海水消防泵站的设计思路

1、海水消防泵站的设计思路 *石化公司港口公司第三作业区是*石化公司最大的原油储存罐区，距离*市市区60km，南临大海。1992年建成投用，罐区50000m3原油罐12座，总容量达到60万m3，目前两座12.5万m3的新建原油储罐正在施工，预计建成后罐区内原油储存总容量将达到85万m3。随着罐容的不断增加，罐内消防配套设施的压力越来越大，尤其是消防水水源。 罐区内消防系统有2台756m3/h消防给水泵，是1992年配套工程。系统采用水池供水，储水能力为3800m3，通过深井取水办法对水池进行补水。此外，罐区内还建有一座海水消防泵站作为消防备用系统。但海水对系统设备腐蚀非常严重，系统无法处于正常的备

2、用状态，1997年后，海水消防泵站几乎瘫痪。为此，1999年公司对系统作了改造，增加1台5000m3水罐，修建一储水能力达14000m3的简易水池收集地表水和浅层地下水作为后备水源，简易水池设置补水泵站，并将原水池、新水罐和简易水池连接起来，闲置了海水后备水源。 2000年，由于天旱，罐区内简易水池储水全被蒸干，水池干枯期相当长，深水井也几乎干枯，简易水池的储水量无法得到保证。为解决罐区消防后备水源，问题再次回到了海水消防泵改造上。 1 海水消防系统存在的问题 海水作为消防系统的水源，其最大的优点是取之不尽。但是海水作为消防水源，却有许多问题必须解决，主要表现在以下3个方面： 1.1 消防给水

3、泵腐蚀严重 海水中富含的mgcl 2 、cacl 2 水解生成hcl，形成很强的酸性环境，对消防泵、管线以及阀门等消防系统的设备产生很强的腐蚀作用，甚至对奥氏不锈钢也会产生氯化物应力腐蚀开裂。为了了解海水对设备腐蚀的作用，我们作了专门的实验：用海水作水源试运海水消防泵后，立即用淡水作水源对消防泵和系统管线进行加压清洗2小时，但是第3天消防泵内零件仍发生严重的锈蚀现象，部分弹簧发生腐蚀断裂，管线内表面产生一层黄色的腐蚀物。 1.2 给水泵吸水管容易出现堵塞 尽管海水消防泵的吸水管靠近海湾，风浪较小，在设计上吸水管也采取了虹吸功能，但海水潮涨潮退时，海浪夹带着海沙以及海藻等海上生物进入吸水管，海沙

4、甚至将吸水管深深地埋住，吸水管被堵塞，系统无法使用。我们作过统计，每3个月就要对吸水管进行清理，否则吸水管就会被堵，而吸水管清理的工作量大，费用非常高，长期维护使用，成本难以接受。 1.3 给水泵吸水管吸水口位置难以确定 海边水位会随着时间、季节的变化而变化，这给海水泵吸水管吸水口的确定带来一定的困难。吸水管设计在距离海岸近些，潮退或冬天时由于水位降低而难于吸水，大量的泥沙随着海水冲进吸水管造成管线堵塞；吸水管设计距离海岸远些，施工、维护困难大大增加，成本费用大幅度提高，而且海水泵容易产生汽蚀现象，系统无法正常投用，失去系统的功能，影响抢险灭火工作。 2 海水消防泵站的设计思路 海水泵虽然是作

5、为后备消防给水泵，同样要求按照规定定期试运，确保系统任何时候都处于正常的备用状态。因此，海水消防系统的设计必须考虑到海水泵试运工艺流程，合理解决海水对海水消防系统设备的腐蚀和海水泵吸水管堵塞问题。以此原则，我们提出以下设计思路： 2.1海水泵出口管线设计 海水严重腐蚀系统设备是海水消防系统在使用过程中遇到的最大的问题。为最大限度地解决这个问题，在设计海水消防系统时，我们强调一个重要的原则：在非真正火灾事故期间我们要尽可能地避免海水接触系统设备。在第3作业区，淡水消防系统消防水储量高达8000m3以上，已经完全满足石油化工企业设计防火规范有关规范要求，海水系统只是作为一个备用的供水系统，以防出现

