可燃液體儲(chǔ)罐的泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多企業(yè)在生產(chǎn)中對(duì)石油、液體化工原料及化工產(chǎn)品需求量也日益增加，隨之而來(lái)的是液體化工品庫(kù)、石油庫(kù)等甲乙丙類可燃液體儲(chǔ)罐區(qū)大量興建。但是油品及大多數(shù)化工品的特點(diǎn)是易燃、易爆、有毒，火災(zāi)危險(xiǎn)性極大，一旦起火，火勢(shì)猛烈，火焰溫度高，熱輻射強(qiáng)烈，蔓延極其迅速，若撲救不及時(shí)，滅火方法不得當(dāng)，則會(huì)給國(guó)家和企業(yè)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及人的生命安全。因此，甲乙丙類可燃液體儲(chǔ)罐火災(zāi)（以下簡(jiǎn)稱儲(chǔ)罐火災(zāi)）的消防設(shè)計(jì)工作是相當(dāng)重要的，應(yīng)切實(shí)做到設(shè)計(jì)本質(zhì)安全。

1 空氣泡沫的滅火機(jī)理及基本概念

燃燒的三個(gè)必備條件：可燃物，氧化劑和溫度（引火源）。這里所說(shuō)的可燃物即儲(chǔ)罐內(nèi)所儲(chǔ)存的可燃液體，氧化劑是指空氣中的氧氣?？諝馀菽闹饕獪缁饳C(jī)理是窒息，即用空氣泡沫將可燃液體表面完全覆蓋，使其與空氣隔絕，也就切斷了氧化劑的來(lái)源，使燃燒停止，這一過(guò)程是相當(dāng)迅速的。對(duì)于撲滅儲(chǔ)罐火災(zāi)，低倍數(shù)空氣泡沫滅火系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單，管理方便，造價(jià)低，滅火迅速等優(yōu)點(diǎn)，因此，對(duì)于油品、化工品儲(chǔ)罐的火災(zāi)應(yīng)當(dāng)選首選低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。

在計(jì)算泡沫滅火系統(tǒng)之前，先要區(qū)分三個(gè)概念，即泡沫液、泡沫混合液和泡沫。其中泡沫液是指可按適宜的混合比與水混合形成泡沫溶液的濃縮液體；泡沫混合液是指泡沫液與水按特定混合比配制成的泡沫溶液；泡沫是泡沫混合液經(jīng)泡沫產(chǎn)生裝置吸入空氣后形成的滅火泡沫。

2 系統(tǒng)形式的選擇、儲(chǔ)罐的分類、泡沫滅火系統(tǒng)保護(hù)面積的確定

低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)分為固定式、半固定式和移動(dòng)式三種形式。不同的規(guī)范對(duì)系統(tǒng)的選擇有不同的要求，如《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》等均對(duì)不同罐容所應(yīng)采取的滅火形式提出了相應(yīng)的要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝性質(zhì)，確定應(yīng)采用的規(guī)范。

儲(chǔ)罐分為固定頂罐和浮頂罐，浮頂罐又分為內(nèi)浮頂和外浮頂罐，當(dāng)內(nèi)浮頂罐的浮盤(pán)為淺盤(pán)式和浮盤(pán)采用易熔材料制作時(shí)，其設(shè)計(jì)按照固定頂罐對(duì)待。固定頂儲(chǔ)罐的保護(hù)面積按其橫截面積確定，浮頂罐的保護(hù)面積按罐壁與泡沫堰板間的環(huán)形面積確定。

3 固定頂儲(chǔ)罐泡沫滅火系統(tǒng)計(jì)算

3.1 采用的規(guī)范：《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008，《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，GB 50151-2010。

3.2 該罐區(qū)設(shè)有4座儲(chǔ)罐，直徑24m，高23m，罐基礎(chǔ)高度0.8m。

3.3 儲(chǔ)罐的保護(hù)面積F(單位m2):F=π/4xD2=452.16 m2，式中 D—儲(chǔ)罐的直徑（m）。

3.4 滅火所需泡沫混合液量Q計(jì)算 （單位L/s）：Q計(jì)算=qxF=37.68L/s，式中q—泡沫混合液強(qiáng)度L/min×m2,采用水成膜泡沫液時(shí)的強(qiáng)度為5 L/min×m2。

3.5 根據(jù)上面第3.4項(xiàng)確定出采用2個(gè)PCL24型立式泡沫產(chǎn)生器，每個(gè)泡沫產(chǎn)生器的混合液流量為24 L/s，則儲(chǔ)罐滅火實(shí)際所需的泡沫混合液流為Q滅=48L/s。

