石油儲(chǔ)罐消防安全設(shè)計(jì)

周方媛，張巨偉

（遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001）

石油儲(chǔ)罐消防安全設(shè)計(jì)

周方媛，張巨偉

（遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001）

消防系統(tǒng)分為滅火系統(tǒng)和安全疏散系統(tǒng)。隨著人們對(duì)火災(zāi)安全重視度的提高及科技的不斷發(fā)展，我們在滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)備研究，疏散軟件研發(fā)及性能化防火等方面都有了很大的提升。其目的就是為了確保消防設(shè)施在工業(yè)企業(yè)中能真正有效的應(yīng)用，起到預(yù)防，滅火，減少損失的作用。石油化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中存在著一系列的安全問題，因?yàn)槠渖a(chǎn)過程中常伴隨著高溫、高壓、氧化、還原或臨氫等化學(xué)反應(yīng)。如果遇到操作不當(dāng)或失誤，引起的火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)性比非化工企業(yè)要大，容易發(fā)生更為嚴(yán)重的安全事故。根據(jù)多起消防火災(zāi)案例及消防法規(guī)，結(jié)合國內(nèi)外油品防火設(shè)計(jì)思路，我們從石油儲(chǔ)罐的危險(xiǎn)性研究和消防系統(tǒng)布置為主進(jìn)行了合理化設(shè)計(jì)。

消防系統(tǒng)；安全管理；石油儲(chǔ)罐；火災(zāi)控制

近年來，伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，石油化工等領(lǐng)域在人們的日常生活中占領(lǐng)著十分重要的作用。這是一個(gè)特殊的領(lǐng)域，由于其物品種類繁多，易燃易爆，工藝過程復(fù)雜，工藝控制參數(shù)多，操作要求高，生產(chǎn)規(guī)模大型化等特點(diǎn)在安全領(lǐng)域也是重中之重。石化領(lǐng)域安全事故多為爆炸性火災(zāi)，火勢發(fā)展迅速，易發(fā)生連鎖式爆炸及立體性火災(zāi)[1]。由此可知消防安全常常是石油化工領(lǐng)域發(fā)生嚴(yán)重人身傷害，財(cái)產(chǎn)損失的原因。根據(jù)近幾年我國油氣泄露，石油化工設(shè)備故障，原料爆炸等多起事故特點(diǎn)進(jìn)行分析不難看出加強(qiáng)消防工作管理的重要性。然而人們在只追求一時(shí)企業(yè)利益的同時(shí)，往往會(huì)忽略消防安全的管理工作，留下了一系列的安全消防隱患，造成了違背消防法規(guī)的行為，甚至給人們生活生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重而不可挽回的后果。

1 液化石油儲(chǔ)罐區(qū)安全系統(tǒng)

1.1 液化石油儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)隱患

液化石油氣（LPG）,也叫液化氣，由揮發(fā)性丙烯、丙烷、丁烯和丁烷幾個(gè)液體組成的可燃性混合物[2]。液化石油氣在儲(chǔ)存過程中稍有不慎，泄露逸散到空氣中，遇到火源，就會(huì)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，甚至造成更大傷亡和損失。這種火災(zāi)已被證明是一種池火，我國消防實(shí)驗(yàn)室對(duì)池火火災(zāi)模型化進(jìn)行分析，研究池火燃燒火焰的基本特性以及熱輻射傳播規(guī)律?；诔鼗馃彷椛涞奈：π裕朦c(diǎn)火源模型計(jì)算法和Mudan計(jì)算法[3]兩種模型化的熱輻射計(jì)算分析方法。美國這項(xiàng)工作是委托衛(wèi)生和安全倆個(gè)部門執(zhí)行，以協(xié)助評(píng)估火災(zāi)對(duì)石油氣裝置導(dǎo)致沸騰液體擴(kuò)展蒸汽爆炸（BLEVE）事故的風(fēng)險(xiǎn)。通過模擬實(shí)驗(yàn)研究了液態(tài)丁烷，丙烷噴射火焰的不同特點(diǎn)和對(duì)儲(chǔ)罐的影響（Billinge,Moodie,Beckett,1986）[4]。國內(nèi)外液化石油氣（LPG）儲(chǔ)罐通常采用水噴霧來保護(hù)，但不確定性仍能造成噴射火從液體或液化石油氣兩個(gè)階段釋放并造成損失。液化石油氣儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)的原因是多方面的，概括起來主要有以下幾種情況。

