石油化工项目中设置消防水箱的探讨

摘 要 消防水箱用于贮存扑灭初期火灾用水，但在化工项目中，存在消防用水量大，压力高等特点，且我们现行《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008中对消防水箱并无相关规定，本文结合实际项目中的经验与不同规范的要求探讨石油化工项目设置消防水箱的合理性及其容积计算方法。

关键词 石油化工项目 消防水箱 气压罐 容积 前10分钟水量 初期火灾

中图分类号：F407文献标识码： A

消防水箱的作用

消防水箱包括气压水罐、水塔、分区给水系统的分区水箱等设施，用于储存火灾初期的消防用水量，同时维持消防灭火设施准工作状态下所需要的水压。

规范对消防水箱的有关规定

《泡沫灭火系统设计规范》（GB 50151-2010，以下简称泡沫规）、《水喷雾灭火系统设计规范》（GB 50219-1995）、《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008，以下简称石化规）、《石油库设计规范》（GB50074-2002，以下简称石油库规）、《石油天然气工程设计防火规范》（GB 50183-2004）及其它石化方面规范中均未明确消防水箱和火灾初期消防供水流量、压力要求。

《建筑设计防火规范》（GB 50016-2006，以下简称建规）中提到设置常高压给水系统并能保证最不利点消火栓和自动喷水灭火系统等的水量和水压的建筑物，或设置干式消防竖管的建筑物，可不设置消防水箱，在设置临时高压给水系统的建筑物应设置消防水箱（包括气压水罐、水塔、分区给水系统的分区水箱）。同时要求重力自流的消防水箱设置在建筑最高部位，容积应满足10min消防用水量，当室内消防用水量小于等于25l/s时，水箱最大容积为12m3，当室内消防用水量大于25l/s时，水箱最大容积为18m3。

《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2005）中则只要求采用临时高压给水系统应设置高位水箱，不设高位水箱的建筑可用气压供水设备替代，气压供水设备的有效容积应按系统最不利处4只喷头在最低工作压力下的10min用水量确定，干式系统、预作用系统还应满足管道充水容积。

《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95 2005版)要求设有高位水箱的消防给水系统应设置增压设施，其气压水罐调节水容量为两支水枪和5个喷头30秒的用水量，即450L。 

石油化工项目特点分析

按石化规要求，石化项目中消防给水系统均采用稳高压系统，而在其它规范中只有临时高压与常高压两个概念。确定常高压或临时高压的判断标准是火灾时启不启水泵，因此稳高压系统属于临时高压给水系统范畴。通过比较平时与消防时系统的压力与流量，我们可以很清楚了解三个系统的具体区别，详见下表1

由上表可知石化项目中采用的稳高压系统属于建规、自喷规范中要求的临时高压系统，但比其要求更严格，主要体现在准工作状态时管网里需要维持不小于主泵的消防压力，并能直接满足一部分消防用水量。

在石化项目中，通常设置有工艺装置区、罐区，因此其消防给水系统压力均大于0.70Mpa，屋顶水箱显然无法满足这个要求，为保证准工作状态消防管网内压力及流量，只能采用稳压泵+气压罐形式，并保证可以在主泵启动前提供两支水枪和5个闭式喷头30秒的用水量。

化工项目中气压罐容积计算

消防气压罐的工作原理

消防气压罐的消防总容积分为两个部分，即消防贮水有效容积（调节容积）及不动水容积（采用隔膜式气压罐时不动水容积为0），其中有效容积又由稳压水容积与缓冲水（消防储水）容积组成，如图1所示。 

图1

系统平时的压力由稳压泵提供，当压力达到P3时，稳压泵自动停止运行；当压力降低，降至P2时，稳压泵自动开启，当系统压力重新到达P3时，稳压泵停止工作。如此循环以保持系统的高压状态。当发生火灾时，随着消防设施的投入使用，系统压力开始下降，当降至P1时，消防泵自动启动灭火。

消防气压罐的设计计算

气压罐的设计计算内容主要分为每个压力控制点压力值及气压罐有效容积、总容积的确定。

根据波-马定律，气压罐内密闭气体在不同状态下有如下关系：

V3*P3=(V3+V2)*P2, V3= (1)

V3*P3=(V3+V2+V1)*P1 (2)

式中 P3------气压罐内最大压力（绝对压力），即稳压泵停泵压力，MPa；

P2------稳压泵启泵压力（绝对压力），MPa；

P1------消防泵启泵压力（绝对压力），MPa；

V3-----P3压力下，气压罐内的空气容积， m3，

V2-----稳压容积， m3，

V1-----缓冲水容积，即消防水容积， m3，

通常在一个项目中，当消防增压稳压服务对象确定后，主泵扬程P1，消防储水容积（缓冲容积）V1都能确定，而对于稳压泵的启停压力（P2、P1）设定值，国内规范并无明确规定，只是在推荐性规范《气压给水设计规范》（CECS76:95）中明确两者及消防主泵扬程P3之间的相对关系，即两者均大于P3。因此，我们可以借鉴的美国消防规范NFPA20《消防泵》中稳压泵启停压力与主泵启动压力之间的相关要求，可获得如下关系：

P2=P1+5psi=P3+0.035MPa，P3= P2+5psi=P2+0.035MPa。

将式(1)代入式(2)得：

V2= =0.035*

因此，选用气压罐有效容积不应小于V1+V2。

计算出气压罐有效容积后，可根据气压罐总容积公式V= ，即可计算出气压罐总容积。

式中 V------气压罐的总容积，m3；

Vsx-----消防水总容积，即有效容积，由稳压容积V2与缓冲容积V1组成，m3，

αb-----气压罐的工作压力比，即P1/P3；

β------所压罐的容积系数，对立式罐取1.10；卧式罐取1.05；隔膜罐取1.25。

结语

在石油化工项目中，应设置消防水箱以能满足系统中最不利点的水压以满足灭火时的需要。

消防水箱应采用气压罐，气压罐的有效容积应能满足平时管网允许最大泄漏量及两支水枪和5个闭式喷头30秒的用水量。有效容积太大，造价不经济，有效容积太小，可能会造成稳压泵的频繁启动，或火灾时初期消防水量无法有效保障。

在笔者的项目经验中，由于业主的坚持，以往的一些化工项目甚至不设置气压罐，只设置变频稳压泵用于维持消防管网里压力，随着我国社会经济的发速发展，消防审查也越来越严，因此也建议国家完善石油化工企业稳高压消防系统具体要求、做法的法律法规 ，让设计可以真正做到有法可依，有据可查。