中外石油工程消防设计的差异
作者：赵薇
来源：《当代化工》2016年第06期
作者：赵薇
来源：《当代化工》2016年第06期
摘 要：论述了石油工程设计中NFPA、API等常用国际消防标准规范与对应的国内消防设计规范的不同之处，结合消防给水、消防泵、消防系统设置等方面的设计和选型，对中外消防规范进行比较分析，为今后涉外项目的消防设计提供参考。
关 键 词：消防设计规范；消防给水；消防泵；工程应用
中图分类号：TE 48 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）06-1284-03
消防设计在石油工程项目中责任十分重大。随着我国石油行业的发展，已经逐步从国内市场转战国际市场，因此对国际规范的学习掌握至关重要。本文结合了某国际工程项目实例，针对国际项目中常用消防规范与国内项目运用的国标规范设计要点和使用经验进行比较分析。
1 消防给水
1.1 消防用水量
在国际石油工程项目消防设计中，需要计算厂区各单元发生火灾情况下的用水量，结合国际标准：（1）NFPA 15：Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection（固定水喷淋消防系统标准，以下简称 NFPA 15）、（2）API RP 2030：Application of Fixed Water Spray Systems for Fire Protection in The Petroleum Industry（石油和石化工业固定水喷淋系统规则，以下简称 API RP 2030）、（3）API PUBL 2510A：Fire Protection Considerations for The Design and Operation of LPG Storage Facilities （液化石油气存储罐的火灾防护，以下简称 API PUBL 2510A），对最不利火灾（通常为最大最远的球罐和储罐消防冷却水量）发生时用水量进行计算。
结合某国际工程实例，通过按不同规范计算，结果差异很大，NFPA 15中要求容器的冷却水强度为10.2 L/（min·m2） [1]，API RP 2030要求，当消防喷淋系统用于常压储罐时，罐表面的喷淋供水强度不应小于 4.1 L/（min·m2） [2]。为了实现最大经济化应尽量降低工程的总投资，并且应保证采用国际的消防标准，采用API RP 2030中规定的喷淋供水强度和临近罐冷却保护面积是经济可靠的。因此，储罐取值4.1 L/（min·m2） ，球罐取值10.2 L/（min·m2）。同时，结合API PUBL 2510A中规定的消防用水量需满足4 h火灾持续时间内100%的供水强度[3]。本项目根据最不利火灾灭火需求，得出最终消防总水量。
1.2 消防水罐
NFPA 22：Standard for Water Tanks for Private Fire Protection（消防水箱标准，以下简称 NFPA 22）和我国最新规范《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014（以下简称GB 50974-2014）5.1.12均要求，消防泵从消防水罐吸水时，由于没有吸水井，为了减少吸水管的保护高度，保证吸水效果，吸水口处应设置旋流防止器。NFPA 22中详细规定了吸水口形式和尺寸，也可供国内工程借鉴。
关于阀门的选用，根据NFPA 22的要求，连接水罐与水泵之间的吸水线上所有的控制阀应使用明杆闸阀[4]。国标GB 50974-2014中要求应设置明杆闸阀或带自锁装置的蝶阀，或设有开启刻度和标志的暗杆闸阀[5]。
2 消防泵
2.1 水泵性能
对于国际石油工程建设项目，NFPA 20：Standard for The Installation of Stationary Pumps for Fire Protection（固定消防泵安装标准，以下简称 NFPA 20）是消防泵通用的设
计标准，对消防泵的特性规定如下：当出流量为设计流量的150%时，其出口压力不应低于额定扬程的65%；任何类型的水泵，其零流量时的压力均不应超过额定扬程的140%[6]。GB 50974- 2014中5.1.6api设计对消防水泵也有此类规定，此规定的意义是要求水泵流量扬程性能曲线应为无驼峰、无拐点的光滑曲线。
同时，NFPA 20和GB 50974-2014中5.1.11中还规定消防泵应设出流流量检测装置，最大量程的75% 应大于最大一台消防水泵设计流量值的175%。在国际项目中，通常在消防泵出水线止回阀和控制阀之间设置测试线，测试线干管上设置一个流量计即可，测试用水可回流至消防水罐。
2.2 水泵压力
