内河油气化工码头消防设计分析

韩朋 龙波

1.安徽省交通科学研究院；2.安徽省现代交通设计研究院有限责任公司

我国许多大型石化企业都选择在沿海、沿江地区发展，因油品及液体化学品水上运输较陆路交通更加经济、便捷、安全。油品及液体化学品运输停靠码头涉及多种甲、乙类油品，液化石油气装卸、运输和进出口，具有较大的火灾和爆炸风险。因此，合理、科学的码头消防设计是从根源上避免和减少火灾事故危害的重要举措[1]。

《油气化工码头设计防火规范》（JTS 158-2019）[2]（以下简称《新规范》）是在《装卸油品码头防火设计规范》（JTJ 237-99）[3]（以下简称《老规范》）的基础上，总结我国近年来油气化工码头设计、建设、监管、运营的经验，广泛征求使用意见和建议，借鉴国外同类型码头防火标准及管理经验，结合我国油气化工码头发展需要和《河港总体设计规范》（JTJ212-2006）有关油气化工码头相关规范条文修订而成。

本文结合笔者参与的某内河油气化工码头项目，从工程平面布局、装卸工艺、防火措施和消防设计等细微处，探讨关于内河油气化工码头消防设计的几点问题及应对之策。

1.工程概况

某内河油气化工码头共建设7个1000吨级液体油气化工泊位，兼顾停靠2000吨级船舶。码头主要功能为承担成品油、液体化工产品等原材料、产成品的进出口运输。汽油及乙醇危险性类别为甲B 类，柴油为丙A类。根据船型预测，2000吨级船舶的最大船长为88m，船宽为13.8m。

2.总体平面布置

总平面布置中安全距离及防火间距不仅涉及安全问题，还会影响项目用地指标及投资估算，需综合考虑安全距离及防火间距的需求。因此，油气化工码头的选址应充分考虑以下安全因素：与相邻水上设施的安全距离；船舶及码头前沿线与航道边线、与码头内部建构筑物、陆上储罐的防火间距以及码头泊位之间的安全距离。

《新规范》规定了甲、乙类内河油气化工码头与桥梁的安全距离要求，当码头位于桥梁上游时，其安全距离不小于300m。《老规范》与《新规范》对于船舶与航道边线的距离、码头泊位之间的净距要求基本是一致的，内河船舶与航道边线的距离不宜小于50m，泊位之间的净距为25～55m。《新规范》增加和细化了码头建构筑物、陆上储罐与码头前沿线的防火间距要求。

本码头选址充分考虑上下游沿河及跨河构筑物的影响，码头选址位于市政桥梁上游500m处，满足内河油气化工码头甲类火灾危险性300m的要求；码头前沿线位置的确定充分考虑了航道条件及防火间距要求，靠泊船舶与航道边线净距为64.2m，大于规范50m的要求；辅助建（构）筑物的布置也充分考虑了与码头前沿线的间距要求，各工艺泵站距离码头前沿线的最小距离达到48m，配电间距离码头前沿线59.5m，泡沫间距离码头前沿线36.7m，汽油储罐（5000m³）与码头前沿线的最小间距为82m，上述间距均大于《新规范》中表4.2.6和表4.2.7的要求。由于该码头船舶的船长小于110m，船舶净距按25m考虑。

3.装卸工艺

码头装卸工艺系统包含防火、防爆、防静电、防泄漏和防止事故扩大等安全措施。根据不同货种，应采用相适宜的装卸流程和消防安全措施。

《老规范》规定甲、乙类油品以及部分丙类油品不得采用从顶部灌装的工艺，《新规范》则规定无论何种货种均不得采用从顶部灌装的工艺。《老规范》规定装卸臂与油船连接口处，宜配置快速连接器，《新规范》则规定装卸臂与船舶汇管连接处应设置快速连接器，且要求装卸臂配带绝缘法兰。《老规范》规定暴露于大气中的不保温、不放空的工艺管道以及设有电伴热的的保温管道，在其封闭管段上应设置相应泄压装置，《新规范》则规定可能超压的工艺管道均应设置安全泄压装置。《老规范》对于工艺管道上切断阀的设置位置未作具体规定，《新规范》则明确紧急切断阀距离码头前沿线的距离不小于20m，其动力源应接入消防电源或气源。《新规范》中还增加了工艺管道热补偿的要求，不得采用套管或球形补偿器。

