重油又稱燃料油，主要是以原油提取汽油、柴油后的剩余重質油，在產油量豐富的地區，如沙特、阿聯酋、伊拉克等中東國家，廣泛使用重油作為燃料生產水泥。由于重油的比重超過0.91kg/dm3，黏度大，一般采用固定錐形頂儲罐作為重油的儲存裝置。重油屬于可燃液體，在日常儲存過程中，采用水噴霧滅火系統對重油儲罐進行防護冷卻。水噴霧滅火系統在火災時對著火罐和相鄰罐噴水冷卻，防止罐體溫度過高而失效，避免火災蔓延。本文以伊拉克某6000t/d熟料水泥生產線油罐區的消防設計為例，詳細比較國內外固定頂儲罐的消防冷卻水系統的設計差異。該項目位于伊拉克Al-Najaf Al-Ashraf city地區，廠區熟料生產線油罐區共有2個5000m3的固定錐形頂重油罐，直徑24m，高12m，罐內儲存閃點為65℃的重油；1座50m3的小型柴油罐。

2.1 美國標準規定

美國消防協會標準NFPA 15-2017《Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection》(以下簡稱“NFPA 15-2017”)及美國石油學會標準APIRP2030—2014《Application of Fixed Water Spray Sys-tems for Fire Protectionin the Petroleum and Petm-chemical Industries》(以下簡稱“API RP 2030-2014”)雖然沒有對重油罐的消防冷卻型式給出明確的規定，但這兩個標準都是固定式水噴霧滅火系統的應用，對重油罐的防護冷卻要求均有相應的規定。另根據“NFPA 15-2017”第7.4.2.1條規定，立式儲罐的外露表面都應進行防護冷卻，包括罐頂和罐底，但該標準對相鄰罐的防護冷卻未做明確要求Ⅲ；根據“API RP 2030-2014”第7.3.14條規定，對著火罐罐壁上部的3.7～7.4m進行防護冷卻，對相鄰罐罐壁表面積的1/4～1/2進行防護冷卻閉。

2.2 中國標準規定

《石油庫設計規范》GB 50074-2014(以下簡稱“油庫規”)第12.1.5條第1款及第12.2.7條第1款中規定，容量大于或等于3000m3或罐壁高度大于或等于15m的地上立式儲罐，應設固定式消防冷卻水系統；著火的地上固定頂儲罐以及距該儲罐罐壁不大于1.5倍著火罐直徑范圍內相鄰的地上儲罐，均應冷卻；當相鄰的地上儲罐超過3座時，可按其中較大的3座相鄰儲罐計算冷卻水量?！端畤婌F滅火系統技術規范》GB 50219-2014(以下簡稱“水噴霧規”)第3.1.9條中對著火罐和相鄰罐的規定與“油庫規”相同。

綜上，該項目采用水噴霧滅火系統對重油罐進行防護冷卻。

3.1 設計參數對比

根據“NFPA 15-2017”、“API RP2030P-2014”、“油庫規”及“水噴霧規”中的相關規定進行固定頂儲罐消防冷卻水系統設計參數的選取并對比，具體結果見表1。

表1 消防冷卻水系統設計參數對比

通過對比可知，“NFPA 15-2017”、“API 2030-2014”兩個美國消防標準的消防冷卻水的供給強度均大于“油庫規”、“水噴霧規”兩個中國標準，但供給時間均小于“油庫規”、“水噴霧規”，導致最后計算出的消防冷卻水量存在差異，且根據“NFPA 152017”計算出的消防冷卻水量與其他三個標準差異較大?！癗FPA 152017”中的消防冷卻水供給強度10.2L/(min·m2)偏大，而“API 2030-2014”作為國際通行的石油及石化工業的固定水噴霧滅火系統的消防標準，其供水強度4.1L/(min·m2)對于油罐區的防火冷卻更具參考性，且由于噴水強度適中，對節約項目投資效果明顯；另外在水泥行業，天津院已實施的沙特某5000t/d水泥生產線總承包項目油罐區消防冷卻水供給強度采用“API 2030-2014”標準中的4.1L/(min·m2)，滿足油罐區的防火冷卻要求。因此在業主及項目所在國未提出明確要求時，水泥廠油罐區的固定消防冷卻水系統設計應優先執行“API  2030-2014”，消防冷卻水供水強度取值按4.1L/(min·m2)。消防冷卻水的連續供給時間根據“NF-PA 15-2017”執行，按4h進行取值。

