可燃液体贮罐区消防设计探讨

石云萍 赵广洁
（太化集团公司设计研究院）

　　摘　要：本文阐述了可燃液体贮罐区消防设计的重要性，消防冷却水系统和泡沫消防系统的组成，特别是对消防系统设计中应注意的一些问题作了介绍，以利完善今后的消防设计。
　　关键词：可燃液体；贮罐区；消防；冷却水；空气泡沫。

前言

　　可燃液体贮罐区的特点是易燃、易爆、有毒；如果出现火灾事故，将对周围人民的生活、生产和环境造成极大的危害。由于火灾危险性大，贮罐除了必要的安全布置、保证防火间距等措施外，消防冷却设施的配备尤为重要。因此，在这样的贮罐区的设计中，消防设计就成为重中之重，必须引起设计人员的高度重视。

1 消防系统的组成

1.1 水消防系统
　　水消防系统在可燃液体贮罐区消防中的主要作用是对着火罐、邻近罐进行冷却。该系统的消防水源有三种：一是外部的给水管网；二是天然水源；三是自备消防水池。由于可燃液体贮罐区的火灾危险性大，涉及范围广，根据目前各工程的实际情况及消防主管部门的通常要求，消防水源一般采用自备消防水池贮水。
　　采用自备消防水池的水消防系统组成如下：

　　　　　

1.2 泡沫消防系统
　　泡沫灭火剂按发泡倍数分类，可分为低倍数泡沫、中倍数泡沫和高倍数泡沫三类。
　　可燃液体贮罐消防主要靠泡沫消防设施来完成，它的作用是利用空气泡沫漂浮在可燃液体的表面，切断可燃液体与空气的接触，从而达到灭火的目的，而消防冷却水则起辅助的冷却作用。
　　泡沫消防接化学药剂的不同，分为化学泡沫消防和空气泡沫消防两大类。化学泡沫消防设施灭火性能好，但该系统设备复杂、投资和经常维护费用高、劳动强度大、操作要求高，目前一般已很少采用。同时，近年来的实践证明，空气泡沫消防设施对可燃液体贮罐也能起到良好的灭火效果，百该系统设施简单、操作方便、投资和经常费用都比较低。因此，目前的可燃液体贮罐区一般提倡采用空气泡沫消防系统。
　　空气泡沫消防系统分为固定式、半固定式和移动式。固定式系统安全可靠、操作方便、劳动强度低。对大中型可燃液体贮罐区来讲消防要求应该高一些，因此，应该采用固定式空气泡沫消防系统。
　　固定式空气泡沫消防系统组成如下：

　　　　　

2 年产万吨顺酐贮罐区消防冷却系统的设计

　　作者在某日化公司万吨/年顺酐工程项目设计中，承担了苯罐区的消防设计。根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160－92）中的分类规定，苯罐区的火灾危险性标准为甲类。在掌握了设计规范的前提下，开展了设计，以下对设计过程做简要介绍。
2.1 系统形式的确定
　　低倍数泡沫灭火系统按泡沫的施放方式分为液上喷射、液下喷射、泡沫喷淋和固定式泡沫炮四类。按设备安装方式又分为固定式、半固定式和移动式三类。
　　根据经济、技术和安全比较，以及当地消防力量、企业的重要性、地形等因素，综合考率决定采用液上喷射固定泡沫灭火系统。
2.2 系统组成
　　固定式液上喷射泡沫灭火系统由固定的泡沫混合液管线、MPG型固定式水力空气泡沫灭火设备、泡沫比例混合器、泡沫产生器以及水源和动力源组成，如图1所示。

