目次
前言
1 概述
2 保护要求分析
3 描述
4 应用
5 使用流量
6 系统设计
7 测试和维护
前言
本标准旨在为石油工业防火用水喷淋系统的设计提供指南。
本标准等同采用API Publ 2030：1987《石油工业防火用水喷淋系统应用指南》。
为便于使用，对API Publ 2030：1987做了编辑性修改，删去了原标准的特别声明、引言。
本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口。
本标准起草单位：胜利石油管理局安全环保处。
标准主要起草人：周长江、张富均、李志勇、高圣新、牛保顺、张勇。
1 概述
1.1 范围
本标准旨在为石油工业防火用水喷淋系统的设计提供指南。使用本标准有助于确定安装水喷淋系统的位置和使用流量。
除了水喷淋系统外，还可以通过阻火物、消防水龙带或消防喷水枪喷水，以减少对工艺设备结构的损坏。然而，这些方法已超出了本标准的范围。
1.2中列出的参考出版物讨论了通用的系统类型，给出了系统组件的详细技术要求，并写明如何对它们进行安装。在本标准中没有重复这些资料。另外，本标准没有包括水喷淋系统的特殊用法，例如在点燃前或消防泡沫使用前驱散烃类蒸气。
1.2 参考出版物
下列出版物的最新版本提供了本标准的补充资料。
NFPA 13 喷水消防系统的安装
NFPA 13A 喷水消防系统的保管和维护
NFPA 15 固定水喷淋系统
NFPA 214 水冷却塔
1.3 定义
下列术语和定义适用于本标准。
1.3.1 自动水喷淋系统automatic spray systems
当探测器探测到火焰时触发的水喷淋系统，不需要由人来操作。
1.3.2 燃烧控制control of burning
用水对设备或区域喷淋以降低燃烧强度或热扩散，直到切断燃料源或扑灭火。
1.3.3 包络区域the envelope
是围绕消防区的三维空间。
1.3.4 受热辐射设备exposed equipment
受火灾破坏影响的设备，火源通常来自受保护的设备以外。
1.3.5 热辐射保护exposure protection
是用水对表面进行喷洒，以降低来自邻近区域火灾所造成的损坏并预防故障。
1.3.6 扑灭extinguishment
发生在不再存在燃烧时。
1.3.7 手动喷淋系统manual spray systems
是必须由人进行触发的喷淋系统。
1.3.8 水喷淋water spray
在设定的使用流量下，从专门设计的喷嘴中，以某种形式、水滴尺寸、流速、密度喷射水。
2 保护要求分析
2.1 概述
当考虑安装固定水喷淋保护时，应评价这个设施的各种特点及组件(见2.2至2.10)。将这些项目作为基础来确定是否需要安装水喷淋。
2.2 防火
在考虑石油设施内各种地点水喷淋保护需求时，也宜对其他形式防火范围及效果进行评价。需调查和研究各种形式，以确定哪一种类型最适合特定危险或区域的防火。评价的因素包括但不限于下列事项：
a) 防火；
b) 邻近设备的距离及关断仪表系统；
c) 工厂和其他消防队的反应时间及能力；
d) 从消防水炮和消防水龙带喷出消防水的覆盖范围；
e) 便携式消防设备的配备情况。
2.3 接近设备
如果结构物妨碍了消防水炮或消防水龙带喷水对设备的充分覆盖，则这种妨碍可能就是一个问题。交错的设备、构筑物的构件或管道系统可能阻隔了得要的通道。在火情紧急时，手持式消防水龙带喷水并不是总能到达最佳灭火点。