著火罐的消防冷卻水供給范圍的確定，“APIRP 2030-2014”標準中僅對著火罐罐頂及未與罐內液體接觸的罐壁部分進行防護冷卻，但由于重油的比重大、黏度大，儲存重油所用的固定頂錐形儲罐的容積僅僅略大于重油的實際儲量，重油罐罐壁未與重油接觸的部分較少，因此著火罐的消防冷卻水供水范圍按照整個著火罐罐壁考慮消防冷卻水用量。結合“NFPA 15-2017”、“API 2030-2014”與“油庫規”、“水噴霧規”設計參數的對比表，相鄰罐的消防冷卻水供水范圍按罐壁表面積的1/2考慮消防冷卻水用量。

3.2 水霧噴頭設計對比

3.2.1 水霧噴頭的選擇

“NFPA 15-2017”第8.1.2條中規定，水霧噴頭的工作壓力不應小于0.14MPa；“API 2030-2014”第8.5條中規定，水霧噴頭的工作壓力不應小于0.21MPa。“油庫規”第12.2.10條第2款中規定，水幕式噴頭的出水壓力不應小于0.10MPa；“水噴霧規”第3.1.3條中規定，用于防護冷卻的水霧噴頭的工作壓力不應小于0.2MPa，但對于甲、乙、丙類液體儲罐不應小于0.15MPa。

水霧噴頭須在一定的工作壓力下才能使出水形成噴霧狀態。水霧噴頭的工作壓力越高，其出水的霧化效果越好。在進行國外水泥廠油罐區設計時，選取水霧噴頭的工作壓力應執行“API 2030-2014”中的不應小于0.21MPa。

3.2.2水霧噴頭的布置要求

“NFPA 15-2017”第7.4.2.2條中規定，用于保護著火罐罐壁的位于不同標高冷卻水環管上的水霧噴頭之間的沿儲罐表面的距離不應超過3.7m；“API 2030-2014”第7.3.14條中規定，對罐壁上部的3.7～7.4m進行防護冷卻，且罐壁上的噴霧水膜重力自流范圍不應超過3.7m?！八畤婌F規”第3.2.6條及第3.2.12條第1款中規定，水霧噴頭與保護儲罐外壁之間的距離不應大于0.7m，固定頂儲罐的冷卻水環管宜沿罐壁頂部單環布置。

對于固定頂儲罐，發生火災時一般為全液面火災，液面以上的干壁升溫很快，若得不到及時有效的冷卻，容易失效，造成更大火災。結合本文第3.1條中對著火罐的消防冷卻水供給范圍的確定，在進行國外水泥廠油罐區消防冷卻水系統水霧噴頭的布置時，根據“API 2030-2014”中的要求自罐壁頂部向下布置兩個冷卻水環管，環管豎向間距3.7m，并按照整個著火罐罐壁的消防冷卻水用量進行水霧噴頭數量的計算，這樣噴灑到頂層干壁的冷卻水量大，有利于保證干壁得到較多冷卻。

通過上述對比，進一步明確了國外水泥廠油罐區消防冷卻水系統設計參數的選擇。中材國際早些年實施的規模為2×6000t/d的國外某熟料水泥生產線的油罐區，采用《石油庫設計規范》GB 50074-2002作為設計依據。該油罐區共有4個5000m3的固定頂原油罐，直徑24m，高12m，罐內儲存20號重油，采用水噴霧滅火系統對原油罐進行防護冷卻，具體參數：著火罐的供給強度為2.5L/(min·m2)，相鄰罐的供給強度為2.0L/(min·m2)，連續供給時間均為6h。由于4個原油罐分2排布置，相鄰罐個數取2個，每個相鄰罐的冷卻水供水范圍按罐壁表面積的全部考慮消防冷卻水用量。由此可見，項目實施時設計參數的選取應根據具體工程條件及設計要求而定。

通過對“NFPA 15-2017”、“API 2030-2014”、“油庫規”及“水噴霧規”四個標準的比較可知，消防冷卻水的供給強度、持續供給時間、供水范圍及水霧噴頭的選擇、布置等設計參數要求差異較大，因此設計參數需要根據項目的類型、規范的適用條件，并適當結合設計經驗及施工要求等進行選擇。

作者：秦江江

來源：《中材海外工程有限公司》

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