10000m～3液化石油气球罐区消防设计.pdf

10000m3液化石油气球罐区消防设计 徐筱静 江苏省化工设计院 南京 210024 随着我国改革开放的不断深入,经济建 设得到了蓬勃发展。我国东南沿海地区利用 自然条件的优势,在长江下游及海岸沿线兴 建了一批接收外轮液体化工物料而后中转调 拨内地市场的大型储存基地。位于长江出海 口的 “中外合资南通华洋液化石油气贮罐区” 就是其中之一。我院于1994年承接了该项 工程设计,设计规模为1万m3。 1 罐区概况 罐区设置2000m3液化石油气球罐五台 球罐直径 15. 796m 100m3卧罐二台, 50m3残液罐及平衡罐各一台。另建有装车、 灌瓶设置。 五台球罐各设有独立的防护堤,各罐间 距大于球罐直径,小于1. 5倍球罐直径;四台 卧罐合一个防护堤。 码头设计由交通部上航院承担,但其生 活补给水及消防给水由后方罐区供给。 2 消防给水设计概况 众所周知,液化烃储罐火灾的根本灭火 措施是切断气源。在气源无法及时切断时, 只能维持其稳定燃烧,同时对储罐进行水冷 却,确保罐壁温度不致过高,从而使罐壁强度 不降低,罐内压力也不升高,可使事故不扩 大。对液化石油气而言,所谓的 “罐区消防” 就是用水对储罐实施冷却保护。该罐区可供 水源有三处 a.南侧100多米之外的长江,中隔长江 防洪大堤。 b.紧靠罐区东南侧围墙的框河。该河 外通长江,水量丰富,内有河闸数处,可起双 向调节水量作用,其中南侧为一盲肠河段。 c.西北向现有华洋公司化工原料库区所 属井一眼,出水量约80m3/ h左右,水质良好。 经技术经济方案比较,最后确定罐区生 活水源为深井水;罐区消防水源为框河,即对 南侧盲肠河段进行清淤筑堤,抛石护底等全 面整治,改造为一容积不小于7000m3的消 防水池。框河水位较高时自然补水,低水位 时由机动补水泵补充。半地下式消防水泵房 临水建筑,岸线外侧设进水间、 吸水间,中隔 有格栅、 格网。 由此,该罐区消防设计由取水构筑物、 消防水泵房、 消防给水管网、 球罐固定喷淋装 置等组成。 根据 城镇燃气设计规范GB50028 - 93、建筑设计防火规范GBJ16 - 87和 石油 化工企业设计防火规范GB50160 - 92等有 关章节,液化石油气储罐区的消防用水量,应 按储罐固定式消防冷却用水量和移动式消防 冷却用水量之和计算。其中固定式消防冷却 水系统的用水量着火罐冷却水供给强度按 不小于9L/ mimm2计,邻近罐按不小于 4. 5L/ minm2计,均按球罐全部表面积考 虑。 水枪用水量按45L/ s计;火灾延续时间 6h计。 上述规范对消防用水量、 消防给水管道 及消火枪、 消防水枪的设置、 固定式消防冷却 水系统均作了明确的规定,在液化石油气罐 区设计中均予以严格执行。 3 消防给水系统的选择与划分 在液化石油储罐区设计中,工艺生产需 要在夏季气温 ≥30℃时对储罐进行淋水降 温。在储罐型式为卧罐,单罐容量及罐区总 容量均不大的情况下,设计往往将这部分夏 季淋水系统与消防冷却水系统合并考虑,采 用同一泵组和给水管网,甚至同一固定淋水 71997年第3期 化工给排水设计 配管。这可以大大简化工程量,提高消防设 施的利用率,生产管理也较为简便。其中泵 组、 管网及淋水管开孔孔径及数量分别按夏 季淋水和消防给水工况校核。 在10000m3球罐区的消防设计中,因球 罐单台容量及总容量都很大,罐顶高度较高, 所需喷雾喷头压力要求和所需消防冷却水量 均远远大于夏季淋水所需,如合用一套给水 系统,在夏季淋水时势必造成很大的浪费。 另外,上航院承担的码头设计部分对后 方罐区的供水要求为水量Q 113L/ s ,水压 H 1. 3MPa。其水量小于罐区消防水量,水 压大于罐区消防水压。 上述三方供水要求如下表 表1 供水要求 供水部位 供水要求水量L/ S水压MPa 罐 区 夏季淋水130. 750. 35 消防冷却水 235 1 45 2 0. 5 0. 8～1. 0 码头消防给水1131. 