非水溶性可燃液體儲罐低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計計算

田嬋嬋

（天津市化工設(shè)計院，天津300193）

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·工程與設(shè)計·

非水溶性可燃液體儲罐低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計計算

田嬋嬋

（天津市化工設(shè)計院，天津300193）

摘要：非水溶性可燃液體儲罐的火災(zāi)應(yīng)采用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，本文以天津市某工程內(nèi)浮頂儲罐為例，對液上噴射低倍泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)計和計算進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：非水溶性；可燃液體儲罐；低倍泡沫滅火系統(tǒng)；內(nèi)浮頂儲罐；液上噴射

可燃液體儲罐區(qū)的火災(zāi)最有效的方法是采用泡沫滅火系統(tǒng)。泡沫滅火系統(tǒng)的原理是利用泡沫液密度比可燃液體密度更小，使其完全覆蓋于可燃液體的表面，從而起到隔絕空氣、切斷氧化劑來源、迅速滅火的作用［1］。低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)具有救火迅速、操控簡便，成本低等優(yōu)點，因此，被廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)可燃液體儲罐的消防滅火。本文以我院設(shè)計的天津市某工程為例，重點介紹內(nèi)浮頂儲罐液上噴射低倍泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)計計算。

1　概況

工程概況：天津某工程可燃液體儲罐區(qū)內(nèi)設(shè)置6座4000 m3的柴油儲罐，儲罐尺寸：Φ×H=16.0×22.0 （m），儲罐基礎(chǔ)高0.5m；儲罐類型：內(nèi)浮頂罐（浮盤制作材料為鋁）；物料性質(zhì)：非水溶性；火災(zāi)危險性類別：丙類。

2　泡沫滅火系統(tǒng)的選擇

2.1設(shè)計依據(jù)

可燃液體儲罐（區(qū)）消防設(shè)計的相關(guān)規(guī)范有《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160-2008）、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014）、《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50974-2014）及《石油庫設(shè)計規(guī)范》（GB50074-2002）。不同規(guī)范對消防冷卻系統(tǒng)及泡沫滅火系統(tǒng)選擇設(shè)置方面各有差異，《石油庫設(shè)計規(guī)范》與其它規(guī)范在消防冷卻水供水強度、供給范圍方面也略有不同，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)工程類型、工藝生產(chǎn)性質(zhì)等因素確定適用于本項目的設(shè)計規(guī)范。

本工程屬于中小型石油化工企業(yè)，根據(jù)工藝生產(chǎn)性質(zhì)確定設(shè)計依據(jù)為《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160-2008）、《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50151-2010）。

2.2泡沫滅火系統(tǒng)

本工程儲罐區(qū)采用固定式液上噴射低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)采用手動控制，并在罐區(qū)設(shè)置手動啟動消防泵的按鈕。本工程固定式泡沫滅火系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1　固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)

3　儲罐泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計計算

3.1設(shè)計參數(shù)的選用

3.1.1泡沫液類型的選擇：要依據(jù)泡沫混合液噴射形式、保護(hù)對象性質(zhì)以及配置泡沫混合液水源水質(zhì)選擇泡沫液的類型。規(guī)范要求“非水溶性甲、乙、丙類液體，當(dāng)采用液上噴射泡沫滅火時，應(yīng)選用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡沫液”。水成膜泡沫液具有滅火性能高、保存期長、密封性及流動性好等優(yōu)點［2］，因此，本工程選用混合液濃度為6%的水成膜泡沫液，其抗燒水平高于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《泡沫滅火劑》GB15308規(guī)定的C級的要求。

3.1.2保護(hù)面積：內(nèi)浮頂儲罐的浮盤制作材料為鋁，屬于易熔材料，因此按固定頂儲罐設(shè)計，保護(hù)面積應(yīng)按橫截面積確定，保護(hù)面積F：F=π（D/2）2

3.1.3本工程泡沫混合液供給強度q=5.0L/min·m2；連續(xù)供給時間t1=30 min；配備泡沫槍PQ4，1支；每支泡沫槍連續(xù)供給時間t2=20 min。

