随着我国经济迅猛发展, 油品需求量也不断增加, 储罐大型化是油品储运的必然趋势[1], 近年来建成了许多超大型石油储备库及地下洞库。油品着火后易发生沸溢, 且流淌蔓延快[2], 库区一旦发生火灾可能造成灾难性后果, 因此有效的消防系统可以及时的控制火灾, 将危害和损失降到最低。本文介绍了10×104m3外浮顶储罐消防系统的设计, 为建立和完善罐区消防系统提供参考。
本项目建设库容580×104m3, 包含58台10×104m3外浮顶储罐及油泵房、机柜室、低压变电所等附属构筑物。
储存介质:原油, 火灾危险性甲B;
储罐形式:双盘外浮顶储罐;
储罐尺寸:D=80m, H=21.8m;
库区布置:9个60×104m3原油罐区, 1个40×104m3原油罐区, 每台储罐均按照“单罐单堤”布置。
对于外浮顶储罐的火灾形式主要有密封圈火灾和全液面火灾 (浮盘倾斜或沉没时) , 其中最常见的火灾是密封圈部位的火灾, 据美国石油协会统计, 浮顶储罐密封圈火灾占统计事故的72.8%[3,4]。根据《石油储备库设计规范》 (GB50737-2011) 要求, 储罐设置固定式低倍数泡沫灭火系统[5]。
单罐泡沫灭火系统设计参数:
泡沫液种类:3%水成膜;
泡沫混合液供给强度:12.5L/ (min·m2) ;
PC8型泡沫产生器:12个, 沿罐周均布, 单个泡沫产生器保护距离21m;
泡沫混合液连续供给时间:45 min[6];
扑救流淌火灾配置PQ8型泡沫枪:3支;
扑救流淌火灾泡沫混合液连续供给时间:30min;
泡沫混合液设计流量:120L/s;
工作压力:1.4MPa;
设计泡沫液储量为:25m3 (附加100%富余量) 。
泡沫产生器罐壁安装示意见图1。
库区占地面积大于1000000m2, 按照《石油化工企业设计防火规范》 (GB50160-2008) 要求, 同一时间内火灾起数按2起计, 需水量最大的两处各计1起。本项目消防用水量最大两处为两台10×104m3外浮顶原油储罐。根据《石油储备库设计规范》 (GB50737-2011) 要求, 储罐设置固定式消防冷却水系统[5]。单罐消防冷却水系统设计参数:
喷头型式:水幕式喷头, 出水压力>0.2MPa, 304不锈钢材质;
保护范围:着火罐罐壁表面, 相邻油罐不冷却;
喷头喷水强度:2.0 L/ (min·m2) ;
固定消防冷却水流量:220L/s;
延续供水时间:6h;
移动消防冷却水流量:120L/s;
延续供水时间:6h;
工作压力:1.4MPa。
水幕喷头性能见表1, 喷头安装位置及角度见图2。
低倍数泡沫灭火系统控制分为一键控制、远程手动程序控制及就地手动控制三种方式。
(1) 一键控制方式
确认着火后, 手动开启控制柜上火警启动按钮后, 系统按程序开启消防进水电动阀门, 同时打开主泡沫泵 (电动机泵组) 的电动泡沫进液阀, 开启主泡沫泵 (电动机泵组) , 通过设置在主泡沫泵 (电动机泵组) 出口管线上的压力变送器检测泡沫泵出口压力值是否达到设定值, 如在20秒内出口压力达到设定值 (0.6MPa) , 表明启动成功。如果控制柜发现主泡沫泵启动故障或者主泡沫泵出口压力在20秒内未到达设定值 (主系统故障应由电控柜判断并动作) , 则表示主系统启动失败, 自动开启备用泡沫泵组 (柴油机泵组) , 并程序自动关闭主泡沫泵组及相应的电动阀。
(2) 远程手动程序控制方式
控制柜处于远程自动控制方式时, 当控制柜接收到远程火警启动信号 (来自消防控制室PLC二线制无源干触点信号, 触点容量:24V DC 3A) 后, 自动流程同上。
(3) 就地手动控制方式
控制柜处于手动控制方式时, 确认着火后机械手动按自动控制的顺序操作完成泡沫比例混合装置的开启。低倍数泡沫灭火系统控制流程见图3。
消防冷却水系统控制分三种方式:自动控制、远程手动控制及现场手动控制。平常消防泵启动置于自动控制状态。
(1) 自动控制方式
罐区着火, 火警控制盘接到火灾报警, 延迟10s自动打开着火罐喷淋系统在防火堤外的控制阀, 随着用水量增大, 管网压力下降至0.6MPa (G) 时, 火警控制盘自动启动消防水泵为消防管网供水。