3 注 1 固定冷却水 2 移动冷却水 鉴于,同一基地即罐区和码头在同一时 间内的火灾次数按一次考虑;火灾时为极端 情况,短时间的能耗偏高是允许的;球罐固定 冷却给水和移动式水枪水炮均需环状管网, 如分开设置为二个多环的给水管网,将增加 基建费用,并给施工安装及管理带来困难。 在该工程的设计中,消防给水系统与夏 季淋水系统各自独立,各配备水泵机组、 给水 管网和球罐淋水装置。其中消防给水系统的 消防水泵选型,其流量以罐区消防用水量标 准计,其扬程按码头消防所需水压计,共选用 消防水泵四台,三开一备码头消防时一开或 二开。 为防止因压力过高引起球罐固定冷却给 水系统部件易损坏漏水,造成维修工作量增 加和维修困难,以及避免高压水流对罐体的 不利影响,在管网与球罐固定冷却水系统引 入管连接的管段上设置了减压阀,安装调试 时即可将减压阀调整至适当的压力指示处。 4 球罐固定消防冷却水系统 按照 火灾分类GB4968规定;由气体 物质燃烧造成的火灾称为C类火灾。 液化石油气被液化后常温贮存在压力不 高的储罐中,罐中同时存在着液相和气相,在 贮存压力下二者达到平衡。在火灾中,储罐 外壳在火焰的作用下会使金属丧失强度,并 使液相上方的气相压力急剧上升,虽然储罐 设有安全阀等排气机构,但一般不能迅速消 除由于过量蒸汽造成的内部压力的急剧增 长,进而形成爆炸。一旦发生爆炸,消防工作 仅限于防止火灾的蔓延。如有可能,则应力 争防止爆炸,其方法就是采用较强的水流冷 却储罐。根据消防部门对湿罐壁、 干罐壁受 热状态的分析以及国内对液化烃储罐火灾受 热喷水保护试验的结论,确认喷水强度取 10L/ minm2较为稳定可靠。又因危险性大, 故应采用非人工即固定式的遥控喷水冷却 系统。 该系统的设计依据 a.建筑设计防火规范GBJ16 - 87 ; b.城镇燃气设计规范GB50028 - 93 ; c.石 油 化 工 企 业 设 计 防 火 规 范 GB50160 - 92。 该系统包括两条对称布置的上升竖管, 九道环形给水管和环形管上的约200多个喷 雾喷头,以及配套附件。 4. 1 引入管和上升竖管 石油化工企业设计防火规范 第7. 9. 9 条规定“储罐容积大于400m3时,供水竖管 宜采用两条,并对称布置。 ” 考虑到火灾时需 启闭的阀门不致过多,球罐固定喷淋系统罐 区环状给水管网上的引入管为一根DN250 钢管,在距罐壁15m外伸出地面,经控制阀 从防护堤上空进入堤内,后由钢制三通分成 二根DN200管到达球罐直径处即分别上升 为两条竖管。 对称布置以保证给水水压均衡,球罐表 面积的冷却水强度相同。 如图1所示。 4. 2 环形管和喷雾喷头布置 环形管的数量取决于喷雾喷头的性能。 要达到预计的冷却效果,即在一定的储罐面 积上供给一定的冷却水量,并使水平方向和 垂直方向的水雾互相重叠,无空白。水平方 向可由环形管上的喷头间距保证,垂直方向 8化工给排水设计 1997年第3期 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 则通过环形管的间距控制。喷头的性能主要 包括公称工作压力、 流量、 雾化角、 射程、 水 雾滴的平均直径。对某种型号的喷头而言, 当喷头的工作压力P为一定值时,喷头的流 量Q亦为一定值。 即Q KP 式中K 为喷头流量系数。 1.控制阀 2.减压阀 3.引入管 4.上升竖管 5.给水环网 图1 引入管和上升竖管的布置 雾化喷头喷出的水雾形成围绕喷头轴心 线的圆锥体,其锥顶角就是喷雾喷头的雾化 角,雾化角一般在30 ～180 之间,分别为 30 、60 、90 、120 、140 、180 六档,常用的有 60 、90 、120 。对外形规则的保护对象,应尽 量选用大流量大雾化角的喷头。 当已知喷头的雾化角θ和喷头与保护对 象之间的距离H时,喷洒半径R即可求出 见图 2 。 图2 喷雾喷头的喷洒半径 R Htg θ 2 mm 在本设计中, H 700 mm , θ 120 R 1212. 4mm 当喷头布置为矩形时,喷头间距 L≤2R; 当喷头布置为三角形时,喷头间距 L≤1. 