2.4 火灾蔓延
经验证明，泵、压缩机和加热炉比其他工艺设备具有更大发生火灾事故的机率。涉及这些设备的火灾可能波及其他装置或对其他装置造成热辐射损坏。
2.5 装置价值
当今技术已经使建造需要更少人力操作、使用更多复杂仪表及控制，并使有更长更替时间的大型、自动工艺装置成为可能。这种趋势增加了设备的成本。由火灾可能影响的设备及所造成的损坏代价来看，可以证明装设水喷淋系统所付出的额外费用是合算的。
2.6 关键设备
当必须连续运转的设备发生火灾或爆炸时，由于修理或替换所耽误时间造成的损失可能要超过由于机械的损坏所造成的损失。这些设备通常很大，并且价值高或更换时间长。在操作中，也经常担心关键设备受到损坏或不能操作。
2.7 排泄
当确定水喷淋保护范围时，需评价加工区内液态烃溢出物的排泄。一个正确设计的区域排泄系统应能引导溢出的远离设备和设施。排泄系统的排量需与消防水的排量及预计液态烃溢出量相匹配。
2.8 工艺隔离
在考虑消防水的供应量时，需要把应急停工和工艺设备隔离措施的因素考虑进去，应急停工和工艺设备隔离减少了可燃物的数量。应急停工措施及工艺设备隔离在很大程度上决定了供水所需时间。需根据潜在的火灾热辐射及预计的火灾持续时间，来进行工艺区内水喷淋系统的设计和安装。
2.9 烃的类型
在确定水喷淋系统是否合适时，在加工区内处理的各种烃的物理和化学性质是重要的考虑事项。一经易燃液体、二级可燃液体和在闪点以上的三级可燃液体应被认为是潜在的燃料源。
水喷淋热辐射保护可以减少装有大量液态烃的工艺装置因火灾所造成的损坏。对于暴露于气体火焰热辐射的设备来说，对热辐射进行水喷淋防护也是合适的。在蒸气装置内，设备的水喷淋保护需考虑将系统降到常压所需时间及可能被排放液体的最大数量。
2.10 特殊产品或化学品
在处理特殊产品或化学品的设施内，需评价水与这些物质的物理和化学相容性。可以用水来扑灭一些水溶性易燃或可燃液体的火灾。
3 描述
3.1 概述
水喷淋系统是一个与可靠的消防水源相连的固定管路系统。通过这样一种带有水喷淋头的水力设计系统，在受保护的表面或区域上实现特定的水流喷射和分布。这个管路系统通过自动或手动控制阀，与水源相连来引入水流。通常由一个装在与水喷淋喷嘴同一区域内的自动探测系统来开启自动控制阀。
固定的水喷淋系统设计能对火灾造成的危险进行控制、扑灭或热辐射保护。固定水喷淋系统与其他形式的保护无关，可成为其他保护形式的补充。
3.2 喷嘴
正确选择喷淋喷嘴需考虑下列因素：如受保护设备的特性、系统作用、喷嘴的喷射特性、大风的可能性及自然的和(或)热气流条件。
因为喷嘴的尺寸、喷射形式和各种喷嘴产生的水粒尺寸的差异，一种形式的喷嘴通常不能在不严重地改变系统有效性的情况下取代另一种喷嘴。喷淋的有效范围是由水滴的流速及大小来决定的。
3.3 管道系统及管件
在水喷淋系统内所用的管道系统及管件应能承受不小于1207kPa(175psi)的工作压力。材料应为NFPA 15中规定的。
通常所有的管子及管件宜为镀锌的，镀锌管的腐蚀可能成问题的情况除外。镀锌管暴露的螺纹需加以保护，以防腐蚀。在自动系统中，可以使用橡胶垫圈管件来连接直径为10cm(4in)或更大的管道系统。在爆炸可能对管道系统造成严重损坏的地方，对所有直径超过5cm(2in)的管子宜考虑进行焊接。
3.4 阀门
可用手动或自动的方法来开启水喷淋系统。控制阀可以用机械、液压、气动、电动或其他方法来开启。手动阀宜为指示型的。