1 ．贮罐2．泡沫产生器 3．混合液管道 4．闸阀5．水泵6．比例混合器7.泡沫灭火设备8．消防水带箱

2.3 用范围
　　固定式液上喷射泡沫灭火系统主要适用于独立油库的地上固定顶立式常压贮罐、地上浮顶油罐；化工企业的燃料罐；油罐区防火堤内等火灾危险性较大的场所。
2.4 工作原理
　　贮罐起火后，打开出口阀门，自动或手动启动水泵。将空气泡沫比例混合器的指针旋至所需泡沫液量指数。水流经泡沫比例混合器中间孔板产生区差，孔板后形成负压将泡沫液吸入并按比例与水混合形成泡沫混合液。混台液再经水泵、管线被输入泡沫产生器、泡沫产生器吸气口吸入空气形成泡沫沿罐内壁淌至燃烧液面上，覆盖液面，将火窒息。
2.5 消防冷却方式、消防系统供水压力形式的选择
2.5.1 冷却方式的选择
　　按照《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92规定，可燃液体贮罐消防冷却水系统可采用二种形式。即：移动式水枪喷水冷却和固定式喷头喷水冷却。从规范规定的供水强度来看，采用固定冷却方式，供水强度比采用移动式水枪冷却方式小，但是，罐区的水消防设施除消防水池外还应包括管道系统及阀门等附件。作者认为可燃液体贮罐应提倡采用固定冷却系统。主要原因：一是消防冷却水的要求压力高，移动水枪不易操作；二是火灾时罐体附近温度高，热幅射强，消防人员不易靠近；三是罐区面积较大，要求消防人员跑动的范围广，劳动强度大，而采用固定式消防冷却水系统则可避免以上几个问题。
2.6.2 消防系统供水压力形式选择
　　泡沫消防系统目前均采用临时高压系统，即消防的临时开启泡沫灭火设备，向贮罐供给泡沫混合液。
　　消防冷却水系统可分为高压给水系统、临时高压给水系统和低压给水系统。对可燃液体贮罐区的消防冷却水而言，作者提倡采用临时高压给水系统。因为，高压给水系统虽然安全可靠，但系统组成复杂、维护费用高、投资大，低压给水系统消防时必须借助消防车或机动消防泵对消防管网进行临时加压，该系统安全性差、操作麻烦、劳动强度大，而临时高压给水系统既能在短时间内就能供给系统所需要的消防水流量和消防水压，安全性能较好。同时，该系统投资省、操作方便、维护费用低，从各方面来看，临时高压给水系统都比较合适，故采用临时高压给水系统。

3 主要消防设备选择与计算

3.1 消防水泵
　　中小型可燃液体贮罐区的消防水流量一般都在100m³Ｒ韵拢?┧?沽χ饕?悸堑氖窍?浪?诤拖?览淙此?缤匪?璧难沽Γ?酆弦陨隙?鲆蛩兀薮Φ南?览淙此?┧?沽π氩恍∮? .7MPa，一般情况下为0.80--1.20MPa。根据消防流量和压力的要求，综合分析目前各类水泵的供水性能，选用IS型离心泵比较适台本工程的需要。除选用IS型离心泵外，有时也采用多级离心泵，但使用较少，主要问题是多级离心泵扬扬程容易满定要求，但流量都比较小，不容易满足要求，而且效率比较低。
3.2 泡沫灭火设备
3.2.1 设备简介
　　泡沫灭火设备是泡沫消防过程中最主要的设备之一，灭火设备的形式直接影响灭火的效果。按压力形式分有常压式和压力式两种。压力式价格高、投资大；常压式除价格低外，还有流程简单、操作方便、经常维护费低等优点，故本次设计选用常压式。
3.2.2 设备特点
　　ａ．混合比较稳定，发泡充分，泡沫抗烧性好，灭火威力大。
　　b．对水源要求低，使用水压范围广，供水压力在0.3MPa-1.2MPa之间均可使用。
　　c．使用方式灵活，既可独立使用，也可联合使用，能够随意组成各种灭火系统。
　　d．冷却性能好，可有效防止复燃。
3.3 设计参数选用
　　可燃液体贮罐区消防设计参数的选用，应以规范《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92和《低倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50151-92为依据。其主要设计参数选用包括以下二个方面。见表1、表2

表1 固定式消防冷却水系统设计供给强度 罐体类别 计算面积 供水强度 着火罐 固定类别 罐壁表面积 2.5L/(min.m²) 浮顶罐、内浮顶罐 罐壁表面积 2.0L(min.m²) 邻近罐 罐壁表面积的1/2 1.0L/(min.m²)

表2 泡沫混合液设计供给强度 罐体、液体类别 泡沫混合液供给强度L/（min.m²） 连续供给时间
min 备注 固定顶罐 非水溶液 甲、乙类 6.0 40 供液面积按最大贮罐的横截面计算 水溶性 丙类 6.0 30 　 12 30 浮顶罐 12.5 30 供液面积按最大贮罐的罐壁与泡沫堰板之间的环形面积计算