按照《新规范》，本工程装船及卸船工艺均采用装卸臂与船上的法兰连接，装卸臂上法兰采用绝缘法兰，装卸臂与船舶管汇连接处设置快速联结器，以保证装卸船的安全。装卸系统中暴露于空气且两端装设封闭阀门的工艺管道，停泵可能导致水击破坏的工艺管道均设置泄压阀和水锤消除器。工艺管线在陆域围墙与码头交接点距离码头前沿线30m处设置紧急切断阀。切断阀采用电动、同时具备手动操作功能，动力源接入消防电源。由于管内介质温度和环境温度变化时会引起管道热胀冷缩，使管道产生相应的热应力，本工程管线采用自然补偿和π型补偿相结合的方案。

4.消防设施设计

消防设计需根据油气火灾危险性类别、码头等级、现有水上和陆上消防能力、消防水源、临近码头区域的现状、自然条件、技术经济等因素综合比选确定[4]。消防设施配备应能满足扑救码头火灾和油气化工船舶初起火灾的要求。

4.1 消防设施等级

《老规范》对消防设施设置的要求为：装卸甲乙类油品的二级码头可以采用半固定式水冷却和泡沫灭火方式。《新规范》提高了配置要求，具体为甲乙类油品和化学品的二级码头，应采用固定式水冷却和泡沫灭火方式，且还应设置消火栓和泡沫栓，并配备移动消防炮和灭火器。

根据《新规范》，本工程中采用固定式水冷却和泡沫灭火方式，每个泊位配备2台固定消防炮塔，上层设置流量48L/s遥控泡沫炮，下层为流量30L/s的遥控水炮，消防炮回转的中心线距离码头前沿线不小于2.5m。消防炮塔设置高度保证消防炮口高于设计高水位时船舶卸空状态甲板以上3m。同时码头室外设置室外消火栓和泡沫栓，并配置2只流量20L/s移动消防炮及灭火器。

4.2 消防管网

《老规范》仅规定了引桥式油品码头在引桥或引堤上设置的消防管道可采用单根管道，其余部位管道的敷设型式未作规定。《新规范》则进行了细化，消防供水管网在引桥或引堤区段可以采用枝状管网，其余部位的管道均建议采用环状布置，且陆域的消防泵房至码头引桥或引堤根部的消防管网必须采用环状管网。

本项目由于为重力式码头，不设引桥或引堤，因此为确保供水的安全可靠性，本项目的消防管网均考虑采用环状布置。

4.3 消防供水

4.3.1 消防水源及消防方式

《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）（以下简称《消水规》）对消防水源做了明确规定，给水管网自来水、天然水源等都可作为消防水源。消防方式按照消防水源分为海水消防、淡水消防两类。海水消防需要建立独立的消防泵提取系统以应对码头消防安全需求；淡水消防需借助给水管网，因此在保证生活、生产用水需求的同时，任何情况下不能影响消防用水的储备和使用[5-7]。

消防水源的选择对消防系统至关重要。因此应综合考虑油气化工码头总体规划布局、水源分布情况、地形特征、原有的给水工程设施等因素确定消防水源[8]。

4.3.2 消防用水量

《老规范》中消防水量为灭火用水量、冷却水量及水幕用水量之和，《新规范》中码头对消防用水量的分类进行了细化，明确了消防用水量的组成：消防用水量为冷却水系统用水量、泡沫混合液用水量、水幕系统用水量、水枪用水量和泡沫枪用水量之和[9]。《老规范》中甲乙类油品码头的冷却水供水时间为4h，泡沫混合液的供水时间为40min，而《新规范》加大了供水时间的要求：规定甲乙类油品码头的冷却水供水时间≥4h，泡沫混合液的供水时间≥60min。

《老规范》规定泡沫混合液供给强度≥8L/min·m2。《新规范》则对泡沫混合液供给强度进行了分类描述：1.油品和非水溶性液体其泡沫混合液供给强度≥8L/min·m2；2.水溶性液体其泡沫混合液供给强度≥12L/min·m2。

表1 冷却水量表

表2 泡沫混合液用量表

表3 水幕用水量表

表4 消防水枪及泡沫枪用水量表

《老规范》对水幕系仅在甲类一级码头前沿设置，其供水强度为1.0～2.0L/s·m，供水时间为1h；《新规范》则规定无论何种等级油品码头其前沿均需设置分隔水幕，且供水强度≥2.0L/s·m，供水时间≥1h，消防炮塔和登船梯需设置防护水幕。