6、不测。因此，海水泵出口直接连通淡水系统，从淡水池引管线接入海水泵入口，作为海水泵平常试运的水源，必要时还可以提高系统的供水能力，起到一泵两用功能。图1为海水泵系统工艺示意图。 利用淡水试运海水泵，既可以按照消防设备正常管理的要求进行试运消防泵，更重要的是能很好地解决海水接触腐蚀系统设备的致命问题，有效地消除设备隐患，保证海水消防泵随时处于备用状态。具体操作：打开阀门a6，关闭阀门a1和a5、a7，启动海水泵后缓缓打开阀门a4就可以正常试运海水泵，这样海水泵的维护不受海水的任何影响。 2.2 海水泵吸水管设计 从以上分析可以得知，海水泵吸水管的设计要考虑到海水对管线的腐蚀、冲刷以及海沙、海上生物

7、堵塞吸水管等问题，因此我们考虑用以下的方法来避免上述事故的出现： 2.2.1 方案1：利用耐海水腐蚀的塑料软管直接吸水 理论和实际均已证明，碳钢在海水中受到海水严重腐蚀，不锈钢长期泡在海水中，同样被严重腐蚀。根据长期的观测数据，距离岸边200m处作为吸水点，无论是涨潮、退潮海水水位有极高的保证，因此，我们考虑使用耐海水腐蚀的塑料软管或橡胶软管作为海水泵的吸水管线，极好地解决了吸水管线被海水腐蚀的问题。 为防止海沙进入吸水管线，吸水管吸水口尽量靠在海水深处，为保证吸水量，可以设置若干条塑料软管或橡胶软管，在软管吸水口设置过滤网，避免泥沙和海上生物进入吸水管。图2是海水泵吸水管工艺示意图。由于塑料

8、吸水管长期暴露在海上容易发生硬化损坏，因此平时塑料吸水管放在室内保养着，定期检查、更换，确保软管随时处于备用状态。当发生火灾需要投用海水泵时，软管一端接上海水泵入口，带过滤网的另一吸水端用小船拖到海上适合的位置固定使用，这样既可保护吸水管，也可以防止泥沙和海上生物进入吸水管。由于海水只是作为后备的消防水源，罐区内淡水的储量可以供水6小时以上，有足够的时间从第1作业区调用小船到第3作业区将吸水管的吸水端拖到深海处，拖管用的小船不作为海水消防的备用设备。 这种设计方法，要重点考虑3个因素：吸水管的长度、海水泵的安装水平高度和海水泵的吸程h s 。 吸水管的长度设计涉及到海水水位和海水泵的吸程h s

9、 ，长度小，吸水口所处海水水位低，既不方便大量吸水，又容易吸进泥沙；而吸水管过长，会影响海水泵的启动时间。但实际上吸水管长度设计还是要求尽可能长，较长的吸水管还可以调节海水泵安装高度与吸水口高度差h，避免h大于hs而造成海水泵出现气蚀现象，影响海水泵的正常使用。 海水泵的水平安装高度是受海水泵的吸程h s 影响的，理论上，由于海水泵有一定的吸程h s ，海水泵水平安装高度可以高于泵吸水管的吸水口水平高度，只要海水泵安装高度与吸水口高度之差h小于泵吸程h s ，海水泵就可以正常工作，但实际上，吸水管长度增加，软管内海水遇到的阻力也会增加，海水泵要正常工作，必须满足： 式中：h s 海水泵吸程；

10、h海水泵安装高度与吸水口高度之差； h f 海水在软管内由于阻力引起的压头损失。 因此，如果海水泵安装位置尽量低，泵启动将更加平稳、方便。另外，海水泵安装位置的设计不但要考虑泵吸程h s 、吸水口高度，还要考虑防洪、防灾等要求。 海水泵的吸程h s 影响海水泵的安装高度，理论上，海水泵吸程h s 越大越好，但泵吸程h s 越大，价格也越高，实际中，我们还是要求尽量选用吸程h s 较大的水泵。 2.2.2 方案2：建立缓冲水池供水 使用塑料软管作为海水泵吸水管直接吸水，系统对海水泵的吸程h s 和海水泵安装位置有较高的要求，而建立缓冲水池供水的设计将可以很好地解决海水泵安装水平位置要低的不利要求