3.4 消防用水量计算
　　罐区消防用水量包括冷却用水量和灭火用水量两部分。计算依据：罐区最大单罐贮量为200m³（Φ6.628×6.44m），总贮量为1200m³、200m³贮罐四个，100m³贮罐四个(Φ180×5.24m)
　　1）燃烧贮罐冷却用水量按公式Q1=qnπDH
　　式中：Q1——冷却燃烧贮罐用水量（升/秒）；
　　　　　ｑ——燃烧贮罐冷却用水量标准（L/min m²）见表1
　　　　　n——同时燃烧贮罐数量（个）；π——圆周率3.14； D——燃烧罐直径（m）；H——燃烧罐高度
　　　Q1＝2.5×1×3.14×6.628ｘ6.44=335.07L/min=20.10m³/h
　　2）邻近贮罐冷却用水量按公式 Q₂=1/2qnπDH
　　式中：Q₂——邻近贮罐冷却用水量（升／秒）；q——邻近贮罐冷却用水量标准（L/min.m²)见表1
　　　　　n——邻近需冷却的贮罐数（个）。在一般情况下，若邻近罐超过2个时，仍按2个计算。
　　　　　D——邻近罐直径（m）；H——邻近罐高度
　　　　　Q₂＝1/2qnπDH=1/2×1×2×3.14×6.628×6.44＝134.03L/min＝8.04m³/h
　　3）冷却用水总量：
　　　　　Q₃=Q₁+Q₂=20.10＋8.04＝28．14m³
　　此时消防水池的容积为：
　　　　　V=4Q₃＝4×28．14=112．56m³
　　式中：根据“建筑设计防火规范”（GBJ16－87）修订本第8、2、6条，苯罐火灾冷却水延续时间按4h计算
　　4）灭火用水量
　　　　　　Q₄=1/4×0．94πD²q
　　式中：Q₄——灭火用水量；π——圆周率3．14 D——燃烧罐直径（m）；q——泡沫混合液供给强度（L/min.m²）
　　　　　　0．94——混合液内含水比例
　　　　　　Q₄＝1/4×0.94×3．14×6．6282×6＝194．99L/min=16.66m³/h
　　5）灭火用水常备量按公式Q水备＝2．40灭火
　　式中：Q_水备——灭火用水常备量（m³）；2.4—40分钟用水量系数；Q灭火——灭火用水量（L／s）
　　　　　Q_水备=2．4×194．49／6O＝7．78m³
　　6)硝防用水总量
　　　　　Q_总=Q₁+Q₂+Q₄=20．10＋8.04+11.66＝39．80m³／h
　　放选用IS80－50－250（n＝2900r/min）两台，一开一备，罐区布置如图2所示。
3．5 泡沫混合液的计算
　　燃烧面积A＝1/4π=1/4×3．14×6．628²=34．48m³≈35m²
　　泡沫混合供给强度=6L/min.m²（标准）
　　连续供给时间40min（标准）
　　混合液总供给量6×35=210L／min
　　泡沫产生器数量=1个（按标准）
　　每个泡沫产生器的混合液供给量=210÷60＝3．5L／s
　　所以选用PC4的泡沫产生器
　　泡沫液贮罐选择 4×1×60×40×6％＝576L
　　所以贮罐选用MPG1000一台
3.6 消防泵房水池形式
　　可燃液体贮罐区的消防冷却水泵应采用自灌式进水。为了达到自灌式进水，同时为了施工方便，降低工程造价，通过对多个工程的技术比较后，消防水池建成了半地下式的钢筋混凝土水池，地上一半，地下一半。消防泵房建成了半地下式的砖混结构，泵房内在进出、操作方便的靠墙一侧设置了人行通道。消防泵房内消防泵的备用泵和工作泵采用同型号泵，以便互为备用，操作方便、便于维修，按以上布置的消防泵房一般来讲比较经济合理、操作方便。

4 消防管网及器材设置

　　可燃液体贮罐区的消防冷却水管网和泡沫混合液管网都布置成了环状网。进人防火堤处时每只贮罐均设置了独立的消防冷却水管和泡沫液管及相应的控制阀门。根据试验和实际资料总结，将控制阀设在离罐壁15m以外。为了增强消防的灵活性和机动性，提高安全度，在贮罐区的防火堤四周还设置了消防水炮、消火栓、泡沫栓。消火栓的布置间距不大于60m，并采用公称直径为150mm的消火栓。泡沫栓每只贮罐设置了一只，供扑灭地面流散可燃液体着火用。罐区的四周设有消防水炮，使贮罐的四周都得到了消防水炮的供水。罐区消防管网平面布置简图如图2所示

5 预期效果

　　本设计项目现已建成，我们对生产单位进行了回访，该系统在试验过程中情况良好，满定了《泡沫灭火系统施工及验收规范》GB50281-98的各项指标，达到了设计要求。

6 结论

　　总之，消防设计应严格按照有关设计防火规范的要求来进行，以保证设计工程防火的安全、可靠性。本文不足之处请专家、同行给予指正。