（1）儲(chǔ)罐區(qū)的布置和防火間距不符合規(guī)范要求，易受外來因素的影響，導(dǎo)致火災(zāi)，爆炸事故的發(fā)生并蔓延擴(kuò)大[5]。例如，儲(chǔ)罐或罐區(qū)與明火或散發(fā)火花地點(diǎn)的間距不合理，儲(chǔ)罐區(qū)選址不當(dāng)?shù)取?/p>

（2）設(shè)備質(zhì)量以及安裝存在技術(shù)問題。儲(chǔ)罐、管道、閥門等設(shè)備質(zhì)量或安全不符合安全技術(shù)要求，易造成泄漏事故。

（3）儲(chǔ)罐的檢測儀表、安全裝置及消防設(shè)備等不可靠。例如液化石油氣儲(chǔ)罐夏季受太陽直曬、罐體氣相部分溫度升高，液體大量蒸發(fā)，壓力上升；由此引起的溫度和壓力的變化會(huì)造成應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使儲(chǔ)罐產(chǎn)生裂紋或脆裂。在這種情況下，若無冷卻降溫噴淋設(shè)施，或該設(shè)施不能正常運(yùn)行，均可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。

（4）工作人員缺乏安全知識(shí)，違規(guī)操作。例如不了解液化石油氣的性質(zhì)，對(duì)液化石油氣的危害沒有足夠的認(rèn)識(shí)；罐區(qū)擅自動(dòng)用明火或使用時(shí)無專人看管；不按安全操作規(guī)程，違章作業(yè)等，具體如下：

（a）充裝過量或罐體受到外界高溫作用；

（b）防雷，防靜電措施不當(dāng)，引起火災(zāi)；

（c）管理不善，各項(xiàng)規(guī)章制度不健全。

2 液化石油氣儲(chǔ)罐區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 液化石油儲(chǔ)罐區(qū)消防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可燃?xì)怏w/火災(zāi)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)報(bào)警控制器、紅外火焰探測器及報(bào)警器、固定點(diǎn)式可燃?xì)怏w檢測器及報(bào)警器、點(diǎn)型感煙探測器、線性感溫探測器、信號(hào)傳輸控制電纜、輸入輸出模塊、手動(dòng)報(bào)警按鈕、聲光報(bào)警器等設(shè)備組成。

2.2 系統(tǒng)工藝流程

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種觸發(fā)裝置[6]。在自動(dòng)操作方式下，按系統(tǒng)設(shè)定的聯(lián)動(dòng)動(dòng)作順序和時(shí)間間隔自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備。在手動(dòng)操作方式下，操作員可直接操作所有的聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備。在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，防護(hù)對(duì)象區(qū)域會(huì)發(fā)生聲、光、溫、煙等火災(zāi)參數(shù)的變化。而各個(gè)參數(shù)都有一定的探測標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)防護(hù)區(qū)溫度達(dá)到報(bào)警熱度，或產(chǎn)生的煙霧的濃度達(dá)到報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，探測器變立即發(fā)生響應(yīng)，聯(lián)動(dòng)向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)出信號(hào)。工作人員會(huì)在發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場火災(zāi)時(shí)迅速按下手動(dòng)報(bào)警按鈕，這個(gè)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)?；馂?zāi)報(bào)警控制器發(fā)出火災(zāi)信號(hào)，火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警聲，顯示報(bào)警點(diǎn)，啟動(dòng)現(xiàn)場聲光報(bào)警器并打印出輸出火警發(fā)生時(shí)間及部位，同時(shí)可根據(jù)需要聯(lián)動(dòng)相關(guān)設(shè)備，如空調(diào)、風(fēng)機(jī)。當(dāng)防護(hù)對(duì)象區(qū)域發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，區(qū)域可燃?xì)怏w濃度上升，可燃?xì)怏w檢測器可將可燃?xì)怏w你那個(gè)度轉(zhuǎn)換成4～20 mA模擬量信號(hào)和無源觸點(diǎn)信號(hào)輸送給可燃?xì)怏w報(bào)警器；可燃?xì)怏w報(bào)警器發(fā)火警報(bào)警聲顯示，同時(shí)，將濃度信號(hào)以無源觸點(diǎn)信號(hào)方式傳送給火災(zāi)報(bào)警控制器，火災(zāi)報(bào)警控制器能進(jìn)行信號(hào)處理，啟動(dòng)聲光報(bào)警器，同時(shí)打印輸出。當(dāng)防護(hù)對(duì)象區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，區(qū)域會(huì)產(chǎn)生火焰，火焰探測器將火焰頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20 mA模擬量信號(hào)和無源觸點(diǎn)信號(hào)輸送給火焰報(bào)警器；火焰報(bào)警器發(fā)火警，報(bào)警系統(tǒng)信號(hào)經(jīng)處理后啟動(dòng)聲光報(bào)警器，同時(shí)打印輸出。

