浮頂油罐消防泡沫堰板的安全設計①

劉發(fā)安 賈秉魯

(1.中國石油工程建設有限公司華北分公司；2.中國石油華北石化公司)

浮頂油罐具有存儲油品損耗小、油氣對大氣環(huán)境污染小等優(yōu)點，作為儲備石油產品的常用設備被廣泛應用于各類石油站庫中。浮頂油罐的浮頂漂浮在儲液面上，浮頂與罐壁之間有一個環(huán)形空間，環(huán)形空間中有密封元件，浮頂與密封元件一起構成儲液面上的覆蓋層，隨著儲液上下浮動，使得罐內的儲液與大氣完全隔開，減少儲液存儲過程中的蒸發(fā)損耗，保證安全并減少大氣污染[1]。然而浮頂與罐壁之間的環(huán)形空間的密封裝置無法做到完全密封，在環(huán)形密封處仍會有油氣蒸發(fā)，極易引發(fā)浮頂油罐著火。為此，在浮頂油罐環(huán)形空間處設置消防泡沫堰板，著火時，存放在消防泡沫堰板與罐壁之間的消防泡沫液可以完全覆蓋在著火點上，及時滅火。

在某石油儲備庫項目設計中，初步設計時，消防泡沫堰板高度按照經(jīng)驗取值0.9m，并沒有核實是否滿足“泡沫堰板高度應高于二次密封頂端0.3m”的要求。該問題經(jīng)審查專家發(fā)現(xiàn)后并提出修改要求，經(jīng)廠家確認二次密封安裝高度為0.68m后，最終確定消防泡沫堰板高度為0.98m。在施工圖設計中也是按此數(shù)值進行設計的，并沒有核實二次密封的安裝詳細尺寸與安裝基準尺寸。油罐施工后進行檢查，發(fā)現(xiàn)設計無法滿足規(guī)范要求，因此必須整改，造成了一定的經(jīng)濟損失。該項目在進行消防泡沫堰板設計時：設計人員僅依據(jù)已有經(jīng)驗進行設計，而忽略了對相關規(guī)范的認真研讀和學習；設計人員忽視了二次密封的具體安裝結構，因此造成消防泡沫堰板的設計高度存在問題。另外，不同的規(guī)范對消防泡沫堰板的高度要求也不同。

為此，筆者針對規(guī)范要求以及浮頂和二次密封結構的特點，對消防泡沫堰板的結構設計進行分析，以保證消防泡沫堰板設計的合理性和安全性。

1 消防泡沫堰板的結構設計

1.1 結構型式

浮頂油罐消防泡沫堰板(圖1)主要由泡沫堰板、邊緣角鋼和支撐角鋼組成。消防泡沫堰板位于浮頂邊緣艙的浮頂板上，距罐壁一定的距離，沿圓周方向在浮頂上布置一圈。泡沫堰板與罐壁之間形成一個環(huán)形空間，用以存儲消防泡沫液。安裝時如果泡沫堰板與量油管和導向管發(fā)生碰撞，應適當調整其方向和轉向，繞過量油管和導向管。根據(jù)浮頂油罐的大小，在泡沫堰板上設置合理數(shù)量的扶手和踏步，以方便操作人員進入環(huán)形空間進行安裝和檢修。

圖1 浮頂油罐消防泡沫堰板結構示意圖

1.2 材料選擇

由于消防泡沫堰板的作用是存放消防泡沫液，不需要承受復雜的外力，因此堰板材料通常選用Q235B，厚度4mm；邊緣角鋼和支撐角鋼均選用Q235B，角鋼規(guī)格50mm×4mm。

1.3 關鍵結構尺寸

消防泡沫堰板結構設計的關鍵尺寸包括消防泡沫堰板距離罐壁的距離W和堰板高度H：消防泡沫堰板距離罐壁的距離影響消防泡沫液的用量，堰板高度影響消防泡沫液的滅火效果。

2 消防泡沫堰板高度的確定

2.1 不同規(guī)范對消防泡沫堰板高度的規(guī)定

在設計項目中，執(zhí)行不同的規(guī)范對消防泡沫堰板高度有不同的要求，因此要認真區(qū)分。

當浮頂油罐的泡沫滅火系統(tǒng)執(zhí)行GB 50151-2010《泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》[2]時，第4.3.3條內容規(guī)定“當泡沫噴射口設置在罐壁頂端、密封或擋雨板上方時，泡沫堰板應高出密封0.2m；當泡沫噴射口設置在金屬擋雨板下部時，泡沫堰板高度應不小于0.3m?！?，“當泡沫噴射口設置在罐壁頂端時，泡沫堰板與罐壁的間距應不小于0.6m；當泡沫噴射口設置在浮頂上時，泡沫堰板與罐壁的間距應不小于0.6m?！?。因此，為了保證泡沫能夠通過二次密封進入著火部位，堰板高度必須高于二次密封頂端，一般二次密封的安裝高度在0.7m左右，為了保證泡沫堆積高度，一般規(guī)定堰板高度不小于0.9m。

