大型储油设施给排水系统的设计.pdf

肖彦君大型储油设施给排水系统的设计肖彦君（中石化上海工程有限公司，上海 200120）摘要：大型石油储备库是保障能源安全的重要设施，规模巨大，相应的给排水系统铺设面广，管道总里程长。结合了某项目的设计经验，针对大区域多台地且高差较大的布置，就设计工作中可能遇到的问题开展探讨，并提出方案对策。关键词：石油储备库；给排水；大区域多台地中图分类号：TE 88文献标志码：A文章编号：2095-817X（2023）04-0019-004石油储备库是企业用于长期储存原油的大型储油设施，和一般石油库相比，具有规模巨大，储存稳定等特点。给排水系统主要有生产（生活）水、消防给水、泡沫混合液、含油污水、生活污水、清洁雨水系统等。由于石油储备库中给排水系统管道及渠道的总里程长，所以在储备库的设计中，合理地设置给水排水系统尤为重要。系统的设置应首先确保运行稳定安全，在此前提下寻求最佳的技术经济比，降低工程造价。1 实例简介某大型石油储备库项目，地属丘陵区，库区内各个储罐区均坐落在不同标高的台地上。区域内不同台地的地坪标高范围为+0.00 +19.00（相对值）。项目中新建一座消防水泵站，消防冷却水泵和泡沫消防给水泵分开配置。消防水泵房位于厂前区，地坪标高+11.50 m，储罐区占地约 98 公顷，同一时间火灾数按 1 处考虑。2 多台地环境下的消防供水系统设计本项目地处丘陵地区，地形起伏大，高台地与低台地的高差最大值为 19 m。为了确保消防供水系统的安全稳定运行，系统的设计需要考虑竖向标高的影响，既要确保高台地的供水水压满足实际使用需求，又要确保低台地管道不超压。如果系统无法确保满足上述条件，则需要分区布置消防供水系统。收稿日期：2023-05-31作者简介：肖彦君（1989），女，工程师，主要从事给排水设计工作。2.1 系统介绍本工程消防给水为独立的稳高压消防给水系统，环形消防给水管道管径为 DN 400。通常而言，该系统正常工作压力需要在 0.7 1.2 MPa 之间。为了提供安全可靠的消防用水，存在较大高差的厂区应根据水力计算确定是否需要分区设置独立的消防供水系统。本库区的消防水压力最不利点为地势最高的罐区的储罐喷淋系统，其净压力为 P1，其地坪标高 H1为+19.00 m；将地势最低处的某储罐喷淋系统的供水压力为 P3，地坪标高 H3 为+0.00 m；经过初步分析后，将消防泵站设置在厂前区，其标高位于最高台地与最低台地之间，地坪标高为+11.50 m，泵站处压力为 P2。各台地的大致情况可见图 1。图 1 台地简图Fig.1 The multiple elevation diagram消防系统地下管网P1H1P2P3H3H2消防泵房2.2 超压风险分析首先需要核算系统是否有超压风险。消防泵出口额定工况下工作压力为 1.20 MPa，而最大工作压力为持压泄压阀起跳的压力，整定值为 1.30 MPa。根据计算公式：P1+H1=P2+H2=P3+H3，得到消防水系统各标高处的最大净压数据（表 1）。可见在系统以最高压力工作时，压力最大的点为最低台地19化 工 与 医 药 工 程第44卷第4期2023年8月出版Chemical and Pharmaceutical Engineering 2023，44(4)化工工艺与工程处，其压力为 1.415 MPa，在管道系统设计压力的许用范围内，故整个管网系统在泄压阀起跳时不会产生超 压。管网及全厂性系统管廊的敷设 2。在平原区域，雨水明沟的主要走向在一般情况下都会考虑直接坡向雨水监控池所在位置（见图 2-方案 1）。但在大部分丘陵地带，雨水明沟的走向应首先充分考虑地势的影响，以本项目为例，当以东北角 A1 点为最不利点直接由东北向西南布置雨水明沟，坡向雨水监控池时，由于 A1 地势较低，将导致明沟敷设至罐组一及罐组四处的沟深超过 2 m，这大大增加了施工难度及工程造价。为此，我们根据地势情况优化了雨水系统的排水方向，见图 2-方案 2。北侧罐区同一列的三个罐组排水从北至南依次合并（由于与罐组五的高差，罐组四改为向东南排水，与罐组七排水合并），于东西向主道路上汇合，自东向西坡向雨水监控池。该方案优点是排水方向基本借用地势，排水更顺畅，明沟总工程量较小。3.2 确定设计流量罐组内雨水适当壅水即罐组内的雨水留存时间延长可以大幅度降低雨水管网或明沟的设计流量，降低造价 3。本项目在设计雨水系统时，应充分考虑防火堤的雨水调蓄功能。