稳压消防给水系统设计要点.doc

石油化工企业稳高压消防给水系统设计要点的探讨陈应新 南京扬子石油化工设计工程有限责任公司（）摘 要 本文系统地阐述了稳高压消防给水系统的工作原理，深入探讨了设计要点，包括系统的形式及组成、系统供水范围划分、设备配置及技术参数确定、控制方式及联锁要求，并对管网材质和消防水泵动力源的选用提出了建议。 关键词 稳高压消防给水系统 设计要点 探讨 在规模经济的要求下，石油化工企业的工艺装置、储罐向大型化发展，执行的消防标准同步提高，如增设了消防水炮、水喷淋等固定式消防设施，使消防给水系统的流量增加、压力提高。与此相适应，作为强制性国家标准的石油化工企业设计防火规范（GB5016092）（1999年版）第7.3.11条规定：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0.71.2MPa。 稳高压消防给水系统的形式及组成？系统供水范围划分？设备配置及技术参数确定？控制方式及联锁要求？由于这些设计要点规范未明确规定或说明，设计人员往往各执己见，根据各自的理解和设计经验进行设计，造成系统的差异很大。这些差异不仅令建设单位困惑，而且不利于消防主管部门的审查。 经过查阅相关资料，结合笔者近年来一系列工程实例的设计经验，并征求规范参编单位及主要起草人的意见，对设计要点进行深入探讨，供参考及指正。1. 高压消防给水系统的形式及组成 按照形式及组成的不同，分为临时高压消防给水系统、设置稳压水泵的稳高压消防给水系统、设置稳压设备的稳高压消防给水系统。1.1 临时高压消防给水系统 （1）组成：由消防储水池（罐）、消防水泵、消防给水系统管网组成。 （2）工作原理：生产（或生活）给水管道经过止回阀与消防给水系统管网连通。平时，管网通过生产（或生活）给水管道充水并维持低压。火灾时消防水泵手动（就地、远程）开泵，提供消防用水的设计流量和设计压力。 （3）特点：平时管网维持低压和少许补充水量，火灾时消防水泵开泵之前，系统不提供消防用水。消防动作滞后。1.2 设置稳压水泵的稳高压消防给水系统 （1）组成：由消防储水池（罐）、消防水泵、稳压水泵、消防给水系统管网组成。 （2）工作原理：消防给水系统管网独立，不与生产（或生活）给水管道连通。平时，以流量小、扬程高的稳压水泵连续工作维持管网的高压。火灾时随着各消防设施的启用，管网压力下降至设定值则消防水泵自动（压力信号联锁）开泵，提供消防用水的设计流量和设计压力，同时稳压水泵自动（压力信号联锁）停泵。 （3）特点：平时管网维持高压，火灾时消防水泵自动开泵，消防动作及时。但由于稳压水泵流量小，初期火灾消防水泵开泵之前，系统不提供消防用水。1.3 设置稳压设备的稳高压消防给水系统 （1）组成：由消防储水池（罐）、消防水泵、稳压设备、消防给水系统管网组成。其中，稳压设备包括稳压水泵、气压水罐、设备自身的配管系统和控制系统。 （2）系统工作原理：消防给水系统管网独立，不与生产（或生活）给水管道连通。平时，以稳压设备维持管网的高压，稳压水泵间断工作。初期火灾时随着各消防设施的启用，稳压设备提供初期火灾的消防用水，但不满足设计流量。当管网压力下降至设定值则消防水泵自动（压力信号联锁）开泵，提供消防用水的设计流量和设计压力。（3）稳压设备工作原理：气压水罐的胶囊内充满高压水并与消防给水系统管网连通，罐壁与胶囊之间则充满了一定量的压缩空气，压缩空气的压力与胶囊内水的压力相等。当管网无泄漏，管网和胶囊内水的压力恒定，压缩空气的压力也恒定，两者压力相等并维持平衡。