》第8.1.2条，储罐区应设置室外消火栓系统；同时根据GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第7.3.6条，丙类液体储罐一旦发生火灾，火场温度高，人员很难接近，同时还有可能发生泄漏和爆炸，因此要求氨水罐区室外消火栓设置在距储罐壁15m外的安全地点。根据GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第7.3.6条，单个氨水储罐单罐容积小于5000m3，氨水罐区室外消防系统设计流量为15L/s。

根据GB 50016-2014（2018版）《建筑设计防火规范》第8.2.1条及GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企业设计防火规范》第8.11.2条，氨水罐区可不设室内消火栓系统。根据GB 50016-2014（2018版）《建筑设计防火规范》第8.3条，氨水罐区可不设置自动喷水灭火系统。

3.2 固定冷却水系统

根据GB 50016-2014（2018版）《建筑设计防火规范》第8.1.4条及GB 50160-2008（2018年版）《石油化工企业设计防火规范》第8.4.5条，丙类液体储罐应设置移动水枪或固定水冷却设施，考虑到现场运行经验及GB 50219-2014《水喷雾灭火系统设计规范》第1.0.3条，氨水储罐设置固定冷却水系统，并采用水喷雾型式，按照水喷雾防护冷却系统进行设计，为氨水储罐喷雾降温。

根据GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第3.4.2条，固定冷却水系统（水喷雾防护冷却系统）冷却范围为着火罐表面积+邻近罐表面积的1/2，供给强度为5.0 L/min·m2（冷却水多环布置时，其冷却水供给强度为单环布置时2倍）。氨水罐区设置有2个储罐，如其中一个氨水罐直接受到火焰威胁，为控制火焰蔓延、降低火焰辐射，保证邻近罐的安全，应对距着火固定罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的邻近罐设置冷却水系统，因此固定冷却水系统设计流量按2个氨水储罐考虑。

固定冷却水系统理论用水量为1.5×3.14×4.9×6×5.0÷60=11.5L/s。用于防护冷却丙类液体储罐的水雾喷头工作压力按不小于0.15MPa设计，取值0.2MPa。水雾喷头选型为ZSTWB/SL-S232-40-120：流量系数K为18.9，喷射角120°，喷雾有效距离1.8m，工作压力范围0.2~0.6MPa。根据GB 50219-2014《水喷雾灭火系统设计规范》第7.1条计算公式，最不利点水雾喷头流量为0.45L/s，2个氨水储罐水雾喷头数量至少为26个。

根据GB 50219-2014《水喷雾灭火系统设计规范》第

3.2.4 条，水雾喷头的平面布置方式可采用矩形或菱形，本文采用矩形设计，则水雾喷头之间的距离不应大于1.4倍水雾喷头的水雾锥底圆半径，水雾锥底圆半径公式为：R=Btanθ/2，B为水雾喷头的喷口与保护对象之间的距离，取值0.7；θ为水雾喷头的雾化角（120°），则水雾喷头保护半径为1.21m，水雾喷头间的间距应不大于1.7m。根据以上计算结果于氨水储罐罐壁周围设置水雾喷头，为保证水雾在罐壁全覆盖，采用冷却水多环布置，单罐喷头设置4行（环），每行12个喷头，均匀布置，单罐水雾喷头共48个，单罐水雾喷头布置见图2。

图2 单个氨水储罐水雾喷头布置图

根据GB 50219-2014《水喷雾灭火系统设计规范》第

7.1.3 及7.1.4条，氨水罐区固定冷却水系统（水喷雾防护冷却系统）设计用水量按系统启动后同时喷雾的水雾喷头流量之和确定。因此需从最不利点水雾喷头（最不利点喷头工作压力按0.2MPa设计）开始，沿程按同时喷雾的每个水雾喷头实际工作压力逐个计算其流量，然后累积求和。经管道水力计算，同时考虑安全系数1.05，则2个氨水储罐的固定冷却水系统设计流量为49.2L/s，持续供给时间为4.0h。