如图 3 所示，L1 为防火堤外的排水曲线，L2 为防火堤内的排水曲线。由于防火堤内的排水速率可以人为控制，故确定雨水设计流量时通常仅考虑防火堤以外的汇水面积。在设计雨水流量计算时，我们充分考虑了上述因素，仅将防火堤外的面积视为设计汇水面积，在该面积的基础上计算得到设计排水量为 6 089.63 L/s，对应的雨水明沟有效截断面积为 3.62 m2。如不考虑上述因素，库区的雨水设计排水量将增大至11 705.27 L/s，明沟断面将大大增加至 5.06 m2，极大地增加了工程造价。综上，在设计雨水排水系统时，防火堤可适当储存 10 20 cm 高度的雨水，故应充分考虑防火堤的雨水暂存能力。可以降低造价，使库区的雨水系统更加经济合理。3.3 丘陵地带明沟设计要点本库区中各罐区地势相差较大，不同地势的区域以挡土墙分隔，尤其是五号、六号罐区处于库区中间位置，高出四周的罐区近 10 m，与周围罐区的挡土墙衔接处均有坡度 7%的缓坡。雨水从高台地输送到低台地时应充分利用地势，顺着道路的坡度走，且尽量避免穿越挡土墙。在设计表 1 消防水系统最大净压数据Tab.1 The maximum net pressure datas for fire water system特征点地坪标高/m最高压力/MPaP211.501.30P119.001.225P30.001.4152.3 最不利点用水压力分析当确认系统无超压风险后，需要核实最不利点的压力是否足够系统使用。PIPENET 软件是目前国际工程领域使用最为广泛的管网流体分析软件，具有强大的工程管网系统的数值计算、模拟仿真和系统优化等功能 1。本项目中，运用 PIPENET 对稳高压系统环状管网进行了水力计算分析，消防泵房距离 P1 最不利点的距离为886 m，从消防泵房供水至最不利点的沿程损失约为0.08 MPa。考虑高差的因素，即在消防泵出口扬程为1.20 MPa 的额定工况下，整个管网的最不利点 P1 的工作压力为 1.045 MPa。石油储备库消防水系统的最大压力需求为固定式消防冷却喷淋系统，其接入点压力通常要求在 0.70 MPa 左右，可见，最不利点的压力完全可满足使用需求。综上，认为设置一套消防水系统在本项目中是可行的，系统可以安全运行。3 雨水系统的设计该库区处于丘陵地带，总体地势由北向南、由东到西依次递减，但罐组五、六所处的区域为一片山顶，其标高较高，与附近罐区高差近 10 m，雨水监控池位于西南侧。库区各罐组防火堤内雨水经防火堤内明沟收集后缓排至库区内道路雨水明沟。雨水明沟收集道路、罐组等各单体的清洁雨水，并排入雨水监控池。在上述环境中，合理地确定明沟走向、并适当利用防火堤的雨水调蓄功能，可以在确保库区排水安全的前提下，大大提升工程的经济性。3.1 确定明沟走向雨水明沟的规划走向及主沟支沟的设置不仅关系到全厂清净雨水排放是否顺畅，亦关系到全厂地下20化 工 与 医 药 工 程第44卷第4期2023年8月出版Chemical and Pharmaceutical Engineering 2023，44(4)图 2 雨水明沟走向方案Fig.2 Rainwater open ditch direction scheme方案 1方案 2图 3 排水曲线示意图Fig.3 The drainage curve schematic diagram图 4 雨水明沟设置水封示意图Fig.4 The rainwater open ditch seal diagramL1防火堤外的排水曲线L2防火堤内的排水曲线Q设计时应注意提前与总图专业配合，预留好缓坡道路两侧的明沟位置，避免后期直接从挡土墙穿越形成跌水。高台地的两罐区的排水顺着道路的地势走向布置，自北向南依次合并，最终顺着主路上的挡土墙缓坡流向低台地区域。3.4 库区明沟防火措施本库区设定了三级防控措施，一旦储罐破裂，防火堤作为第一级防线，储罐内的油品储存在防火堤内。第二级防线是道路边的路堤，即道路中心最高坡向两侧，将溢出防火堤的液体暂存在道路一侧，最终通过明沟送往事故水池。第三级防线是库区实体围墙，作为拦截漏油的最后一道措施。雨水暗管或雨水沟支线进入雨水主管或主沟处，应设水封隔断设施，可以阻断火焰传播路径，避免火情迅速蔓延。本装置内对各罐区之间、分支进入主支等位置的明沟设置了水封隔断措施（见图 4），明沟局部落低做存水弯，利用水封隔断不同区域的明沟。同时在设置水封的位置局部采用混凝土盖板，前后总长度为 3 m，防止火灾通过风势从地面扩散。