当管网泄漏: 管网和胶囊内水的压力下降，此时压缩空气的压力大于管网和胶囊内水的压力，故压缩空气挤压胶囊使其出水以补充管网的泄漏量，同时胶囊的容积逐渐缩小，压缩空气的容积则相应膨胀而压力下降，管网和胶囊内水的压力也随之下降； 当管网和胶囊内水的压力下降到一个设定值（如0.7MPa），稳压水泵自动（压力信号联锁）开泵，一方面补充管网的泄漏量，另一方面使胶囊充水，管网和胶囊内水的压力随之升高，同时压缩空气的容积相应减小、压力升高； 当管网和胶囊内水的压力升高到另一个设定值（如1.2MPa），稳压水泵自动（压力信号联锁）停泵。如此循环往复使管网和胶囊内水的压力维持在0.71.2MPa。 （4）特点：平时管网维持高压，火灾时消防水泵自动开泵，消防动作及时。虽然稳压水泵流量小，但由于配置了气压水罐作为消防用水的储存罐，因此初期火灾消防水泵开泵之前，系统通过稳压设备能够提供初期火灾的消防用水1.4 系统的形式及组成探讨 以上三种形式的差异和管网平时状态参见表1。表1 消防给水系统管网平时状态名称压力灭火所需的设计流量灭火所需的设计压力临时高压消防给水系统低压不满足，不提供。不满足设置稳压水泵的稳高压消防给水系统高压不满足，不提供。满足设置稳压设备的稳高压消防给水系统高压不满足，但提供初期火灾的消防用水。满足 临时系统不符合规范要求。设置稳压水泵的系统和设置稳压设备的系统均符合规范要求。 设置稳压设备的系统，配置了气压水罐作为消防用水的储存罐，能够维持管网的压力不低于设定值（如0.7MPa），而且补充管网可能出现的不同的泄漏量。石油化工企业设计防火规范（GB5016092）（1999年版）未明确稳压设施的具体形式，但建筑设计防火规范（GBJ1687）（2001年版）和高层民用建筑设计防火规范（GB5004595）（2001年版）均明确气压水罐作为消防用水的储存罐，并且说明气压水罐的作用与高位水箱和水塔相同，三者都能够提供初期火灾的消防用水。 仅设置稳压水泵而不设置气压水罐，虽然可以起到稳高压作用，但是在技术上和经济上均存在一定问题。技术上：其一，由于管网的泄漏量是变量而且变化很大，故稳压水泵的流量不能准确地选定，因此稳压水泵的工作始终不能处于最佳工况。如果选定的流量偏大，难免造成稳压水泵的超压。如果选定的流量偏小，当管网不泄漏或者泄漏量较小，同样造成稳压水泵的超压；当管网泄漏量较大，则失去了稳压的作用。其二，不能提供初期火灾的消防用水。 经济上：稳压水泵连续工作，能耗高。 综合技术经济比较，设置稳压设备的系统技术先进、经济合理。2. 系统供水范围划分 系统供水范围划分往往为设计人员所忽视。 建设单位为节约占地和工程投资，减少设备数量及维护检修工作量，普遍期望系统供水范围尽可能大。但是，系统供水范围太大，导致消防水泵扬程太高，既提高了管道和阀门的压力等级，也不利于管网的均衡供水，并且由于设置大量的减压措施而浪费能源。另外，系统供水范围太大，管网的泄漏量增加，导致稳压水泵的流量增大，从而增加能耗。 根据笔者的设计经验，综合技术经济比较，系统供水范围以消防水泵扬程不大于规范规定的压力上限1.2MPa，即扬程不大于120m为划分界线。3. 设备配置及技术参数确定3.1 消防水泵 流量应满足系统供水范围最大消防用水量（设计流量）。扬程应按环状管网中一条干管发生故障或检修时，其余干管仍能通过消防用水量至最不利点所需扬程计算。最不利点应综合考虑消防用水量、距离消防水泵最远点、地势或消防对象最高点而分别进行计算、比较后确定。 