臥式液氨儲(chǔ)罐夏季降溫及消防冷卻設(shè)計(jì)

魯曉鵬 王桂彩

（秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司 秦皇島 066001）

0 引言

在玻璃工業(yè)生產(chǎn)中，液氨被經(jīng)常用來分解制氫。液氨具有腐蝕性，有毒，易揮發(fā)，液氨儲(chǔ)罐屬于乙類，為確保夏季炎熱氣溫下及發(fā)生火災(zāi)時(shí)液氨儲(chǔ)罐罐壁溫度不致過高，應(yīng)對(duì)液氨儲(chǔ)罐分別設(shè)置夏季降溫冷卻用水系統(tǒng)及消防冷卻用水系統(tǒng)。

本文參考GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》及地上式臥式儲(chǔ)罐有關(guān)的消防規(guī)定，對(duì)某玻璃廠二座15 m3無保溫臥式液氨儲(chǔ)罐進(jìn)行夏季降溫及消防冷卻設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

夏季降溫冷卻用水由設(shè)在罐區(qū)的集水坑及潛水泵供給。當(dāng)罐內(nèi)溫度超過35 ℃時(shí)，啟動(dòng)潛水泵降溫，水經(jīng)儲(chǔ)罐表面換熱后流至排水溝，再回到集水坑，形成循環(huán)。

儲(chǔ)罐消防冷卻采用固定式水噴霧和移動(dòng)水槍冷卻方式。固定式水噴霧用水由廠區(qū)消防泵房的噴淋泵供給。液氨罐區(qū)外設(shè)兩個(gè)室外消火栓，作為消防冷卻移動(dòng)水槍的水源。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，探測(cè)器聯(lián)動(dòng)打開儲(chǔ)罐水噴霧系統(tǒng)入口雨淋閥同時(shí)啟動(dòng)噴淋泵，系統(tǒng)噴水冷卻，液氨罐區(qū)外移動(dòng)水槍也可進(jìn)行噴水冷卻。消防用水排入罐區(qū)圍堰及事故池，待火災(zāi)過后由專業(yè)人員將事故水轉(zhuǎn)運(yùn)處理。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

夏季降溫冷卻用水依GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（2018年版），供給強(qiáng)度為消防冷卻強(qiáng)度的一半，為3 L/（min·m2）（即0.18 m3/（h·m2））。

固定式水噴霧依GB 50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（2018年版）第8.10.13條，供給強(qiáng)度6 L/（min·m2）（即0.36 m3/（h·m2））。

消防冷卻移動(dòng)水槍依GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 》（2018年版）表3.4.5-2，設(shè)計(jì)流量為15 L/s。

單罐長(zhǎng)度5.2 m，單罐直徑2 m。

2.2 系統(tǒng)布置及設(shè)計(jì)計(jì)算

夏季降溫冷卻及固定式冷卻平面示意見圖1，剖面示意見圖2。

圖1 夏季降溫冷卻及固定式冷卻平面示意

圖2 夏季降溫冷卻及固定式冷卻剖面示意

2.2.1 單罐夏季降溫冷卻系統(tǒng)