3.6 根據(jù)規(guī)范，直徑D＞20m及D≤30m的儲(chǔ)罐應(yīng)配置2支移動(dòng)式泡沫槍，用于撲滅流散液體火災(zāi)，型號(hào)為PQ4，每支泡沫槍的混合液流量位4 L/s,則泡沫槍需混合液量為：Q槍=8L/s。

3.7 根據(jù)規(guī)范要求，系統(tǒng)的泡沫混合液流量及配泡沫用水的流量應(yīng)有不小于5%的裕度，所需泡沫混合液流量為：Q混=（Q滅+Q槍）×1.05=58.8L/s。

3.8 配置泡沫混合液所需泡沫液量Q1液（單位L/s）：Q1液=0.03×Q混=0.03×58.8=1.77 L/S，式中 0.03 為泡沫液混合液中所占的比例，則水占0.97。

3.9 配置泡沫混合液所需水量Q1水（單位L/s）：Q1水=0.97×Q混=0.97×58.8=57.04L/s

3.10 一次滅火所需泡沫液的儲(chǔ)備量V液（單位m3）：V1液=1.05×0.03×(Q產(chǎn)×T滅×60+Q槍×T槍×60)/1000=1.05×0.03×(48×45×60+8×20×60)/1000=4.39 m3，式中 T滅—滅火延續(xù)時(shí)間，采用 45min，T槍—撲滅流散液體火災(zāi)延續(xù)時(shí)間，采用20min。

3.11 一次滅火配置泡沫混合液所需水儲(chǔ)備量V水（單位 m3）：V1水=1.05×0.97×(Q產(chǎn)×T滅×60+Q槍×T槍×60)/1000=1.05×0.97×(48×45×60+8×20×60)/1000=141.77 m3。

3.12 本例中，從泡沫站至罐區(qū)的泡沫混合液2根干管長(zhǎng)度均為180m，直徑為DN200，著火罐2個(gè)產(chǎn)生器連接支管總長(zhǎng)度為140m，直徑為DN125，計(jì)算出一次滅火充滿管道所需泡沫混合液為13.03m3,則泡沫液及水的儲(chǔ)備量分別為：V2液=4.39m3，V2水=12.64m3。

3.13 合計(jì)應(yīng)儲(chǔ)存的泡沫液量和水量分別為：V2液=V1液+V2液=4.78m3，V2水=V1水+V1水=154.41 m3

3.14 泡沫產(chǎn)生器的工作壓力為0.50MPa，其安裝高度約為23.8m。根據(jù)管道的實(shí)際布置情況，經(jīng)過(guò)水利計(jì)算，確定出最不利處產(chǎn)生器所需泡沫混合液供給設(shè)備提供的最低壓力約為0.86MPa。

4 泡沫消防設(shè)備及泡沫站

4.1 選用YPHN-64/55壓力式膠囊泡沫比例混合裝置，該裝置包含有泡沫液儲(chǔ)罐、膠囊、比例混合器等主要部件，其泡沫混合液流量為64L/s，泡沫液儲(chǔ)量為5.5m3，壓力損失按進(jìn)口壓力的10%計(jì)，則其進(jìn)口壓力為0.95MPa。

4.2 本例中配泡沫消防水泵與罐壁冷卻水泵共用，水泵流量按照火災(zāi)時(shí)冷卻水與配泡沫用水量之和確定，其流量約為260L/s,其中配泡沫用水量為62L/s,揚(yáng)程則應(yīng)符合二者最高的要求，為1.20MPa。消防水池儲(chǔ)存水量除罐壁冷卻水外還應(yīng)包含不小于160m3的配泡沫用水量。

4.3 按照規(guī)范要求泡沫消防泵站或泡沫站設(shè)置的位置必須保證在設(shè)備啟動(dòng)后的5min之內(nèi)將泡沫混合液或泡沫輸送到被保護(hù)對(duì)象，當(dāng)管路如“圖1”布置時(shí)，管道系統(tǒng)于節(jié)點(diǎn)A處分為2個(gè)支管，由于在設(shè)備啟動(dòng)初期是泡沫液充滿管道的階段，每個(gè)支管內(nèi)的流量為總流量的1/2，其管內(nèi)流速也僅為干管內(nèi)的1/2，這樣出現(xiàn)了泡沫混合液輸送超時(shí)的結(jié)果，因此我們要對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，如“圖2”所示，可以在泡沫比例混合裝置上設(shè)置2個(gè)比例混合器，每個(gè)流量為62L/s,并分別引出2個(gè)管道通往兩個(gè)分區(qū)，使得每根管道內(nèi)都達(dá)到了設(shè)計(jì)流量，既能符合了輸送時(shí)間的要求，又能在正常滅火時(shí)泡沫混合液的滿足流速不超過(guò)3m/s的要求。當(dāng)一臺(tái)泡沫比例混合裝置保護(hù)多個(gè)罐區(qū)時(shí)，可以在比例混合器出水管上引出多個(gè)管道通向各自的保護(hù)區(qū)，并分別設(shè)置閥門，其中某個(gè)罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，開(kāi)啟相應(yīng)管道上的閥門。