设计流量较小，设置2台，1台工作、1台备用；设计流量较大，设置3台或3台以上，2台或2台以上工作、1台备用。型号应一致。3.2 稳压水泵 流量应不小于管网的泄漏量，可按50m3/h或更大考虑。扬程应适当小于消防水泵，但不得小于最不利点的静压。 设置2台，1台工作、1台备用。型号应一致。3.3 气压水罐 石油化工企业设计防火规范（GB5016092）（1999年版）第7.3.29条规定：消防水泵应在接到报警后2min以内投入运行。 气压水罐的调节水容量（最大调节容积）应不小于初期火灾的消防用水，初期火灾历时按2min考虑。 工作方式分为单台工作、2台并联工作。关于气压水罐是否可以采用单台工作方式，规范未明确。石油化工企业的消防设计流量较大，因而最大调节容积也较大。如果单台工作，其体积很大，不利于设备的制造、运输和安装；而且单台工作安全性较差。如果2台并联工作，则单台体积可以缩小许多，有利于设备的制造、运输和安装。而且，2台并联工作安全性较好，当1台发生故障或检修时，另外1台仍然可以工作，因而不影响稳压设备的安全运行。3.4 安全泄压设施 石油化工企业设计防火规范（GB5016092）（1999年版）第7.3.27条规定：消防水泵的出水管道应设防止超压的安全设施。 消防水泵出水管道设置安全泄压设施，以防止初期火灾或火灾较小时，消防水泵工作但消防用水量较小而造成管网超压。泄压后的水应回流至消防储水池（罐），泄压管道管径应小于消防水泵出水管道。3.5 回流管道 为测试消防水泵的性能及工作状况，消防水泵出水管道设置回流管道至消防储水池（罐）。回流管道管径应小于消防水泵出水管道，并设置手动切断阀门。4. 控制方式及联锁要求4.1 消防储水池（罐） （1）控制方式：补充水管设置自动控制阀门，可选用水力控制浮球阀。液位低于设定值自动开阀，达到设定值自动关阀。 （2）监测：液位在控制室集中指示、低位限值报警。4.2 消防水泵 （1）控制方式 1）就地手动：就地手动开泵、停泵； 2）远程手动：控制室手动开泵、停泵； 3）自动：压力信号联锁开泵，压力为管网压力。 （2）监测 1）出口的压力就地指示； 2）配套电机（电机驱动）的温度在控制室集中指示、高位限值报警； 3）开、关状态在控制室集中指示。4.3 稳压水泵 （1）控制方式 1）就地手动：就地手动开泵、停泵； 2）自动：压力信号联锁开泵、停泵，压力为管网压力。 （2）监测 1）出口的压力就地指示； 2）开、关状态在控制室集中指示。4.4 安全泄压设施 控制方式：消防水泵出水管道设置自动控制阀门，可选用水力控制安全泄压阀。压力达到设定值自动开阀，低于设定值自动关阀。4.5 消防给水系统管网 监测：压力在控制室集中指示。5. 管网材质 由于平时管网内的水基本不流动呈静止状态，易孳生厌氧菌。如果管网材质为碳钢，厌氧菌对其产生生化腐蚀，该腐蚀主要表现为点蚀，具有很大的破坏性。根据经验，管网材质宜选用中国石化集团胜利油田孚瑞特石油装备有限责任公司研制开发的新型材质管道钢骨架增强塑料复合管，该新型材质管道除生活给水管道外，几乎适用于所有石油化工给水排水管道，应用前景十分广阔，其具有如下优点： （1）机械强度高: 塑料的许用应力及承压能力较低，与网状钢骨架复合后，钢骨架可有效地约束塑料形变，使管道机械强度高。 （2）耐温性能好: 在使用温度范围内，塑料的强度随温度升高而降低。由于管道强度的2/3由钢骨架承担，所以其强度随使用温度的升高而降低的程度低于任何纯塑料管道。 （3）刚、柔结合: 由于钢骨架的增强作用使管道的刚性、耐冲击性及尺寸稳定性优于任何纯塑料管道。网状钢骨架的柔性结构，使管道在轴向上有一定柔韧性。 （4）热膨胀系数小: 网状钢骨架的约束，使管道的热膨胀系数小。 （5）不会发生快速开裂: 低碳钢不会脆性断裂，网状钢骨架使塑料的变形及应力均不会达到使其快速开裂的临界点。 （6）材料复合均匀可靠: 网状钢骨架与塑料互相交织浑然一体，复合表面积大而不规则，两种材料互相约束力大而均匀，应力集中小。 （7）双面防腐: 网状钢骨架复合在塑料之中，管道内外表面具有相同防腐性能，非常适用于埋地敷设和输送含有腐蚀介质。 （8）节能: 管道内壁光滑，阻力小，不结垢，耐磨，节能效果明显。 （9）自示踪性好: 由于网状钢骨架的存在，埋地敷设管道可以用磁性探测的方法寻找及定位，避免挖掘而破坏。6. 消防水泵动力源 石油化工企业设计防火规范（GB5016092）（1999年版）第7.3.30条规定：消防水泵房应设双动力源。第8.1.1条规定：消防水泵房用电设备的电源，应满足现行国家标准供配电系统设计规范所规定的一级负荷供电要求。 低倍数泡沫灭火系统设计规范（GB5015192）（2000年版）第3.5.5条规定：泡沫泵站的动力源，应符合下列要求之一：三、全部采用柴油机；。 石油化工企业消防水泵房虽然普遍是双回路供电，但电源往往是同一个变电所，不是双电源，因此负荷等级不是一级。 系统的动力设备主要是消防水泵和稳压水泵。消防水泵功率较大，配套高压电机；稳压水泵功率较小，配套低压电机。经过查阅相关资料，了解到目前国外的消防水泵如果功率大于200kW，则基本不考虑电驱动而采用柴油机驱动，笔者认为这是合理的。由于消防水泵平时绝大多数时间闲置，仅处于备战状态，采用柴油机驱动不仅节省高压供电设备的投资，而且日常的维护检修简单。低倍数泡沫灭火系统设计规范（GB5015192）（2000年版）第3.5.5条的规定也为此提供了佐证。7. 结束语 稳高压消防给水系统能够提高固定式消防设施的消防防护能力以及应急防护水平，消防水泵、稳压水泵依靠管网压力自动工作，实现无人化操作，供水速度快，能够及时将火灾在初期阶段扑灭或有效控制。 优化系统的形式及组成，系统供水范围划分合理，设备配置适当，技术参数准确，控制方式及联锁要求先进，并优选管网材质和消防水泵动力源，则不仅能够保证系统的安全可靠，延长使用年限，而且节约投资，降低能耗。 参考文献： （1）中华人民共和国国家标准：石油化工企业设计防火规范（GB5016092）（1999年版），中国计划出版社，1999； （2）中华人民共和国国家标准：建筑设计防火规范（GBJ1687）（2001年版），中国计划出版社，2001； （3）中华人民共和国国家标准：高层民用建筑设计防火规范（GB5004595）（2001年版），中国计划出版社，2001； （4）中华人民共和国国家标准：低倍数泡沫灭火系统设计规范（GB5015192）（2000年版），中国计划出版社，2001。作者简介 陈应新，男，高级工程师,江苏省南京市人。1988年毕业于西北建筑工程学院环境工程系给水排水工程专业，从事给水排水、消防、环保工程设计。发表的论文：循环水系统扩容工程设计中的水泵选型设计、石油化工企业给水排水管道工程设计、C5石油树脂工厂循环冷却水系统方案比选、纯氧曝气系统在高浓度有机石化污水处理中的应用 、 石油化工循环冷却水处理设计、循环冷却水系统的工业应用、工业循环冷却水处理自动控制的实践、智能化监测换热设备在工业循环冷却水处理中的应用等。