在管頂沿罐長(zhǎng)方向設(shè)置兩根DN50的內(nèi)外壁熱浸鍍鋅鋼管，管中心高出罐頂0.3 m，管道每隔200 mm開一個(gè)f4 mm的小洞，開洞方向與豎直方向夾角45°并指向罐體（圖3）。每根管道盡頭設(shè)置一個(gè)DN50的閘閥，當(dāng)管道及小孔被體積較大的雜物堵塞時(shí)，打開盡頭的閘閥進(jìn)行疏通。夏季降溫冷卻水流經(jīng)管壁發(fā)生熱交換后，沿管壁流至地面，后又流至液氨罐區(qū)四周設(shè)置的排水溝，最后流回集水坑，經(jīng)集水坑內(nèi)設(shè)置的潛水泵加壓后，循環(huán)使用。排水溝溝寬200 mm，起點(diǎn)深0.2 m，坡度1%，上設(shè)不銹鋼或鑄鐵箅子，防止較大雜物進(jìn)入集水坑，在排水溝與集水坑交接處設(shè)置一道細(xì)格柵，防止較小雜物進(jìn)入集水坑。柵條采用直徑8 mm的圓鋼，柵條中心間距25 mm，格柵傾角120°。集水坑設(shè)置DN25的自來水補(bǔ)水管并設(shè)浮球閥，為防止回流污染，自來水補(bǔ)水管管口最低點(diǎn)高出集水坑溢流邊緣的空氣間隙≮150 mm。集水坑內(nèi)設(shè)置2臺(tái)潛水泵，一用一備，并設(shè)高低水位報(bào)警及低水位自動(dòng)停泵控制裝置。最低水位的設(shè)置需滿足潛水泵吸水要求，一般≮200 mm，最低報(bào)警水位一般為高出坑底150 mm，目的是為了防止控制故障時(shí)水泵空轉(zhuǎn)而燒毀電機(jī)。集水坑有效容積應(yīng)不小于一臺(tái)水泵5 min的出水量。潛水泵出水管上設(shè)軟接頭、止回閥、檢修閘閥及壓力表。潛水泵總水管還應(yīng)設(shè)置一泄污管，用于清洗集水坑時(shí)排出其中污水。

圖3 夏季降溫冷卻管開孔示意

夏季降溫冷卻系統(tǒng)計(jì)算：

規(guī)范規(guī)定供給強(qiáng)度為3 L/（min·m2）（即0.18 m3/（h·m2））。

罐表面積為：2p·r（r＋h）＝2×3.14×1×（1＋5.2）＝38.94（m2）

則規(guī)范規(guī)定單罐夏季降溫總流量Q1＝0.18×38.94/3.6＝1.947（L/s）

單個(gè)小孔處的流量及流速，可根據(jù)穿孔管孔口自由出流公式（1）計(jì)算：

取孔口流量系數(shù) m＝0.6，孔口斷面 f ＝19.625 mm2，流速系數(shù) j＝0.97，g＝9.81 m/s2，h取5 m

計(jì)算得：q＝0.075 L/s，v＝9.60 m/s。

單罐小孔個(gè)數(shù)n＝5.2/0.2×2＝52（個(gè)）

則實(shí)際單罐夏季降溫的總流量Q2＝0.075×52＝3.9 L/s＞Q1，滿足規(guī)范要求，罐區(qū)2個(gè)液氨罐夏季降溫的總流量Q3＝3.9×2＝7.8 L/s。

2.2.2 單罐固定式水噴霧系統(tǒng)

沿罐長(zhǎng)方向設(shè)置6排噴頭，每排噴頭間距1.2 m，單排噴頭環(huán)向布置，對(duì)罐體進(jìn)行全覆蓋保護(hù)，噴頭之間夾角120°（圖2），采用ZSTWB/SLS232-40-120型噴頭，流量系數(shù)18.9，噴射角120°，有效距離1.8 m，工作壓力0.2 MPa。噴頭環(huán)向半徑1.8 m，管道環(huán)向半徑2.3 m。固定式水噴霧系統(tǒng)在最低點(diǎn)設(shè)DN20泄水閥，管道安裝完畢進(jìn)行水壓試驗(yàn)合格后及冬季使用后應(yīng)及時(shí)通過泄水閥將系統(tǒng)內(nèi)的水排出，以防管道凍裂。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，罐體探測(cè)器聯(lián)動(dòng)打開罐區(qū)水噴霧系統(tǒng)入口雨淋閥同時(shí)啟動(dòng)噴淋泵，系統(tǒng)噴水冷卻，此時(shí)罐體有可能發(fā)生局部泄漏，因此消防冷卻水與液氨的混合液體及罐體本身存放的液氨應(yīng)妥善處置，一般在液氨罐區(qū)附近設(shè)置一事故池，事故池應(yīng)分為兩格，一格為事故時(shí)專門接受罐體存放的液氨，另一格為存放消防冷卻水與液氨的混合液體。事故池的有效容積一般為“罐組內(nèi)最大儲(chǔ)罐容積泄漏量＋初期雨水＋消防廢水-裝置或罐區(qū)圍堰內(nèi)凈空容量-事故廢水管道容量”。罐區(qū)圍堰與事故池之間設(shè)置連接管并設(shè)置一個(gè)電動(dòng)控制閥，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，打開此閥門，消防廢水則進(jìn)入事故池，待滅火完畢后，由專業(yè)人員將消防廢水轉(zhuǎn)運(yùn)并進(jìn)行專業(yè)的無害化處理。事故池池頂設(shè)置人孔，一般為800 mm×800 mm，人孔下設(shè)不銹鋼爬梯，事故池池底設(shè)置一集水坑，方便專業(yè)人員使用專業(yè)設(shè)備將消防廢水抽出。事故池池頂設(shè)置一DN150的通氣管，用來排出消防廢水流入事故池時(shí)池內(nèi)的空氣，通氣管高出地面應(yīng)≮4.5 m，是為了防止氨氣溢出從而產(chǎn)生危害。通氣管四周設(shè)混凝土墩，用來拉緊通氣管。事故池應(yīng)做防液氨腐蝕及防漏處理。事故池周圍也應(yīng)設(shè)置危險(xiǎn)警示牌，嚴(yán)禁無關(guān)人員靠近。