在国标《石油化工企业设计防火规范》GB 50160-2008（以下简称GB 50160-2008）中8.5.1规定，大型石油化工企业的工艺装置区、罐区等，应设独立的稳高压消防给水系统，其压力宜为0.7～1.2 MPa[7]。而在国际项目中通常采用NFPA 20，提出稳压泵的停泵压力为消防泵关闭压力加上其最小静吸入压力，稳压泵的启泵压力不应大于稳压泵的停泵压力减去0.68 bar的差值，第l台消防泵的启泵压力不应大于稳压泵的启泵压力减去0.34 bar的差值，
其他主泵的启泵压力依次减去0.68 bar。在最新出台的国标GB 50974-2014中5.3.3中也有了类似的要求，稳压泵的设计压力应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，且增加值宜为0.07～0.10 MPa。
根据GB 50160-2008中8.3.5规定，泵出水管道应设防止超压的安全设施。国内项目通常做法是在泵出口主干管处接出一条超压回流线，线上设置减压阀和旁通管。而根据NFPA 20，要求相对更加严格，各水泵（除冷却水取自水泵出水的发动机所驱动的水泵）均应安装自动循环减压阀，保证充分的循环水量以防止水泵在无出水运转时出现过热现象。柴油消防泵的出口和止回阀之间设置减压阀以防止消防系统的压力大于该系统可能承受的数值。柴油发动机转速有一定波动，一般厂家的波动范围控制在10%，相应的扬程就会有21%的波动，系统压力不稳定。而电动泵转速恒定，如果水泵关闭压力加上静水压未超过系统组件额定压力，则不需要设置减压阀。
同样的，该减压阀回水线不可直接连接到水泵吸水口，可回流至消防水罐。
2.3 尺寸设定
在国内石油工程中，通用做法是依据流速确定管径，消防泵进出口管径一般根据国标《室外给水设计规范》GB 50013-2006中6.3.1规定选取，进口流速一般为1.2～1.6 m/s，出口流速一般为2.0～2.5 m/s[8]。而在NFPA规范中，很少对流速有详细的限制要求，而是按照水泵额定流量对各个进出口管道和构件限定了最小尺寸。NFPA 20的4.26章节中，分别对泵的吸水口，出水口，减压阀，减压阀出水管，流量计等提出了最小尺寸。而关于流速，NFPA 20仅对吸水口提出限定，当泵以额定流量的150%运行时，吸水管内流速不超过4.57 m/s。
3 消防系统
国内习惯将固定冷却喷淋系统和固定泡沫灭火系统分开设置，两套系统的供水泵单独从消防水罐取水，并分别设置备用泵。集中置于消防泵房中。罐区分别设置冷却水环网和泡沫混合液环网，分别设置水栓和泡沫栓。这种做法更加安全，两套系统互不影响，但两套管网管线、阀门等投资造价增高。
国外适用工程项目与国内习惯做法不同，通常固定冷却喷淋系统和固定泡沫灭火系统共用一套供水泵及备用泵。泡沫比例混合装置就近设置在储罐防火堤外，从泡沫站附近带压的
消防管网取水。罐区设置冷却水环网，间隔50 m内设置水栓，水栓旁边2 m左右内设置水栓箱或泡沫栓箱。泡沫栓箱内配置25～50 L泡沫原液桶、泡沫比例混合器、泡沫、水带等，灭火时，从消火栓取带压水与桶内泡沫液经泡沫比例混合器水力作用产生泡沫混合液，连接水带及泡沫进行灭火。这种做法管网较简单，但如果罐区比较分散将设置多个泡沫比例混合装置，可能增加投资。因此，对于国际项目，应根据项目合同要求，及工程实际情况考虑消防系统设置方案。
4 结束语
为了扩大市场，海外项目日益增多，因此对国际规范的理解和应用的不断深入对于及时扑灭火
灾，减少生命财产损失起到重要作用。本文通过对国内外实际工程消防设计经验的比较和总结，供大家参考借鉴。
参考文献：
[1] NFPA 15-2012， Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection[S].
[2] API RP 2030-2005， Application of Fixed Water Spray Systems for Fire Protection in the Petroleum Industry[S].
[3] API PUBL 2510A， Fire Protection Considerations for The Design and Operation of LPG Storage Facilities[S].
[4] NFPA 22-2013， Standard for Water Tanks for Private Fire Protection[S].
[5] GB 50974-2014， 消防给水及消火栓系统技术规范[S].
[6] NFPA 20， Standard for The Installation of Stationary Pumps for Fire Protection [S].
[7] GB 50160-2008， 石油化工企业设计防火规范[S].
[8] GB 50013-2006， 室外给水设计规范[S].
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