3.2泡沫混合液理論設(shè)計用量

儲罐區(qū)泡沫滅火系統(tǒng)撲滅一次火災(zāi)的泡沫混合液理論設(shè)計用量，應(yīng)按儲罐罐內(nèi)用量（V1）、該罐輔助泡沫槍用量（V2）、管道剩余量（V3）三者之和最大的儲罐確定［3］：

本工程中V1=Fqt1=3.14×（16/2）2×5×30/1000= 30.15 m3；V2=nQft2=1×4×60×20/1000=4.8 m3；根據(jù)儲罐區(qū)管道實際布置情況：著火罐產(chǎn)生器連接支管管徑為DN100，長70m；干管管徑DN200，總長220m，系統(tǒng)管道內(nèi)泡沫混合液剩余量V3：V3=π（ri）2Li= 7.46 m3

綜上所述：撲救一次火災(zāi)的泡沫混合液理論設(shè)計用量V：

V=Vi=30.15+4.80+7.46=42.41 m3

3.3泡沫產(chǎn)生器選型及配置

本工程最不利著火罐直徑Φ=16.0m，每個儲罐配置泡沫產(chǎn)生器2個，則單個產(chǎn)生器流量為：q=V1/ 2/t1=30.15×1000/2/（30×60）=8.37L/s。因此本工程采用的泡沫產(chǎn)生器型號為PC16，單個產(chǎn)生器的實際泡沫混合液量q實際=16L/s，進(jìn)口壓力范圍為0.3～0.6MPa。工程設(shè)計時若單個儲罐設(shè)置的泡沫產(chǎn)生器數(shù)量大于1個，應(yīng)選用同規(guī)格的泡沫產(chǎn)生器，且沿罐壁均勻布置。

3.4撲救一次火災(zāi)的泡沫混合液實際用量V實際

泡沫產(chǎn)生器的實際總流量為2q實際=32L/s，即V1實際=2q實際t1=57.6 m3，故撲救一次火災(zāi)的泡沫混合液實際用量V實際：

V實際=V1實際+V2+V3=57.6+4.8+7.46=69.68 m3

3.5壓力式泡沫比例混合裝置及消防水泵的選型

3.5.1壓力式泡沫比例混合裝置：泡沫液用量V泡沫（泡沫混合液濃度按6%計）：V泡沫=69.68×6%= 4.18m3，配制泡沫混合液所需要的用水量V水：V水= 70.17×94%=65.50 m3。泡沫儲罐應(yīng)留有泡沫液熱膨脹空間和泡沫液沉降損失部分所占空間，因此本工程選用壓力式泡沫比例混合器裝置（臥式）PHY-48/ 55型，1套，泡沫儲罐有效容量為5.5m3。壓力式泡沫比例混合裝置置于消防泵房內(nèi)，泵房環(huán)境溫度不低于5℃，符合泡沫液使用溫度的要求。

3.5.2消防水泵：本工程利用消防水泵出水進(jìn)入比例混合裝置形成泡沫混合液，由泡沫混合液專用管線輸送至儲罐區(qū)泡沫產(chǎn)生器。消防水泵流量應(yīng)為配制泡沫混合液所需水流量與著火時罐壁冷卻水流量之和，其中，配制泡沫混合液所需水流量Q=k′q實際=1.10×36=39.6 L/s，冷卻水流量約為150L/s，故消防水泵流量Q=190L/s。

最不利點泡沫產(chǎn)生器的工作壓力取0.50MPa，安裝高度約為22.53m，經(jīng)水利計算泡沫系統(tǒng)管道的水頭損失為0.10MPa，消防泵房至壓力式泡沫比例混合器裝置的水頭損失為0.06 MPa，壓力式泡沫比例混合器裝置壓力損失按進(jìn)口壓力的10%計，因此泡沫系統(tǒng)所需揚程為0.97 MPa。本工程冷卻水系統(tǒng)所需揚程為1.05Mpa，消防水泵揚程應(yīng)符合冷卻水系統(tǒng)與泡沫系統(tǒng)兩者最高的要求，故消防水泵揚程取1.05Mpa。設(shè)計人員在計算泡沫泵揚程時務(wù)必要考慮泡沫比例混合器裝置的壓力損失，否則會造成系統(tǒng)設(shè)計壓力偏小，泡沫產(chǎn)生器工作壓力不足，影響滅火效果。