手动或自动控制(排泄)阀可以让水进入分配管道系统通常情况下没有水的部分。在可行的地方，控制阀宜距受保护的设备至少12m~15m(40ft~50ft)远。
手动操作有两种形式。一种形式是可以通过一个或几个遥控操作台来操作排泄阀。另一种形式是必须手动操作主切断阀，这样允许水在没有装设排泄阀时进入系统。
可以通过几种方法来完成自动操作，最普通的方法是使用固定温度探测头和火焰探测器。自动操作系统可以减少损坏并对快速动作做出警示。无论如何，在自动系统中也应有手动跳闸操作台。
每一个水喷淋系统可以装设一个装置来显示系统开启的时间。当系统距配备人员的地点比较远的时候，在配备人员的地点宜能监视到它的警示。
3.5 滤网
对使用喷嘴的水路直径小于1cm(3/8in)或水中可能有阻塞物质的系统中应装设滤网。滤网通常位于紧靠控制阀或控制阀组的上游。
滤网应能滤去所有可能阻塞喷嘴的固体颗粒。通常孔眼细度为3mm(1/8in)。滤网也应能在不严重地降低水压的情况下连续运行。在考虑预计的使用时间时，应全面考虑受保护类型、水的条件及其他当地情况。
滤网设计宜装有一个回流连接，可以在不关断系统情况下使用。在应急时，这个回流连接应容易接近。在一些情况下，可能需要安装一个旁路，以便于清洗滤网。
3.6 计量表
通常装设压力表来显示测试或操作时系统的状况。
4 应用
4.1 概述
当材料处在高温的热辐射下，用水喷淋系统把水喷到设备上可能是维护材料结构完整性的一个有效方法。这可通过把喷淋头放在距受保护设备适当距离的位置，并进行适当的喷淋来达到目的。
水喷淋系统有三个主要目标，即热辐射保护、燃烧控制及灭火。水喷淋系统可以单独或与其他方式组合来有效地实现上述目标。
4.2 热辐射保护
水喷淋系统最通用的是提供热辐射保护。在设计保护系统时，要考虑的一个因素是在火灾中设备可能达到的允许温度。3.8L(1gsl)水在汽化成蒸汽时可吸收大约9500kJ(9000BTU)的热量。作为例子，如果一次事故，假设含有211000kJ/(m2·h)[20000BTU/(ft2·h)]的辐射热量，理论上大约需要1.6L/(m2·min)的水才能保持设备表面的温度在水的沸点100℃处。通过热辐射保护吸收大量的热量可以大大降低损坏程度。然而灭火不是水喷淋的目的。
4.3 燃烧控制
水喷淋系统亦可通过吸收热量、降低燃料汽化速度、乳化或稀释来控制燃烧强度和火灾蔓延。
4.4 灭火
用水喷淋是否能扑灭火则由火灾所涉及燃料的物理特性来决定。可通过表面冷却、产生蒸汽的窒息、乳化或稀释来灭火。然后需仔细评价某些火灾的灭火，对某些火灾，扑灭比让它们去燃烧可能造成更大的危险。
5 使用流量
5.1 概述
当选择水喷淋系统作为防护的方法时，可以考虑5.2和5.3中建议的使用流量。在不使用本章建议的使用流量时，设计者可以通过经验或测试来确定特定的使用流量。
5.2 一般覆盖区域
在5.2.1至5.2.3中所列的使用流量只适用于一般覆盖。对照5.3和表1找出特定项目所推荐的使用流量。
表1 水喷淋使用流量
5.2.1 热辐射保护
水喷淋可以显著地减少对容器、容器裙座、其他设备和钢结构上的热输入量。水直接喷洒到受保护的设备或结构表面是至关重要的。
虽然8.1L/(m2·min)的使用流量可以减少热输入量，但是由于风或气流、表面反弹和过量喷淋等原因，常常存在一些损失。为弥补这个损失，通常推荐使用10.2L/(m2·min)的喷淋流量。