（1）冷却水量。油气化工码头应至少配备2台固定式远控消防水炮，码头消防炮结合室外消火栓共同满足消防冷却用水量需求，其中码头消防炮提供的冷却水量不小于总冷却水量的50%[10-11]。油船的消防冷却水量包括消防水炮和室外消火栓的用水量。消防冷却水量如表1所示。

（2）泡沫混合液用量。泡沫混合液主要是对油船着火舱进行灭火。油气化工码头采用低倍数泡沫灭火系统，泡沫液额定混合比按不低于3%考虑[12]。由于本码头货物中存在水溶性的乙醇，故泡沫混合液的供给强度按不小于12L/min·m2考虑。消防泡沫混合液用量如表2所示。

（3）水幕系统用水量。在油气化工码头平台前沿、登船梯前侧工作区域和消防炮塔区域应设置水幕系统[13]。当发生火灾时，水幕系统能够隔绝热辐射有利于消防人员开展灭火作业，与此同时能较大程度上减小码头的工艺设备受到热辐射的影响[14]。

水幕水量包括装前沿水幕、消防炮塔的自带水幕。前沿水幕范围为码头前沿装卸设备两端各延伸5m，本项目前沿作业区水幕分隔范围总长24m，其喷水强度≥2L/s·m，单座消防炮塔的防护水幕水量不小于10L/s，每个泊位设置2座炮塔。消防水幕系统用水量如表3所示。

（4）消防水枪和泡沫枪用水量。根据《新规范》第7.5.4条及条文说明，码头上设置的室外消火栓不考虑为消防车提供水源，仅用于人工操作进行辅助灭火。因此消防枪的用水量即为冷却水量中的码头室外消火栓水量。泡沫枪水量根据《新规范》第7.5.4.2条确定。消防水枪及泡沫枪用水量如表4所示。

综上所述，本码头的消防总用水流量为662.4m³/h，消防用水总量为1454.4m³/次。

4.4 泡沫比例混合装置

《老规范》未对泡沫比例混合装置的类型进行规定，《新规范》第7.3.6条则对泡沫比例混合装置的类型进行了明确规定，对采用囊式压力泡沫比例混合装置的容量要求不大于5m³。

本码头消防泡沫原液用量为7.86m³，实际的泡沫原液的配置数量须为计算值的1.2倍，取约10m³，本码头采用平衡式泡沫比例混合装置。

4.5 泡沫比例混合装置

《老规范》未对水幕喷头型号作要求，《新规范》第7.2.12条要求喷头宜采用扇形水幕喷头。

本项目结合《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2017）第7.1.6条，采用水幕喷头的防火分隔水幕其喷头布置不应少于3排。在码头前设置3排水幕喷头，采用额定压力0.35MPa，流量特性系数K=21.4的水幕喷头，根据计算，本码头水幕喷头在额定压力下的布置间距按1.0m考虑，共布置水幕喷头75只，每排25只。

5.存在问题及对策

5.1 冷却范围面积的计算问题

《新规范》第7.2.8.2条，冷却范围计算公式中F=3LB-fmax，其中L为最大舱的纵向长度，而《河港总体设计规范》（JTS166-2020）附录C中，冷却范围公式F=3LPB-fmax，其中LP为货油舱的许用长度，二者不一致。根据《新规范》第7.2.8条条文，笔者认为冷却范围公式F=3LBfmax中的L即为货油舱的许用长度Lp,由此计算所得的冷却范围能够在保证油仓安全的同时，降低成本。因此建议计算冷却面积及着火舱面积时根据《河港总体设计规范》（JTS166-2020）附录C计算。

5.2 前沿水幕喷头的设置问题

《老规范》和《新规范》均未对水幕喷头的布置型式进行具体规定。《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2017）要求防护分隔水幕喷头应布置3排，采用开式喷头可布置2排，水幕分隔墙的保护宽度不小于6m。从消防安全角度，建议码头前沿的水幕喷头按照多排布置，布置时尽量减小对码头作业、船舶系泊及人员通行的影响。

6.结论

油气化工码头消防设计涉及面宽、专业多，做好消防设计是保证油气化工码头消防安全的重要前提。专业设计人员以及油气化工码头安全管理人员，均应熟悉、掌握相关专业知识，进行科学地设计和管理，以利于油气化工码头消防安全。

本文以笔者参与的内河油气化工码头项目为背景，对比分析油气化工码头新、老规范主要条文的不同，提出在油气化工码头消防设计中需要注意的问题，可以为以后内河油气化工码头的消防设计提供借鉴和参考。