7R见图 3 图3 喷雾喷头间距及布置形式 环形管上的喷头即按此原则分布。 环形管间距理论上亦应如此,但在本设 计实践中,还考虑到被保护对象为一球体。 喷洒至球罐壁的水雾除部分撞击反溅脱离罐 壁外,还有相当一部分在罐壁上作沿壁流动, 在球罐赤道线附近罐壁水膜厚度达最大值, 然后一部分受重力影响垂直向下脱离罐壁, 一部分因惯性继续沿壁流动,同时又下坠。 因此,本设计球罐上的环形管间距按不同的 位置不等距布置见图 4 。 1.引入管 2.上升竖管 3.环形管 图4 球罐环形管的布置 4. 3 对球罐附件进行必要的辅助喷头保护 球罐附件包括支柱、 顶部平台及人孔、 液位计、 阀门等。 91997年第3期 化工给排水设计 本设计均就近在环形管上引出支管,延 伸至需保护的附件处,针对性地选用小雾化 角的喷雾喷头,进行必要的个别保护。其冷 却水供给强度仍按与储罐相同强度考虑,所 接环形管的流量应按本身所负担的罐壁冷却 流量与储罐附件冷却流量之和进行校核。 4. 4 固定消防冷却水系统的管材及附件 由于该系统在正常情况下长期不通水, 易受到大气腐蚀。有关部门通过调查后得出 结论若使用普通钢管,多年后内部锈蚀成片 脱落堵塞管道。因此,石油化工企业设计防 火规定 第7. 9. 9条之三要求“控制阀至储 罐的管道,应采用镀锌管,⋯⋯ ” 该条规定,对 于2000m3容积的球罐来说,有一定的难度。 首先是球罐直径大,达15m多;第二,无论是 上升竖管还是环形管,大多均为弧形。为安 装喷头,在环形管上焊接了一定数量的丝扣 短管,焊接处镀锌层被破坏;环形管在弯制过 程中,镀锌层也遭到不同程度的破坏。鉴于 以上情况,为满足规范要求,经与有关安装单 位及生产厂家协商,设计中采用了普通焊接 钢管,进行适当管段分割,弯制后焊接管件, 最后由镀锌厂进行镀锌处理。管段分割的原 则是兼顾两者 a.管段尽量长,以减少连接法兰的数 量,降低费用; b.满足镀槽尺寸条件。 该系统的附件还有清通口、 泄水阀、 排 污堵头等。 5 两点注意事项 5. 1 消防给水水质 一般化工储运基地因安全要求,大都在 远离人口稠密区域的较偏僻地区建设。这些 地区可供基地依托的公共设施如供水、 供电 等较少或者根本没有。且远离消防部门驻 地,火灾时一般都以自救为主,这就需要基地 自备消防水源。 在罐区这类生产生活用水量都很小,而 消防用水量又很大的情况下,为节省投资,往 往不加处理地就近取用当地可供水源作为消 防水源,其水质因地而异。直接取用的缺点 是球罐喷雾喷头易堵,罐体表面易污,清除和 维护都很困难,当发生火灾时冷却效果降低, 堵塞的喷雾喷头对应储罐罐壁得不到应有的 冷却保护。 另一方面,如在基地增设水处理设施也 是不经济的。非连续性的补水,给设备的正 常运转和维护,操作人员的配置等带来许多 困难。 与前述因水质较差引起的弊端相比,设 计中往往摒弃了处理水质的方案。作为补救 措施,可以在消防给水的两头加以特别关注 a.在取水头部设计中考虑加强拦污清 淤的功能;在日常运行中定期用潜污泵吸取 池底污泥。 b.在球罐固定冷却给水管控制阀前增 设管道过滤器。 5.2 距着火罐1. 5倍着火罐直径范围外的 邻近罐是否应考虑供给冷却水 按上述三个有关防火设计规范理解石 化规范 第7. 9. 4条、城镇燃气规范6. 9. 1 条、建规 第8. 2. 7条 , 范围外的邻近罐可 以不考虑供给冷却水。 在特定的如水源及动力不足情况下, 采取适当增加储罐的间距,使之大于1. 5倍 储罐直径,从而大大减少消防水池的容积及 消防水泵的配电总容量的方案这亦是可行 的。 但有关消防部门提出在实际火灾中,消 防给水仍必须考虑距着火罐1. 5倍直径范围 外的邻近罐的冷却水量。 但在具体设计过程中,仍然存在着 “范围 外 ⋯⋯ ”,外到何 “边”,其冷却供水强度是否 同 “范围内” 等问题。 收稿日期1997年5月21日 01化工给排水设计 1997年第3期 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载