(2) 远程手动程序控制
罐区着火, 火灾报警系统报警, 人工确认后, 由具有管理权限的人员在消防控制室按钮启动消防水泵并打开着火罐喷淋系统在防火堤外的控制阀。
(3) 现场手动控制
在发生火灾后, 由现场人员根据着火罐区的火灾情况, 现场手动操作上述流程。消防冷却水系统控制流程见图4。
在罐区消防设计中, 某个细节的缺失或错误可能导致整个灭火系统的失效, 必须引起重视。以下列举一些在设计中常见的问题, 以供探讨学习。
(1) 消防水系统应在最不利点设置压力表, 并计算喷头出水压力是否大于0.2MPa;
(2) 计算每一层喷淋环管压力, 必要时设置减压孔板, 保证实际冷却水喷淋量不大于设计流量的1.2倍。减压孔板应设置在水平管段且应为不锈钢材质;
(3) 室外地上消火栓选择防冻调压防撞型;
(4) 油泵房消火栓箱所配水枪应为直流/水雾两用, 扑救流淌火灾时应采用水雾模式, 防止直流水流将油喷溅到四周;消火栓带防爆型手动报警按钮, 并带位置信息编码, 当发生火灾时可以指示使用消火栓的位置;
(5) 过滤器后的消防冷却水管道分段预制后整体内外热浸锌, 法兰连接。上罐立管过盘梯处内绕, 采用沟槽连接并增加喷头, 保证无死角;
(6) 消防水管道过滤器选择可在线清洗型;
(7) 地上干式泡沫混合液管道采取防静电接地措施[7];
(8) 泡沫混合液管道上弯处加排气阀, 阀前加阀门, 便于检修, 下弯处加放空阀;
(9) 含油污水及雨水出防火堤后设置水封井, 防止火蔓延至防火堤内。当管径大于等于DN300时应采用丙型水封井, 便于疏通、清掏;
(10) 根据保护对象选择一级或者二级用电负荷, 保证供电可靠性, 且消防水泵和泡沫消防水泵均设置柴油泵作为备用;
(11) 采用环状消防水管网, 并且两路进水;当库区内有多个泡沫站时, 泡沫站之间用管道连接, 通过阀门控制, 当发生火灾时可以相互支援;
(12) 消防冷却水及泡沫液均按规范要求设置富余量;
(13) 合理布置管道, 消防冷却水及泡沫混合液管道尽量埋地, 防止发生火灾或爆炸时消防系统遭到破坏。
储罐区生产安全事关重大, 一旦发生事故消防系统能否迅速发挥作用关系到生命财产安全, 在设计中除了严格执行相关规范、法规外还要因地制宜, 结合工程情况进行设计, 保证消防设计合规、合理、有效、可靠。
摘要：油品火灾蔓延速度快, 危险性大, 在消防设计时针对油品性质、储罐类型及气候条件等因素选择合适的系统及参数对于快速有效的扑灭火灾至关重要。本文以国内某大型石油储备库项目为例, 对10×104m3外浮顶储罐的消防系统设计进行了介绍, 并对设计中的要点进行了探讨。
关键词：大型浮顶储罐,消防冷却水系统,泡沫灭火系统,系统控制
[1] 韩伟伟.大型原油储罐消防设置及施工技术探讨[J].施工技术, 2014, 43:671-672.
[2] 孔得朋, 刘鹏翔, 等.原油罐沸溢火灾发展阶段及沸溢发生时间试验研究[J].中国安全科学学报, 2016, 26 (2) :62-66.
[3] 王淮斌.外浮顶油罐密封圈火灾快速灭火装置研发[J].消防科学与技术, 2015, 34 (5) :597-599.
[4] 于涛.大型原油库的消防设计[J].石油化工安全环保技术, 2008, 24 (6) :6-8.
[5] 中国石油化工集团公司, 等.GB 50737-2011, 石油储备库设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2011.
[6] 山东省安全生产监督管理局.鲁安监发[2010]118号, 山东省大型浮顶储罐安全技术规程 (试行) [S], 2010.
[7] 中华人民共和国公安部.GB 50151-2010, 泡沫灭火系统设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2011.
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