（中机国能电力工程有限公司 上海 200061）
摘要：比较中国消防标准与美国消防标准在大型油罐消防设计中的区别，结合本工程主要讨论两国标准在大型油罐消防设计中的应用以及笔者在设计和工代阶段中遇到的一些问题及处理办法。
关键词：中国消防标准（GB）美国消防标准（NFPA）油罐消防；冷却防护
0 前序
本文所述工程位于加勒比海南岸，为新建4×191MW燃油燃气简单循环电厂，二期工程将建成联合循环，此工程为笔者入职公司后接手的第一个项目，而且该项目已完成了初步设计审查工作，业主要求消防设计采用美国消防标准NFPA（即National Fire Protection Association）。结合以往工作经验，针对初设文件存在的一些问题提出了改进建议为后续设计提供可操作的执行方案，以便形成安全、合适的消防措施满足实际需求。
1 工程概况
本电厂新建四座12700m3的燃油罐，柴油的闪点≥70℃，火灾危险性类别丙A类 三级。油罐设计采用GB标准，油罐消防采用NFPA标准。油罐直径36m、罐壁高14.398m、拱顶高4.33m，外壁净间距36.14m，为地上立式固定顶油罐，油罐区设有防火堤（示意图如下图）：
油罐设置低倍数液下式泡沫灭火系统及固定式冷却水系统，配置泡沫的用水和火灾时冷却用水来自厂区消防水管网，取自2座工业消防水箱。在初设审查时业主要求工业消防水箱除了满足全厂服务水用水需求外，最大限度增加油罐有效容积，满足冷却持续时间为6小时，油罐区周围布置足够数量的室外消火栓及泡沫消火栓，油罐设有液下固定式泡沫消防管道，在防火堤外的公共泡沫管线上设有供扑灭零星火灾用的泡沫枪接口。根据业主国家石油公司提供的计算书，一次消防水量达到巨量的约14300 m3，而总承包公司要求在保证满足全厂生产和生活324 m3用水量情况下能接受的最大工业消防水箱仅为2x4500m3，因此作为设计人员需对比NFPA标准和GB标准的差异以及国内外类似工程经验，提供总承包公司科学决策、合理控制成本的依据并以一个合理、科学、符合实际的设计方案协助总承包公司说服业主。
2 中国标准与美国标准的比较
燃气燃油电厂的油罐区因其储存的可燃液体以及容量规模等特殊性，一直是电厂的防火重点，在电厂消防设计中常用的GB标准有《火力发电厂和变电所设计防火规范》、《建筑设计防火规范》、《石油库设计规范》等。各规范针对性、适用性各有不同，《建筑设计防火规范》是消防设计的基本规范，但其作为一种适用性普遍的规范，客观上对火电厂、大型油库针对性不强。火力发电厂由于自身特点，其火灾具有与民用建筑火灾大不相同之处，而对于针对性较强的《火力发电厂和变电所设计防火规范》在遇到燃气燃油电厂的大型油罐区消防设计时还需求助于其他适用性更强的《石油库设计规范GB50074-2002》和《石油化工企业设计防火规范GB50160-2008》。随着 “一带一路”的不断深入推进，国外工程项目也会越来越多，GB标准也能跟随输出，但是NFPA标准经历数十年的不断完善、及时更新，在国际上具有较高的应用地位仍不容小觑，不少国外业主还是首选NFPA消防规范，因此对于设计人员还需熟悉相关的NFPA标准，如《NFPA850》、《NFPA15》和《NFPA11》等等。
2.1 中美消防标准的特点和比较分析
针对本工程油罐区的布置情况，厂区同一时间内的火灾次数按一次计，厂区消防水量按最大一次消防水量考虑，除着火罐应需进行冷却外，距着火罐罐壁1.5倍直径范围内的相邻罐应进行冷却保护，本工程按最不利情况#2燃油罐着火进行考虑，泡沫液采用3%的氟蛋白。笔者比较GB标准和NFPA标准后整理出如下主要设计参数对比表：
根据中国标准：①按《石油库设计规范》相邻油罐冷却强度不低于2.0 L/min•m2，而按《石油化工企业设计防火规范》相邻油罐冷却强度与着火罐同为2.5 L/min•m2，数值相差不大，本次设计笔者采用了前者规范的数值，另外，在《建筑设计防火规范》中虽然冷却水强度36 L/min•m看起来较大，但是冷却范围是按罐周长确定，实际上和按面积计算的冷却水量结果相差不大；②按《石油化工企业设计防火规范》，当甲、乙类可燃气体、可燃液体设备的高大架构和设备群应设置水炮保护，并未对丙类可燃液体有规定。综合以上特点，虽然中国标准冷却强度较低，但用于大型油罐的冷却水持续时间却较长，一次最大水量为11579 m3，最大流量371L/s。
根据美国标准，大型油罐区消防由泡沫灭火系统、固定水喷雾冷却水系统以及泡沫消火栓、室外消火栓等辅助设施组成。NFPA中关于大型油罐的泡沫消防条文明确，可操作性强，冷却防护要求高，但其泡沫灭火强度小于中国规范的要求。上表油罐冷却强度数据来自《NFPA15》2007 Edition标准，冷却范围为罐表面积含罐顶面积；美国标准冷却强度显然很高，一次最大水量约14220 m3，最大流量约2033L/s，所需消防水流量很大对消防水泵的选型和配置、管道设备布置等形成不小压力，而且当发生较小的非油罐区火灾时大流量和压力的消防泵一旦启动也会给消防系统及承受回流消防水量冲击下的工业消防水箱等设备的安全运行带来挑战。
