海水消防泵站的設(shè)計(jì)思路

1、海水消防泵站的設(shè)計(jì)思路 *石化公司港口公司第三作業(yè)區(qū)是*石化公司最大的原油儲(chǔ)存罐區(qū)，距離*市市區(qū)60km，南臨大海。1992年建成投用，罐區(qū)50000m3原油罐12座，總?cè)萘窟_(dá)到60萬(wàn)m3，目前兩座12.5萬(wàn)m3的新建原油儲(chǔ)罐正在施工，預(yù)計(jì)建成后罐區(qū)內(nèi)原油儲(chǔ)存總?cè)萘繉⑦_(dá)到85萬(wàn)m3。隨著罐容的不斷增加，罐內(nèi)消防配套設(shè)施的壓力越來(lái)越大，尤其是消防水水源。 罐區(qū)內(nèi)消防系統(tǒng)有2臺(tái)756m3/h消防給水泵，是1992年配套工程。系統(tǒng)采用水池供水，儲(chǔ)水能力為3800m3，通過(guò)深井取水辦法對(duì)水池進(jìn)行補(bǔ)水。此外，罐區(qū)內(nèi)還建有一座海水消防泵站作為消防備用系統(tǒng)。但海水對(duì)系統(tǒng)設(shè)備腐蝕非常嚴(yán)重，系統(tǒng)無(wú)法處于正常的備

2、用狀態(tài)，1997年后，海水消防泵站幾乎癱瘓。為此，1999年公司對(duì)系統(tǒng)作了改造，增加1臺(tái)5000m3水罐，修建一儲(chǔ)水能力達(dá)14000m3的簡(jiǎn)易水池收集地表水和淺層地下水作為后備水源，簡(jiǎn)易水池設(shè)置補(bǔ)水泵站，并將原水池、新水罐和簡(jiǎn)易水池連接起來(lái)，閑置了海水后備水源。 2000年，由于天旱，罐區(qū)內(nèi)簡(jiǎn)易水池儲(chǔ)水全被蒸干，水池干枯期相當(dāng)長(zhǎng)，深水井也幾乎干枯，簡(jiǎn)易水池的儲(chǔ)水量無(wú)法得到保證。為解決罐區(qū)消防后備水源，問題再次回到了海水消防泵改造上。 1 海水消防系統(tǒng)存在的問題 海水作為消防系統(tǒng)的水源，其最大的優(yōu)點(diǎn)是取之不盡。但是海水作為消防水源，卻有許多問題必須解決，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面： 1.1 消防給水

3、泵腐蝕嚴(yán)重 海水中富含的mgcl 2 、cacl 2 水解生成hcl，形成很強(qiáng)的酸性環(huán)境，對(duì)消防泵、管線以及閥門等消防系統(tǒng)的設(shè)備產(chǎn)生很強(qiáng)的腐蝕作用，甚至對(duì)奧氏不銹鋼也會(huì)產(chǎn)生氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。為了了解海水對(duì)設(shè)備腐蝕的作用，我們作了專門的實(shí)驗(yàn)：用海水作水源試運(yùn)海水消防泵后，立即用淡水作水源對(duì)消防泵和系統(tǒng)管線進(jìn)行加壓清洗2小時(shí)，但是第3天消防泵內(nèi)零件仍發(fā)生嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象，部分彈簧發(fā)生腐蝕斷裂，管線內(nèi)表面產(chǎn)生一層黃色的腐蝕物。 1.2 給水泵吸水管容易出現(xiàn)堵塞 盡管海水消防泵的吸水管靠近海灣，風(fēng)浪較小，在設(shè)計(jì)上吸水管也采取了虹吸功能，但海水潮漲潮退時(shí)，海浪夾帶著海沙以及海藻等海上生物進(jìn)入吸水管，海沙