2.3 液化石油氣儲(chǔ)罐區(qū)消防設(shè)備設(shè)計(jì)

2.3.1 儲(chǔ)罐區(qū)消防設(shè)備規(guī)定

石油庫應(yīng)設(shè)消防設(shè)施，石油庫的消防設(shè)施設(shè)置應(yīng)根據(jù)石油庫等級(jí)、儲(chǔ)罐型式、液體火災(zāi)危險(xiǎn)性及鄰近單位的消防協(xié)作條件等因素綜合考慮確定，儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)消防冷卻水系統(tǒng)[7]。

2.3.2 儲(chǔ)罐區(qū)防火設(shè)計(jì)

為了減少液化石油儲(chǔ)罐設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，需要按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行綜合性的考慮，如布局，防火間距，供水系統(tǒng)，火災(zāi)危險(xiǎn)性等因素。合理給排水性的控制將有助于限制火焰的傷害程度，系統(tǒng)中救災(zāi)能力及設(shè)備的完整性也是有效減少風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。儲(chǔ)罐區(qū)保護(hù)系統(tǒng)是否需要冷卻水，需要知道一個(gè)相鄰油罐的預(yù)期輻射熱通量，如果最高容器罐體溫度沒有沒被冷卻水降低，則必須引進(jìn)其他特定的風(fēng)險(xiǎn)管理方法并進(jìn)行分析。一般來說，有三種主要方法適用于石油儲(chǔ)罐區(qū)的冷卻或滅火：雨淋系統(tǒng)滅火，固定檢測和水噴霧系統(tǒng)。此外，也可用便攜式設(shè)備，如地面和拖車式滅火器。

第一種方法涉及使用雨淋滅火系統(tǒng)及某些形式的水分配器作為配套，這可能包括高容量噴頭，多孔管。下溢或上溢使水均勻地分布在球體的表面上;水通過管道網(wǎng)絡(luò)向上流動(dòng)，在球體的頂部溢出。這種類型的水分配器是常用的，但很容易產(chǎn)生腐蝕從而造成積水和堵塞，并且需要增加預(yù)防性維護(hù)。

第二種方法是固定檢測，允許使用固定消防栓安裝監(jiān)視器或把火區(qū)各個(gè)顯示器連接到火災(zāi)鏈上并把水供給到火災(zāi)區(qū)域。在這種情況下，由操作人員手動(dòng)打開閥以允許水流到石油氣儲(chǔ)罐。此過程在高溫，高熱量下進(jìn)行，很容易在著火條件下發(fā)生危險(xiǎn)。同時(shí)設(shè)計(jì)過程中需要仔細(xì)研究廠房及容器的布局。固定顯示器位置和數(shù)量必須進(jìn)行審查和實(shí)地測試，以確保正確的應(yīng)用過程中水能均勻分布到儲(chǔ)罐處。

第三個(gè)方法是使用水噴霧系統(tǒng)。噴頭布置在儲(chǔ)罐的表面，水則通過管道供給到液化石油氣罐區(qū)表面。噴霧噴嘴被定位，以形成有利于球體表面區(qū)域完全被覆蓋的網(wǎng)格圖案。

2.4 液化石油氣儲(chǔ)罐區(qū)的安全消防管理

液化石油氣儲(chǔ)罐周圍一旦發(fā)生火災(zāi)，在火災(zāi)環(huán)境的影響下儲(chǔ)罐區(qū)液化石油氣的溫度和壓力會(huì)迅速升高，同時(shí)便隨著強(qiáng)度會(huì)迅速下降，在一定條件下儲(chǔ)罐即會(huì)發(fā)生爆炸[8]。因此我們要做好儲(chǔ)罐區(qū)的安全消防管理工作。

（1）罐區(qū)內(nèi)的操作人員必須熟悉液化石油氣有關(guān)知識(shí)，經(jīng)有關(guān)部門培訓(xùn)考核合格后，方可上崗操作。