5.2.2 燃烧控制
水喷淋到正在燃烧的燃料表面是控制火焰强度的最有效方法。这将冷却表面，减少蒸发，并有助于降低对燃料表面的热辐射反馈。根据燃烧情况，推荐以10.2L/(m2·min)~20.4L/(m2·min)的流量喷淋到液体表面。
5.2.3 灭火
一个设计良好的水喷淋系统曾经扑灭了闪点在60℃及以上的烃燃料火灾。经验表明8.1L/(m2·min)~20.4L/(m2·min)的喷淋流量是有效的。可以通过测试来确定扑灭某种特定材料所需要的喷淋流量。在石油工业中，灭火很少是水喷淋系统的主要目的。
5.3 推荐使用的特定流量
5.3.1 泵
运送烃的泵，当其位于一旦泵发生火灾就可能造成对设备，如翅片管空冷器、电缆盘、管路和受压设备损坏之处时，则可在其表面区域以8.1L/(m2·min)~20.4L/(m2·min)的喷淋流量对泵组进行保护。可以用水喷淋对大的泵或系列泵进和热辐射保护。
泵和电机保护用的水喷淋，可设计成覆盖泵的外壳及距泵外围至少0.6m的水平区域。吸入口及排出口的岔口法兰、止回阀、计量仪表连接部分、截断阀、平衡管、泵的密封也可以包括在喷淋区域内。
5.3.2 管道支架、管道系统和导管敷设
在受热辐射的主要管路内的管道系统及导管可根据NFPA 15进行保护。另外，垂直的(裸钢)管道支架可以在被淋湿区域上方，以10.2L/(m2·min)的水喷淋流量进行保护。当控制阀的操作台接近其他水喷淋设备时，可以考虑对其进行热辐射保护。聚集的垂直导管敷设可以以至少12.2L/(m2·min)的喷淋流量对垂直的投影平面区域，从前面和后面均匀地喷淋。
5.3.3 电气和仪表电缆盘
如果操作完整性对一个有序关断是关键的，可以对电气和仪表电缆盘喷淋进行热辐射保护。在敞口盘或敷设架内的电缆和气动管线，可对其水平或垂直的投影平面区域以至少12.2L/(m2·min)的水喷淋流量进行保护。水喷淋喷嘴宜均匀地直接喷水到所有的盘或架上的位置(从下面和上面或从前面或后面)。
可以用符合NFPA 15要求的火焰屏障对仪表和电缆盘及控制导管敷设架进行热辐射保护。在使用火焰屏障的地方，火焰屏障宜从一个支架延伸到另一个支架。任何屏障的最小长度宜为一般管道支架间的距离。在使用火焰屏障的地方，电缆或盘上部区域喷淋流量可以缩减到6L/(m2·min)。
5.3.4 变压器和开关装置
受热辐射的关键变压器及开关装置可根据NFPA 15以10.2L/(m2·min)的流量，对整个外表面进行热辐射保护。
5.3.5 翅片管空冷器
受热辐射的强制通风翅片管空冷器，可以以10.2L/(m2·min)的流量对冷却管的水平投影面积进行喷淋保护。喷淋嘴宜装在强制通风间的风扇和冷却管之间，并且向上正对管子。对所有未受保护的垂直钢翅片管空冷器支架可以用水喷淋。
引风翅片管空冷器可以用强制通风翅片管空冷器同样的方式进行保护，除了喷嘴宜装在管子的空气入口侧外。
5.3.6 空器、热交换器和塔
受热辐射的关键容器、热交换器及塔可以以10.2L/(m2·min)的流量对表面进行喷淋保护。非防火容器的裙座可以以最小4.1L/(m2·min)的流量对受热辐射的一侧(非保温侧)，里面或外面进行喷淋。水喷淋可以直接冲击基准面、建筑物地板、带边缘屋顶或带边缘平台以上最少12m的整个容器的表面上。如果支撑结构不是防火的，可能也需要喷淋。
5.3.7 压缩机