4、甚至將吸水管深深地埋住，吸水管被堵塞，系統(tǒng)無(wú)法使用。我們作過(guò)統(tǒng)計(jì)，每3個(gè)月就要對(duì)吸水管進(jìn)行清理，否則吸水管就會(huì)被堵，而吸水管清理的工作量大，費(fèi)用非常高，長(zhǎng)期維護(hù)使用，成本難以接受。 1.3 給水泵吸水管吸水口位置難以確定 海邊水位會(huì)隨著時(shí)間、季節(jié)的變化而變化，這給海水泵吸水管吸水口的確定帶來(lái)一定的困難。吸水管設(shè)計(jì)在距離海岸近些，潮退或冬天時(shí)由于水位降低而難于吸水，大量的泥沙隨著海水沖進(jìn)吸水管造成管線堵塞；吸水管設(shè)計(jì)距離海岸遠(yuǎn)些，施工、維護(hù)困難大大增加，成本費(fèi)用大幅度提高，而且海水泵容易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，系統(tǒng)無(wú)法正常投用，失去系統(tǒng)的功能，影響搶險(xiǎn)滅火工作。 2 海水消防泵站的設(shè)計(jì)思路 海水泵雖然是作

5、為后備消防給水泵，同樣要求按照規(guī)定定期試運(yùn)，確保系統(tǒng)任何時(shí)候都處于正常的備用狀態(tài)。因此，海水消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮到海水泵試運(yùn)工藝流程，合理解決海水對(duì)海水消防系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕和海水泵吸水管堵塞問題。以此原則，我們提出以下設(shè)計(jì)思路： 2.1海水泵出口管線設(shè)計(jì) 海水嚴(yán)重腐蝕系統(tǒng)設(shè)備是海水消防系統(tǒng)在使用過(guò)程中遇到的最大的問題。為最大限度地解決這個(gè)問題，在設(shè)計(jì)海水消防系統(tǒng)時(shí)，我們強(qiáng)調(diào)一個(gè)重要的原則：在非真正火災(zāi)事故期間我們要盡可能地避免海水接觸系統(tǒng)設(shè)備。在第3作業(yè)區(qū)，淡水消防系統(tǒng)消防水儲(chǔ)量高達(dá)8000m3以上，已經(jīng)完全滿足石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范有關(guān)規(guī)范要求，海水系統(tǒng)只是作為一個(gè)備用的供水系統(tǒng)，以防出現(xiàn)

6、不測(cè)。因此，海水泵出口直接連通淡水系統(tǒng)，從淡水池引管線接入海水泵入口，作為海水泵平常試運(yùn)的水源，必要時(shí)還可以提高系統(tǒng)的供水能力，起到一泵兩用功能。圖1為海水泵系統(tǒng)工藝示意圖。 利用淡水試運(yùn)海水泵，既可以按照消防設(shè)備正常管理的要求進(jìn)行試運(yùn)消防泵，更重要的是能很好地解決海水接觸腐蝕系統(tǒng)設(shè)備的致命問題，有效地消除設(shè)備隱患，保證海水消防泵隨時(shí)處于備用狀態(tài)。具體操作：打開閥門a6，關(guān)閉閥門a1和a5、a7，啟動(dòng)海水泵后緩緩打開閥門a4就可以正常試運(yùn)海水泵，這樣海水泵的維護(hù)不受海水的任何影響。 2.2 海水泵吸水管設(shè)計(jì) 從以上分析可以得知，海水泵吸水管的設(shè)計(jì)要考慮到海水對(duì)管線的腐蝕、沖刷以及海沙、海上生物

7、堵塞吸水管等問題，因此我們考慮用以下的方法來(lái)避免上述事故的出現(xiàn)： 2.2.1 方案1：利用耐海水腐蝕的塑料軟管直接吸水 理論和實(shí)際均已證明，碳鋼在海水中受到海水嚴(yán)重腐蝕，不銹鋼長(zhǎng)期泡在海水中，同樣被嚴(yán)重腐蝕。根據(jù)長(zhǎng)期的觀測(cè)數(shù)據(jù)，距離岸邊200m處作為吸水點(diǎn)，無(wú)論是漲潮、退潮海水水位有極高的保證，因此，我們考慮使用耐海水腐蝕的塑料軟管或橡膠軟管作為海水泵的吸水管線，極好地解決了吸水管線被海水腐蝕的問題。 為防止海沙進(jìn)入吸水管線，吸水管吸水口盡量靠在海水深處，為保證吸水量，可以設(shè)置若干條塑料軟管或橡膠軟管，在軟管吸水口設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，避免泥沙和海上生物進(jìn)入吸水管。圖2是海水泵吸水管工藝示意圖。由于塑料