當浮頂油罐項目執(zhí)行GB 50074-2014《石油庫設計規(guī)范》[3]時，由于規(guī)范未對泡沫堰板高度提出特殊要求，因此可參照GB 50151-2010《泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》第4.3.3條執(zhí)行，即堰板高度在不低于0.9m的同時，應高于二次密封頂端0.2m。

當浮頂油罐項目執(zhí)行GB 50737-2011《石油儲備庫設計規(guī)范》[4]時，其第8.3.8條對消防泡沫堰板提出了不同的具體設計要求，即“泡沫產生器噴射口宜設置在罐壁頂端。泡沫堰板的高度應高于二次密封頂端0.3m，且不小于0.9m；泡沫堰板與罐壁的間距宜為0.9～1.2m。”。

綜上所述，項目設計時應根據(jù)浮頂油罐所在項目執(zhí)行的標準規(guī)范和二次密封的實際安裝高度進行堰板高度設計。

2.2 堰板高度的設計

消防泡沫堰板高度H的表達式為：

H=h1+h2+h3+h4

式中h1——消防泡沫堰板在浮頂板上的安裝位置至浮頂板與邊緣板交點的高差；

h2——邊緣板高出浮頂板的高度；

h3——二次密封安裝高度，由廠家提供；

h4——堰板應高出二次密封頂端的高度。

其中，h1、h2在設計時往往被忽略，堰板高度通常是在h3的基礎上加上h4來確定的，因此是不符合規(guī)范要求的。只有確定了h1～h4的值，才能確定安全的堰板高度H值。

此外，還應關注供貨商提供的安裝圖紙，確定安裝高度標注的起始點位置。

3 消防泡沫堰板距罐壁的距離的確定

GB 50151-2010《泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》第4.3.3條和GB 50737-2011《石油儲備庫設計規(guī)范》第8.3.8條都對消防泡沫堰板距罐壁的距離W值提出了具體的設計規(guī)定，其目的是為了方便安裝和檢修一、二次密封，因此W值一般不小于0.6m。正常設計時，可根據(jù)浮頂?shù)膶嶋H結構尺寸及業(yè)主操作、檢修經(jīng)驗確定，但不宜超過1.2m，否則將增大消防泡沫液的用量，增加泡沫消防系統(tǒng)的投資。

4 消防泡沫堰板其他結構設計

4.1 排水孔

根據(jù)GB 50151-2010《泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》第4.3.3條的第3條規(guī)定，應在泡沫堰板的最低部位設置排水孔，排水孔的開孔面積宜按每1m2環(huán)形面積280mm2確定，高度不宜大于9mm。其目的是下雨時將環(huán)形空間的雨水通過排水孔排入到浮頂上的集水坑，并通過中央排水管排至罐外，避免雨水積存在環(huán)形空間、順著罐壁滲入罐內或者損環(huán)堰板。另外，排水孔應均勻布置。

4.2 扶手踏步

為了方便進出消防泡沫堰板，根據(jù)周長和操作習慣，應在堰板的內外側同時設置進出的扶手和踏步，扶手采用鋼管制作，踏步采用花紋鋼板制作。扶手踏步的安裝數(shù)量應不小于2，具體需根據(jù)浮頂油罐的直徑確定。

5 結束語

消防泡沫堰板的結構雖然簡單，但關系到浮頂油罐的安全設計，尤其是堰板高度和消防泡沫堰板距罐壁的距離決定著泡沫液是否有效覆蓋著火點、泡沫液的需求量。因此在設計時，應根據(jù)項目遵循的標準規(guī)范要求、不同二次密封廠家安裝尺寸要求進行詳細設計，確保消防泡沫堰板的設計滿足項目要求，滿足浮頂油罐的安全設計要求。

[1] 徐英,楊一凡,朱萍,等.球罐和大型儲罐[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004.

[2] GB 50151-2010,泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2010.

[3] GB 50074-2014,石油庫設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2014.

[4] GB 50737-2011,石油儲備庫設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2011.