用于烃加工的大型压缩机可以以最少10.2L/(m2·min)的流量，直接对机壳表面区域进行喷淋。呀淋可以覆盖压缩机外壳、相连的管道系统和阀门、变速箱、动力汽轮机、润滑油控制台和其他辅助设备。
在某些情况下，在包络范围内水喷淋难以到达的地方，可以考虑进行区域保护，用一个最低12.2L/(m2·min)的流量喷淋地板区域，在地板下面的公用设施区域或在沟道的投影面积可以用8.1L/(m2·min)的喷淋流量来加强。
5.3.8 汽轮机
用于烃加工的汽轮机可以以10.2L/(m2·min)的流量，对其包络区域进行水喷淋。
在某些情况下，在包络范围内水喷淋难以到达的地方，可以考虑进行区域保护，用一个最低12.2L/(m2·min)的流量喷淋地板区域，在地板下面的公用设施区域或在沟道的投影面积可以用8.1L/(m2·min)的喷洒流量来加强。
5.3.9 电动机
用于烃加工的受热辐射驱动关键设备的电动机，可以以10.2L/(m2·min)的流量对其包络区域进行水喷淋防护。
在某些情况下，在包络范围内水喷淋难以到达的地方，可以考虑进行区域保护，用一个最低12.2L/(m2·min)的流量喷淋地板区域，在地板下面的公用设施区域或在沟道的投影面积可以用8.1L/(m2·min)的喷淋流量来加强。
5.3.10 加热炉
可以对受热辐射的加热炉、烧液态燃料的加热炉和在炉管内有液相的加热炉进行水喷淋。可以以10.2L/(m2·min)的流量对壳体的外侧和底部表面区域进行水喷淋。可以喷淋支座直到烟囱底。通常，可能也需要对加热炉周围7.6m内的管道系统和附属设备进行水喷淋。当非防火的加热炉烟囱是从基准面支撑时，可以在基准面以上最小12.2m对支撑结构进行水喷淋。通常不喷淋烟囱和烟道。
5.3.11 多层工艺结构
当装有液体的设备，包括缓冲罐、接受器、冷凝器、热交换器、反应器、工艺塔，安装在多层工艺结构内时，可以以12.2L/(m2·min)的流量进行水喷淋保护。在多层工艺结构中，有时用消防水炮和消防水龙带对所有的设备组件喷淋足够的消防水量是困难的。通常，与其对设备逐个保护，倒不如在结构内对整个区域进行覆盖保护。当在这些结构内使用敞开的格栅时，在中间层的喷淋量可以减少到6.1L/(m2·min)。
5.3.12 冷却塔
可以根据NFPA 214对关键的易燃冷却塔进行保护。
5.3.13 液化石油气装载站台
如果装载站台的火灾可能对其他设施造成热辐射的话，可以考虑使用水喷淋系统。当进行水喷淋时，可以使用10.2L/(m2·min)的流量来保护装载站台及铁路槽车或汽车罐车。
5.3.14 海运设施
当火灾可能形成显著的热辐射时，可以考虑对海运设施使用水喷淋系统。由于此种危险的特性，每个设施宜考虑予以特殊的设计。
5.3.15 带压储罐
带压储罐，包括球形、椭圆形和卧式储罐，如果罐的蒸气空间可能受到火灾的热辐射，可以进行水喷淋保护。这些容器在位置和间距上相对其他容器应予以优先考虑，以避免受到火灾的热辐射。通常可以对容器的表面进行流量为4.1L/(m2·min)~10.2L/(m2·min)的喷淋保护。
6 系统设计
6.1 概述
由于水喷淋系统的复杂性，只有经过培训、有技能的人才能参加水喷淋系统的设计和使用。
6.2 水的供应
在设计压力和持续时间下，水的流速和压力应保持水的排放能满足所有系统、消防水龙带和消防水炮同时操作的设计要求。在确定总设计压力时，保持消防水龙带、消防水炮有效的喷放压力或能是一个关键因素。
宜根据可靠性及经济性两方面对所有可用的供应水源进行评价和确定。