11、，具体工艺示意图如图3。 方案中辅助设备是缓冲水池和潜水泵，整个工艺设计原理很简单，潜水泵将海水送到缓冲水池后，再由海水泵向消防系统供水，潜水泵的出水管同样是采用耐海水腐蚀的塑料软管。在该设计方案中，海水泵的流量、潜水泵的流量和缓冲水池的容量3者是互相制约的，海水泵的流量受设计规范限制是确定的，在辅助设备中，缓冲水池的投资费用较高，缓冲水池的大小还受到现场位置的影响，因此首先要确定缓冲水池的容量，然后才能确定潜水泵的流量。为保证海水补水系统持续供水不少于10h，海水泵、潜水泵的流量和缓冲水池容量3者必须满足以下关系： 式中：v缓冲水池的容量，根据现场位置和投资确定； q1海水泵流量，根据石油化

12、工企业防火设计规范确定； q2潜水泵总流量，根据v、q1实际数值确定。 尽管缓冲水池v是根据现场位置和投资要求确定，但实际设计中不宜设计得过小，否则缓冲功能很差，实际操作不易控制。q2是潜水泵的总流量，设计中要根据吸水点的距离、需要的压头等数据选好潜水泵的型号后再确定其数量。 同方案1一样，潜水泵出水塑料软管是放在室内保养，要求定期检查，发现问题及时处理，确保软管处于正常的备用状态。潜水泵平时使用淡水进行单泵试运，当需要投用海水作为消防水源时，用小船将潜水泵拉到深海适当处即可以向陆上缓冲水池补水。 2.2.3 方案3：利用单点旧软管铺设固定管线 以上两种设计中，海水泵的吸水管线均是活动的，启动

13、海水泵前要先作一些准备工作，如果能解决吸水管线的腐蚀和吸水口堵塞问题，实际中仍可以设计固定的吸水管线。 单点输油软管骨架采用钢架，软管内外使用不同的防腐材料，能很好地解决海水对软管腐蚀和软管强度问题，但这种软管价格很高。为了降低投资，我们考虑使用单点更换下来的旧输油软管作海水泵的吸水管线，旧软管直径500，长度10m，其性能仍完全满足海边环境使用要求。软管吸水口安装过滤网，设置浮筒将吸水管吸水口悬浮在水面，既解决海水对吸水管线的腐蚀、海沙和海上生物进吸水管而造成吸水管堵塞问题，又可以将海水泵吸水管线和吸水口固定，便于随时启动海水泵。图4是工艺示意图。 浮筒的浮力要大于充满海水的吸水软管重量、浮

14、筒自身重量以及海浪对软管冲击力之和，理论上，浮筒越大越好，但实际上如果浮筒太大，不但投资增加，而且增加将它从陆上弄到海上的困难，因此浮筒不宜过大，满足使用要求即可。 利用单点更换下来的旧软管铺设固定海水吸水管线的设计同样必须考虑系统吸水口的位置、海水泵的安装水平高度和海水泵的吸程h s ，其要求同方案1一样。海水消防泵启动方便、快捷是该设计方案的优点，尽管设计中利用单点更换下来的旧软管，节省施工材料费用，但是工程施工难度大，要求高，将造成该方案的投资仍相当高，而且平时检查、检测困难，系统可靠性降低。 3 结论 海水泵吸水管以上3种设计方案各具特点，各有不足。方案1对海水泵性能及安装要求较高，海水泵投用准备工作较大，但维护简单，管理费用低；方案3施工难度大，系统对海水泵性能及安装要求较高，管理困难、维护费用大，但海水泵启动简单、快捷；方案2海水泵投用准备工作量与方案1一样要比固定吸水管线设计海水