（2）每4個(gè)小時(shí)至少應(yīng)對(duì)罐區(qū)巡視檢查一次，并認(rèn)真填寫運(yùn)行記錄，要注意檢查設(shè)備、管道、閥門有無跑、冒、漏、滴現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)正確處理。

（3）罐區(qū)內(nèi)的閥門、管道等應(yīng)編號(hào)、掛牌，以防誤操作。

（4）禁止儲(chǔ)罐過量充裝，充裝量嚴(yán)禁超過罐體容積的85%。

（5）罐區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁煙火、嚴(yán)禁一切能夠產(chǎn)生火花的作業(yè)，進(jìn)入罐區(qū)內(nèi)的各種機(jī)動(dòng)車輛，必須裝有火星熄滅裝置，在罐區(qū)內(nèi)不準(zhǔn)修車、擦車、放水；不得在罐區(qū)拋易燃、易爆或產(chǎn)生火花的物品；嚴(yán)禁閑人進(jìn)入罐區(qū)內(nèi)等。

（6）要健全安全操作規(guī)程和各項(xiàng)安全規(guī)定，并嚴(yán)格遵守。

3 結(jié)束語

石油化工領(lǐng)域的消防問題關(guān)系著整個(gè)企業(yè)工作有序進(jìn)行，員工的安全及財(cái)產(chǎn)的保證。儲(chǔ)罐區(qū)域內(nèi)消防設(shè)備的完善，消防系統(tǒng)合理的布置及有效的管理預(yù)案對(duì)提高石化設(shè)備的安全性有著至關(guān)重要的作用。一套完善合理的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)擔(dān)負(fù)著及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，減少損失，提高安全意識(shí)的重要責(zé)任。本文則根據(jù)現(xiàn)行的消防法規(guī)及石油化工領(lǐng)域安全規(guī)范進(jìn)行整合，提出了對(duì)消防安全問題的解決方案。目的在于提高人們的消防意識(shí)，正確的進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括對(duì)油罐之間的防火間距，火災(zāi)等級(jí)，油品危險(xiǎn)性及相關(guān)的防火措施進(jìn)行討論，更有效的提高整個(gè)石化設(shè)備的安全性，可靠性。

［1］GB50016-2006 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 [S].

［2］Craig Shelley, Anthony Cole. Fire Protection and response for LP G bulk storage installations. [EB/OL] [2005-08-01]. http://www.fir eengineering.com/articles/print/volume-158/issue-8/features/fire-prot ection-and-response-for-lpg-bulk-storage-installations.html.

［3］胡超，朱國慶，吳維華，沈一洲. 池火危害模型化計(jì)算分析研究[J]. 消防科學(xué)與技術(shù)，2011（7）：1-4.

［4］Billinge, Moodie, Beckett. Efficacy of water spray protection against propane and butane jet fires impinging on LPG storage tanks [J]. Journal of Loss prevention in the process Industries, 2004(17): 111-118.

［5］GB50160-2008 石油化工企業(yè)防火規(guī)范 [S].

［6］GB50116-98 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

［7］GB50074-2002 石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

［8］徐曉楠. 消防燃燒學(xué)[M] .北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

Fire Safety Design of Oil Storage Tanks

ZHOU Fang-yuan，ZHANG Ju-wei
（School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Fire extinguishing system and safety evacuation system are two parts of firefighting engineering. With the increase of people's attention degree to the fire safety and continuous development of the technology, fire extinguishing system design, equipment research, evacuation software development, performance-based fire protection and other aspects have been greatly improved. Its purpose is to ensure that fire safety facilities in industrial enterprises can be effectively applied to realize fire prevention and fire extinguishment function. The production processes in petrochemical enterprises are often accompanied by high temperature, oxidation, reduction, or the presence of hydrogen and other chemical reactions, once out of control, the fire and explosion hazard is higher than other non-chemical companies, the consequences of an accident is more serious. In this paper, according to more than fire cases and fire regulations, the risk of oil storage tanks was studied as well as arrangement of the fire-fighting system, reasonable design was discussed.

Fire systems; Security management; Oil storage tanks; Fire control

TE 821

A

1671-0460（2014）11-2302-03

2014-06-17

周方媛，女，遼寧沈陽人，碩士學(xué)位，研究方向：安全科學(xué)與工程。E-mail：416886489@qq.com。