固定式水噴霧系統(tǒng)計(jì)算：

規(guī)范規(guī)定供給強(qiáng)度為6 L/（min·m2）（即0.36 m3/（h·m2））。

罐表面積為：2p·r（r＋h）＝2×3.14×1×（1＋5.2）＝38.94（m2）

則規(guī)范規(guī)定單罐固定冷卻流量Q4＝0.36×38.94/3.6＝3.894（L/s）

單噴頭流量及流速，可根據(jù)式（2）計(jì)算：

K＝18.9，P取0.2 MPa

單罐噴頭個(gè)數(shù)n＝6×3＝18個(gè)

則實(shí)際單罐固定冷卻流量Q5＝0.45×18＝8.1 L/s＞Q4，滿足規(guī)范要求，罐區(qū)2個(gè)液氨罐的總流量Q6＝8.1×2＝16.2 L/s。

移動(dòng)水槍設(shè)計(jì)流量為15 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為6 h，則總消防用水量為（16.2＋15）×3.6×6＝674 m3＞500 m3，消防水池宜設(shè)兩格能獨(dú)立使用的消防水池。

3 系統(tǒng)安裝要求

3.1 管材

消防給水管和夏季降溫冷卻循環(huán)水管采用內(nèi)外壁熱鍍鋅鋼管，需拆卸部位采用管卡或法蘭接，其它部位螺紋連接。管道工作壓力為0.35 MPa。法蘭與管道焊接處，應(yīng)進(jìn)行熱防腐處理；集水坑補(bǔ)水管采用S4級(jí)PP-R管，熱熔連接；排水管道采用柔性鑄鐵管，承插連接。泄污管采用無縫鋼管，焊接；其他采用不銹鋼管，焊接。

3.2 閥門

管徑>50 mm時(shí)采用蝶閥，其它管徑采用全銅質(zhì)截止閥。公稱壓力均為1.6 MPa。固定式水噴霧滅火系統(tǒng)入口采用 ZSFY/SL-S360雨淋閥。

3.3 管道安裝及試壓

管道采用的托架及支架，不允許焊接在罐體上，可沿罐體作弧形托架，支架宜放在地面。管道安裝完畢后，應(yīng)進(jìn)行試壓。消防固定式噴霧系統(tǒng)試驗(yàn)壓力1.4 MPa，其他系統(tǒng)0.9 MPa。

4 結(jié)語

液氨作為一種化工原料，在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，而其又具有腐蝕性，有毒，易揮發(fā)，時(shí)有事故發(fā)生。因此應(yīng)重視液氨罐區(qū)的消防措施，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，應(yīng)安排專業(yè)人員定期巡檢，保證消防設(shè)施的正常運(yùn)行，從而能及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，大幅度提高罐區(qū)的安全性。