4　泡沫管道的布置及管材的選用

4.1管道的布置

防火堤外泡沫混合液管道成環(huán)狀敷設(shè)，從環(huán)狀管網(wǎng)上分別引出獨立的支管連接每個泡沫產(chǎn)生器，且每個泡沫產(chǎn)生器在防火堤外設(shè)置獨立的控制閥。為了有效的撲救儲罐區(qū)防火堤內(nèi)流散的火災(zāi)，在防火堤外環(huán)狀管網(wǎng)上均勻布置泡沫消火栓，型號為SSPS150/65-1.6，間距不應(yīng)大于60m。

泡沫混合液的立管下端距地面0.5m處設(shè)有蝶閥，用于銹渣的清掃。

泡沫混合液水平管道應(yīng)敷設(shè)在管墩或管架上，但不應(yīng)與管墩、管架固定［4］［5］，水平管道與罐壁上立管之間用不銹鋼材質(zhì)的金屬軟管連接，防止地面沉降、管道熱脹冷縮對管道的影響。

防火堤內(nèi)的泡沫管道應(yīng)有3‰坡度坡向防火堤，在防火堤外設(shè)放空井。防火堤外的泡沫管道應(yīng)有2‰坡度坡向放空閥［5］。

固定式泡沫滅火系統(tǒng)應(yīng)具備半固定的功能，故在防火堤外，距離地面0.7m處設(shè)置帶悶蓋的管牙接口。

泡沫混合液管道上設(shè)有試驗檢測接口，并在防火堤外側(cè)的水平管道上設(shè)置檢測泡沫產(chǎn)生器工作壓力的壓力表。

4.2管材

泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計時管材選擇至關(guān)重要，本工程泡沫混合液管道采用內(nèi)外熱鍍鋅鋼管，卡箍連接，閥門處法蘭連接。內(nèi)外熱鍍鋅鋼管能有效的預(yù)防泡沫混合液管道腐蝕生銹，保證泡沫產(chǎn)生器的正常工作。防火堤內(nèi)的法蘭墊片必須采用不然材料或難燃材料，設(shè)計時要注意選用符合要求的墊片材質(zhì)，不給消防滅火工作帶來隱患。

5　結(jié)語

（1）泡沫液儲罐選型時應(yīng)根據(jù)實際配置的泡沫產(chǎn)生器規(guī)格進(jìn)行核算，最終確定泡沫混合液的實際用量。

（2）泡沫系統(tǒng)同時保護(hù)水溶性和非水溶性甲、乙、丙類液體時，必須選用抗溶性泡沫液。配置泡沫混合液水源的水質(zhì)與水溫必須符合要求，水溫宜為4～35℃。

（3）泡沫消防泵站的位置必須滿足消防設(shè)施啟動后，泡沫混合液輸送至保護(hù)對象的時間不大于5min，且與被保護(hù)儲罐的距離不宜小于30m。

（4）儲罐區(qū)固定式泡沫滅火系統(tǒng)應(yīng)具備半固定式系統(tǒng)功能，建議在通向泡沫產(chǎn)生器的支管設(shè)置帶控制閥的管牙接口。

（5）泡沫液宜儲存在通風(fēng)干燥的房間或敞棚內(nèi)，儲存溫度應(yīng)符合泡沫液的使用溫度，一般為0～40℃。設(shè)計人員必須考慮存放泡沫液場所的環(huán)境溫度，防止泡沫液失效，泡沫系統(tǒng)不能有效、及時滅火，造成整個廠區(qū)經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡。

參考文獻(xiàn)：

［1］王春華.固定頂儲罐泡沫滅火系統(tǒng)的消防設(shè)計和計算〔J〕安全科學(xué)技術(shù)，2006（2）.

［2］趙曉燕，馮娜.可燃液體儲罐區(qū)消防系統(tǒng)的設(shè)計要點〔J〕.天津化工，2012（2）26.

［3］陳桂鳳.低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計探討〔J〕.輕金屬，2009（9）.

［4］秘義行，吳洪有.低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計〔J〕.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，1998（51）.

［5］GB50151-2010，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》〔S〕.

［6］GB50160-2008，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》〔S〕.

doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.016

中圖分類號：TU892

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C

文章編號：1008-1267（2016）01-0047-03

收稿日期：2015-07-20