氨水罐区2个氨水储罐间隔较近，当一个储罐着火时，其邻近罐也应得到有效防护，如果设置2套雨淋阀组，而有可能不会同时报警，势必会影响邻近罐的安全，基于以上考虑，氨水罐区设置1套雨淋阀组。

3.3 移动式泡沫灭火系统

根据GB 50016-2014（2018年版）《建筑设计防火规范》第8.3.10条，丙类液体储罐高度小于7m或容量不大于200m3的丙类液体储罐可采用移动式泡沫灭火系统。移动式泡沫灭火系统由有压水源、泡沫比例混合器、泡沫枪及泡沫液储罐组成。移动式泡沫灭火装置在灭火时其泡沫比例混合器两端的管牙接口与消防水带连接，并连接压力水源，当有不低于0.6MPa压力的水以很高的速度流过比例混合器的喷嘴时，由于射流质点的横向移动的扩散作用，比例混合器在腔室内形成真空（负压），于是泡沫液储罐内的泡沫液在大气的压力作用下通过吸液管进入混合器，与压力水混合，最终达到一定比例的混合液，经泡沫枪喷射泡沫扑灭火灾。

根据GB 50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》第

4.1.2 条，氨水为水溶性丙类液体，应选用移动式液上喷射泡沫灭火系统，同时为避免氨水对普通泡沫的破坏，应选用抗溶性泡沫液，本文泡沫液选低倍数抗溶氟蛋白泡沫液，其既具有氟蛋白泡沫灭油类火灾的功能，又具有抗溶性泡沫灭醇类火灾的能力，可以在各种低倍数泡沫产生设备中与水按3∶97或6∶94的比例混合产生泡沫，本文额定混合比选为3%，泡沫比例混合器选为负压比例混合器，置于氨水罐区雨棚内。GB 50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》第4.2.2条并没有规定水溶性液体氨水的泡沫混合液供给强度和连续供给时间，本文从安全考虑并以丙酮或甲醇为参比液，将氨水储罐火灾时的泡沫混合液供给强度选为12L/（min·m2），连续供给时间选为30min。着火面积按2个罐体横截面计算，故设计流量为452.4L/min，扑灭火灾需要的泡沫液设计流量为0.23L/s，消防水设计流量为7.31L/s，泡沫混合液用水由室外消火栓提供。氨水储罐移动式泡沫灭火系统原理图见图3。

图3 氨水储罐移动式泡沫灭火系统原理图

3.4 灭火器设置

GB 50229-2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》并未规定氨水罐区的火灾类别和危险等级，而其第

7.11.1 条规定液氨区火灾类别为A类，灭火器危险等级为轻级，以液氨区为参照，氨水储罐区火灾类别设为A类，灭火器危险等级设为轻级。电气仪表辅助区域火灾类别为E类，灭火器危险等级为中级。根据GB 50140-2005《建筑灭火器配置设计规范》第4.2.1及4.2.5条，分别于氨水罐储存区、氨水泵房及电气仪表辅助区域设置磷酸铵盐干粉灭火器MF/ABC4。

3.5 氨水罐区消防水量

根据GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第3.4.2条，丙类可燃液体储罐的消防给水设计流量应按最大罐组确定，并应按泡沫灭火系统设计流量、固定冷却水系统设计流量与室外消火栓设计流量之和确定。则氨水罐区一次火灾消防水量为（（15+49.2）×4+7.31×0.5）×3.6=938m3。

4 结论与建议

根据上述分析，氨水罐区消防系统设计应包含室外消火栓系统、固定冷却水系统、移动式泡沫灭火系统及灭火器设置，在具体选用设计参数时，会参照执行石油化工类规范。考虑氨水罐区的实际需要，需要明确氨水罐区消防设计标准，使相关单位设计人员有统一、明确的设计依据，从而在初步设计阶段就能够充分考虑氨水罐区的消防需求，合理配置消防水池和消防水泵，建议在修订《火力发电厂与变电站设计防火标准》时，补充氨水罐区消防设计相关条文。