8、吸水管長(zhǎng)期暴露在海上容易發(fā)生硬化損壞，因此平時(shí)塑料吸水管放在室內(nèi)保養(yǎng)著，定期檢查、更換，確保軟管隨時(shí)處于備用狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)需要投用海水泵時(shí)，軟管一端接上海水泵入口，帶過(guò)濾網(wǎng)的另一吸水端用小船拖到海上適合的位置固定使用，這樣既可保護(hù)吸水管，也可以防止泥沙和海上生物進(jìn)入吸水管。由于海水只是作為后備的消防水源，罐區(qū)內(nèi)淡水的儲(chǔ)量可以供水6小時(shí)以上，有足夠的時(shí)間從第1作業(yè)區(qū)調(diào)用小船到第3作業(yè)區(qū)將吸水管的吸水端拖到深海處，拖管用的小船不作為海水消防的備用設(shè)備。 這種設(shè)計(jì)方法，要重點(diǎn)考慮3個(gè)因素：吸水管的長(zhǎng)度、海水泵的安裝水平高度和海水泵的吸程h s 。 吸水管的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)涉及到海水水位和海水泵的吸程h s

9、 ，長(zhǎng)度小，吸水口所處海水水位低，既不方便大量吸水，又容易吸進(jìn)泥沙；而吸水管過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響海水泵的啟動(dòng)時(shí)間。但實(shí)際上吸水管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)還是要求盡可能長(zhǎng)，較長(zhǎng)的吸水管還可以調(diào)節(jié)海水泵安裝高度與吸水口高度差h，避免h大于hs而造成海水泵出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，影響海水泵的正常使用。 海水泵的水平安裝高度是受海水泵的吸程h s 影響的，理論上，由于海水泵有一定的吸程h s ，海水泵水平安裝高度可以高于泵吸水管的吸水口水平高度，只要海水泵安裝高度與吸水口高度之差h小于泵吸程h s ，海水泵就可以正常工作，但實(shí)際上，吸水管長(zhǎng)度增加，軟管內(nèi)海水遇到的阻力也會(huì)增加，海水泵要正常工作，必須滿足： 式中：h s 海水泵吸程；

10、h海水泵安裝高度與吸水口高度之差； h f 海水在軟管內(nèi)由于阻力引起的壓頭損失。 因此，如果海水泵安裝位置盡量低，泵啟動(dòng)將更加平穩(wěn)、方便。另外，海水泵安裝位置的設(shè)計(jì)不但要考慮泵吸程h s 、吸水口高度，還要考慮防洪、防災(zāi)等要求。 海水泵的吸程h s 影響海水泵的安裝高度，理論上，海水泵吸程h s 越大越好，但泵吸程h s 越大，價(jià)格也越高，實(shí)際中，我們還是要求盡量選用吸程h s 較大的水泵。 2.2.2 方案2：建立緩沖水池供水 使用塑料軟管作為海水泵吸水管直接吸水，系統(tǒng)對(duì)海水泵的吸程h s 和海水泵安裝位置有較高的要求，而建立緩沖水池供水的設(shè)計(jì)將可以很好地解決海水泵安裝水平位置要低的不利要求

11、，具體工藝示意圖如圖3。 方案中輔助設(shè)備是緩沖水池和潛水泵，整個(gè)工藝設(shè)計(jì)原理很簡(jiǎn)單，潛水泵將海水送到緩沖水池后，再由海水泵向消防系統(tǒng)供水，潛水泵的出水管同樣是采用耐海水腐蝕的塑料軟管。在該設(shè)計(jì)方案中，海水泵的流量、潛水泵的流量和緩沖水池的容量3者是互相制約的，海水泵的流量受設(shè)計(jì)規(guī)范限制是確定的，在輔助設(shè)備中，緩沖水池的投資費(fèi)用較高，緩沖水池的大小還受到現(xiàn)場(chǎng)位置的影響，因此首先要確定緩沖水池的容量，然后才能確定潛水泵的流量。為保證海水補(bǔ)水系統(tǒng)持續(xù)供水不少于10h，海水泵、潛水泵的流量和緩沖水池容量3者必須滿足以下關(guān)系： 式中：v緩沖水池的容量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置和投資確定； q1海水泵流量，根據(jù)石油化