6.3 水的需求
许多因素决定了水喷淋系统相应的大小，包括危险的特性或涉及的可燃物；受保护设备的数量、类型及间距；其他保护方式的充分性；可能卷入一场火灾的区域面积的大小。可以通过防火墙或充分的间距划分区域，及通过特殊的排泄措施限制易燃液体的传播或通过使用这些方法的组合，以减小需要保护的系统范围。由每个火灾区的防火系统进行自我保护是更好的。然而，通常一个大型的加工区域的水的总需求远远大于一套最大可能的水喷淋系统所能提供的水量。
宜限制一个单独的水喷淋系统的大小，因此，在喷嘴的有效的最低压力下计算的设计排量，一般不超过11350L/min。对于在设计上是单独系统或同时操作的多个系统，其按水压设计的排放量不宜超过水源的供应能力。系统的起始设计容量通常不宜超过8361L/min。对所有系统宜提供至少756L/min，最大不超过11350L/min的备用附加量。
对现有系统进行改造和扩建，几乎总是会造成用水量的增加。所以设计者宜考虑给较大的泵容量、较大的消防水干线、较大的排泄设施流出余量。
6.4 喷嘴
围绕工艺设备的这种喷嘴结构形式是水喷淋系统的一个关键指标。喷嘴结构需对设备的所有部分提供均衡的水膜，以便水能吸收来自火灾的热量并冷却设备。由于喷嘴的覆盖不完全所造成的干燥区域或碳化表面，会产生能够造成容器或管道系统的破裂或结构的坍塌的热点。喷嘴锐孔的尺寸至少是直径1cm，设计上应减少阻塞。
6.5 水压计算
应析NFPA 15进行水压计算。对使用盐水的钢管系统，推荐使用的流量系数c为100；这将对腐蚀提供一个额外的余量。系统的设计须保证最远的喷嘴也能提供最小的残余压力。这个最小的残余压力应根据喷嘴的设计压力来确定。
6.6 管道系统
自动排泄阀下游的管道通常是干的。在有流体流过后，通常宜采取措施排空管道。在喷淋系统的设计和安装时必须注意限制需要排空的管道低点及滞留段的数量。水喷淋系统的设计和安装不应妨碍工艺设备的操作和维护。
7 测试和维护
7.1 冲洗
在安装喷嘴进行流量测试前，应彻底冲洗所有水喷淋系统内的终端，以冲掉任何碎片。冲洗接头应装设在交叉总管的管端，充水总管直径为6.35cm或更大。可用淡水对使用盐水的系统进行冲洗。
7.2 水压测试
管道系统应在1379kPa的压力下进行2h的水压测试，或者当最大压力超过1035kPa时，在大于最大压力345kPa的压力下进行水压测试。为了测试，所有的喷嘴应安装塞子以形成一个封闭的系统。所有泄漏应进行修理。成功地完成水压测试后，应拆掉所有测试用塞子并安装上喷嘴。
对引导头探测系统用管道系统也应进行水压测试，可以通过上述方法，也可通过对所有管道系统，包括仪表和启动装置进行静态气压测试。作为一个成功的气压测试，应在设计压力±28kPa的范围内维持24h。在严寒的气候条件下，干式引导系统需特别注意，在水压测试完后必须保证系统完全排空。
7.3 系统水流测试
每个固定式水喷淋系统安装或作任何更改之后，应进行满流测试。并且以后每年至少进行一次。在测试过程中，应注意观察喷嘴的位置和喷淋的形状。应纠正堵塞和对准的问题，以达到预定的覆盖要求。为保证所有水喷淋系统处在正常的工作位置，应重调水喷淋系统，并检查所有系统。
7.4 维护
虽然水喷淋系统加强了安全和装置保护，但它们的有效性与维修的质量密切相关。应由一个经过培训并且合格的人员建立和管理一个周期性的检查、测试和维护计划。NFPA 13A和NFPA 15对此提供了指南。
（仅供学习参考）