圖1

圖2

4.4 在泡沫比例混合裝置的進(jìn)水管及混合液出管上設(shè)置電動(dòng)閥門，這些閥門可以通過(guò)設(shè)在罐區(qū)防火堤的報(bào)警按鈕以及消防值班室的手動(dòng)按鈕遙控啟動(dòng)。

4.5 泡沫站可以設(shè)置在消防泵房?jī)?nèi)，但當(dāng)泵房的位置不利于泡沫輸送或遇有多個(gè)罐區(qū)，一處泡沫站不能滿足要求時(shí)，可另建泡沫站或根據(jù)罐區(qū)布置情況設(shè)置多個(gè)泡沫站，但是泡沫站不得設(shè)置在防火堤內(nèi)、圍堰內(nèi)、泡沫滅火系統(tǒng)保護(hù)區(qū)或其它火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，且距甲乙丙類液體儲(chǔ)罐的罐壁應(yīng)大于20m。本例中由于消防水泵房的位置不能滿足輸送時(shí)間的要求，因此在罐區(qū)附近安全區(qū)域內(nèi)設(shè)1座泡沫站。

5 罐區(qū)泡沫系統(tǒng)管線的布置

5.1 當(dāng)一個(gè)儲(chǔ)罐采用多個(gè)泡沫產(chǎn)生器時(shí)，應(yīng)選用同規(guī)格泡沫產(chǎn)生器，且應(yīng)沿罐周均勻布置，每個(gè)泡沫產(chǎn)生器分別用獨(dú)立的混合液管道引至防火堤外，并在防火堤外設(shè)置獨(dú)立的閥門。連接泡沫產(chǎn)生器的泡沫混合液立管用管卡固定在罐壁上，其間距為3m。

5.2 泡沫混合液立管下端設(shè)有銹渣清掃口。

5.3 泡沫混合液立管用金屬軟管與水平管連接起來(lái)。

5.4 防火堤內(nèi)的泡沫混合液水平管均用管墩或管架支撐，且設(shè)有3‰的放空坡度。

5.5 在防火堤外的泡沫混合液管上均勻布置泡沫栓，其間距不大于60m，用于撲滅流散液體火焰。

5.6 防火堤以外的泡沫混合液水平管道上設(shè)有2‰的坡度坡向放空閥。

5.7 在泡沫混合液管道上預(yù)留檢測(cè)儀表的接口。5.8 在通往泡沫產(chǎn)生器的支管上設(shè)置帶悶蓋的管牙接口。

6 在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)注意的問(wèn)題

6.1 本文所舉例子為柴油儲(chǔ)罐，柴油是不溶于水的液體，當(dāng)可燃液體是甲醇、乙醇等溶于水的液體時(shí)，其計(jì)算強(qiáng)度、滅火時(shí)間另有規(guī)定，且必須采用抗溶性泡沫液。當(dāng)泡沫站保護(hù)的罐區(qū)內(nèi)同時(shí)設(shè)有水溶性和非水溶性的液體儲(chǔ)罐時(shí)，應(yīng)采用抗溶性泡沫液。

6.2 當(dāng)采用海水作為系統(tǒng)水源時(shí)，應(yīng)選用適合于海水的泡沫液。

6.3 當(dāng)罐區(qū)內(nèi)有多種規(guī)格容量的儲(chǔ)罐時(shí)，其泡沫混合液流量，泡沫栓數(shù)量及泡沫液、水儲(chǔ)備量等均應(yīng)滿足用量最大的儲(chǔ)罐的要求。

總之，消防工作的重要不僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段，企業(yè)的日常防火工作也是非常重要的，應(yīng)做到預(yù)防為主，防消結(jié)合。除按設(shè)計(jì)要求配備必要的滅火設(shè)施外，企業(yè)還應(yīng)制定相應(yīng)的防火制度，加強(qiáng)員工安全教育，提高員工素質(zhì)，增強(qiáng)員工責(zé)任心，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，加大防火工作檢查力度，將火災(zāi)發(fā)生的可能性減到最低限度，為企業(yè)的穩(wěn)定和發(fā)展提供安全保障。