12、工企業(yè)防火設(shè)計(jì)規(guī)范確定； q2潛水泵總流量，根據(jù)v、q1實(shí)際數(shù)值確定。 盡管緩沖水池v是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置和投資要求確定，但實(shí)際設(shè)計(jì)中不宜設(shè)計(jì)得過(guò)小，否則緩沖功能很差，實(shí)際操作不易控制。q2是潛水泵的總流量，設(shè)計(jì)中要根據(jù)吸水點(diǎn)的距離、需要的壓頭等數(shù)據(jù)選好潛水泵的型號(hào)后再確定其數(shù)量。 同方案1一樣，潛水泵出水塑料軟管是放在室內(nèi)保養(yǎng)，要求定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確保軟管處于正常的備用狀態(tài)。潛水泵平時(shí)使用淡水進(jìn)行單泵試運(yùn)，當(dāng)需要投用海水作為消防水源時(shí)，用小船將潛水泵拉到深海適當(dāng)處即可以向陸上緩沖水池補(bǔ)水。 2.2.3 方案3：利用單點(diǎn)舊軟管鋪設(shè)固定管線 以上兩種設(shè)計(jì)中，海水泵的吸水管線均是活動(dòng)的，啟動(dòng)

13、海水泵前要先作一些準(zhǔn)備工作，如果能解決吸水管線的腐蝕和吸水口堵塞問題，實(shí)際中仍可以設(shè)計(jì)固定的吸水管線。 單點(diǎn)輸油軟管骨架采用鋼架，軟管內(nèi)外使用不同的防腐材料，能很好地解決海水對(duì)軟管腐蝕和軟管強(qiáng)度問題，但這種軟管價(jià)格很高。為了降低投資，我們考慮使用單點(diǎn)更換下來(lái)的舊輸油軟管作海水泵的吸水管線，舊軟管直徑500，長(zhǎng)度10m，其性能仍完全滿足海邊環(huán)境使用要求。軟管吸水口安裝過(guò)濾網(wǎng)，設(shè)置浮筒將吸水管吸水口懸浮在水面，既解決海水對(duì)吸水管線的腐蝕、海沙和海上生物進(jìn)吸水管而造成吸水管堵塞問題，又可以將海水泵吸水管線和吸水口固定，便于隨時(shí)啟動(dòng)海水泵。圖4是工藝示意圖。 浮筒的浮力要大于充滿海水的吸水軟管重量、浮

14、筒自身重量以及海浪對(duì)軟管沖擊力之和，理論上，浮筒越大越好，但實(shí)際上如果浮筒太大，不但投資增加，而且增加將它從陸上弄到海上的困難，因此浮筒不宜過(guò)大，滿足使用要求即可。 利用單點(diǎn)更換下來(lái)的舊軟管鋪設(shè)固定海水吸水管線的設(shè)計(jì)同樣必須考慮系統(tǒng)吸水口的位置、海水泵的安裝水平高度和海水泵的吸程h s ，其要求同方案1一樣。海水消防泵啟動(dòng)方便、快捷是該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)，盡管設(shè)計(jì)中利用單點(diǎn)更換下來(lái)的舊軟管，節(jié)省施工材料費(fèi)用，但是工程施工難度大，要求高，將造成該方案的投資仍相當(dāng)高，而且平時(shí)檢查、檢測(cè)困難，系統(tǒng)可靠性降低。 3 結(jié)論 海水泵吸水管以上3種設(shè)計(jì)方案各具特點(diǎn)，各有不足。方案1對(duì)海水泵性能及安裝要求較高，海水泵投用準(zhǔn)備工作較大，但維護(hù)簡(jiǎn)單，管理費(fèi)用低；方案3施工難度大，系統(tǒng)對(duì)海水泵性能及安裝要求較高，管理困難、維護(hù)費(fèi)用大，但海水泵啟動(dòng)簡(jiǎn)單、快捷；方案2海水泵投用準(zhǔn)備工作量與方案1一樣要比固定吸水管線設(shè)計(jì)海水