通过对雨水明沟设置水封可以有效隔断流淌火通过地下连通的暗渠进入相邻区域，有效避免火情迅速蔓延。4 泡沫消防系统的模块化设计为确保固定式系统的设计满足自泡沫消防水泵启动后至泡沫混合液或泡沫输送到保护对象的时间不大于 5 min 的要求 4，本项目在库区内须设置若干座泡沫站。本项目中罐区布置情况类似，北区为九宫格布置，共设置 9 个罐组。南区为田字形布置了 4 个罐组。每个罐组由四个储罐组成，围堰平面形状近似边长3 0001 500750 7501 500水流方向LPP ELINV ELHH250混凝土盖板人行格栅盖板21肖彦君.大型储油设施给排水系统的设计250 m 的正方形。本项目占地面积大，储罐数量多，台地多。设计时贯彻了模块化设计的思路，根据不同的地形高度和平面位置，将 13 个罐组划分为 7 个保护区域，每个保护区域设置一个泡沫站。经过分析，确定最终方案为在南北相邻的两个罐组之间设置一座泡沫站。泡沫站到最远的储罐的泡沫混合液阀组之间的地管长度约为 500 米，泡沫站至罐组的泡沫混合液管径为 DN 250，地上及罐上有 DN100 的管道若干。系统中该管道充满泡沫混合液时的容积为 31.30。泡沫混合液流量为 153 L/s，则这根管道充满泡沫混合液所需的时间为 3.4 分钟，可满足不超过 5 分钟的要求。模块化的设计节省了设计周期，也为施工及日后的运营管理带来了便利。Design of Water Supply and Drainage System for Mega Petroleum Storage DepotXiao Yanjun（Sinopec Shanghai Engineering Co.,Ltd.,Shanghai 200120,China）Abstract:The petroleum storage depot is an important facility to ensure energy security.It has a huge scale,a wide laying area of the corresponding water supply and drainage system,and a long pipeline mileage.Based on the design experience of a certain project,the problems that may be encountered in the design work were discussed in view of the layout of a large area and multiple platforms with large height difference,and the solutions were put forward.Keywords:petroleum storage depot;water supply and drainage system;large area and multiple platforms5 结论本大型储油设施给排水系统的设计通过合理的布置、模块化设计等方法节约设计周期及工程造价，为施工和运营带来便利，节约了施工与管理成本。参考文献梅欢，连广宇.PIPENET 在油气储罐区消防系统水力模拟中1 的应用 J.工业用水与废水，2019，50（4）：46-48.赵子玥.厂区清净雨水分流排放系统的应用 J.石油化工设2 计，2017，34（1）：30-33.中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质3 量监督检验检疫总局.石油储备库设计规范：GB 507372011S.北京：中国计划出版社，2011：81中华人民共和国住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.4 泡沫灭火系统技术标准：GB 501512021S.北京：中国计划出版社，2021：15-17广告索引封一：中石化上海工程有限公司拉页：中石化上海工程有限公司封二：吉林医药设计院有限公司封三：浙江亚光科技股份有限公司封四：苏州安特威阀门有限公司前彩插：1.重庆润丰工业设备安装工程有限公司2.常州奥凯干燥设备有限公司22化 工 与 医 药 工 程第44卷第4期2023年8月出版Chemical and Pharmaceutical Engineering 2023，44(4)