最后咨询技术雄厚经验丰富的电力设计院，他们认为NFPA中并没有关于油罐水喷雾的确切条款，保护方法取决于工程评价，而大多数燃油储存的评价是由大型石油企业进行的。象Mobil、Exxon及Shell等大公司均有其公司标准，它们在水喷雾方面也存在一些差别。例如，Shell公司规定：当罐直径大于42m时，应对着火罐进行冷却保护。Chubb在其公司采用的易燃液体储罐消防设计中，并未明确冷却设施的要求，通常采用的水喷雾冷却系统喷雾强度2.5~3.0 L/min•m2、持续时间1.5h与NFPA标准接近。
鉴于以上比较分析、调查和专业内评审后，主要考虑有：NFPA强调重视泡沫消防的局限性，说明NFPA比较重视泡沫消防与水消防的共同作用，且大型油库区消防需要邻近消防部门的快速有效的支援；另外，NFPA15中，水喷雾不仅有冷却的作用，也有灭火的目标因此强度较高，在中国标准中，冷却水强度的确定主要用于冷却的作用，笔者认为水喷雾系统作为泡沫灭火的辅助消防系统，相邻罐冷却强度选取可以适当降低至4.1 L/min•m2但还是比中国标准高，着火罐冷却水强度参照了《石油库设计规范》条文说明中提到美国防火协会着火罐的冷却强度8.15 L/min•m2，最终油罐区消防设计参数见上表所示。但是油罐区4个油罐都有可能成为着火罐，如果都把4个油罐当做着火罐计算管径的话喷淋管管径偏大，因此笔者根据工作经验建议按API标准或国内相关化工行业经验等（如液氨储罐冷却范围的选择）确定冷却范围可用罐壁面积的一半计算管径，但很遗憾由于笔者未能提供具体的API标准作为依据此建议未被采纳，这也为后续的工代服务带来不小压力。
2.1 工代服务阶段的比较和分析
设计时未能足够重视喷淋管管径偏大的问题，在笔者工代服务期间，现场进行#3油罐的喷淋管道安装作业时，业主发现管径偏大等一些问题后下发了停工单并全面审查消防系统的设计。业主国家石油公司提出：①该国国家石油公司企业标准和API-RP2030-2005标准都明确着火罐按冷却面积为50%罐壁表面积计，相邻罐按25~50%罐壁表面积和100%拱顶面积计，且冷却强度4.1~10.2 L/min•m2；②不同意按原设计的着火罐和相邻罐均按100%罐壁计算造成消防油罐喷淋管道尺寸过大的做法，因为厂址位于沿海重度腐蚀地区，如果管径太大太重缩短支撑寿命，而且该国其他油罐都没有按大管径的喷淋环管安装实例，要求更换成8’或6'管道；③要求罐顶的喷头取消，相邻罐罐顶冷却都由消防炮负责。
一日不恢复施工每个人都自觉脸上无光，如坐针毡。因此由EPC公司及设计人员组成的谈判小组不厌其烦耐心细致的多次解释说明我们的消防系统的每个设计细节，但遗憾的是还无法说服业主接受我方的计算书，根据最大限度尊重该国国家石油企业标准及安全工程师的工程评价这一原则谈判小组决定：①冷却强度符合业主标准，冷却范围按业主标准重新提交消防系统计算书并调整喷头数量；②按消防炮喷射范围和相关标准将油罐区周边符合要求的7处消防栓改为消防炮；③考虑施工安装进度及设备材料已经启运的现实情况维持管径不变，提供喷淋管支撑计算书满足腐蚀和受力要求，而且EPC公司同意提交如在特定时间内出现问题负责更换的承诺。修改后的消防系统都能满足要求，并且在水箱容量2x4500m3不变的情况下还可以将灭火时间由4h延长到了5h，虽然未达到业主要求的6h但也比NFPA只要求的2h多了不少，最大流量575L/s。经历了残酷的3个礼拜的停工期考验，最终功夫不负有心人，业主最终同意了我们的方案恢复施工，所有人此刻才轻松了不少。
3 结语
随着《石油库设计规范》等老标准的作废和《消防给水及消火栓系统技术规范》等新标准的执行，用于消防的现代科技发展也很快，《火力发电厂与变电所设计防火规范》必将即使更新以适应协调发展的需要。本工程确定的消防方案是基于NFPA的要求的，但是对于石油化工行业执行美国标准的国家或工程来说，只熟悉NFPA标准是不够的，我们国内企业仍需不断学习其他标准如API标准的条款才能在全球能源基础设施建设领域的竞争中获得优势。作为权威的消防规范，不论NFPA、API还是GB均博大精深，本文针对具体工程仅从一个侧面进行一些初步探讨，不足之处在所难免，甚至错漏之处也有存在，同时水平有限惟请多方指正。
参考文献：
[1] GB50074-2002. 《石油库设计规范》[S]
[2] GB50160-2008. 《石油化工企业设计防火规范》[S].
[3] 储剑锋.浅述中美消防规范在火电厂大型油罐设计中的应用.全国电力设计水工信息网第五届全网大会交流资料 2000年9月
论文作者:邵克林
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
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