CF3I氣體滅火系統(tǒng)在某油庫中的應(yīng)用探討

（中國石油管道局工程有限公司設(shè)計分公司，廊坊市，065000） 劉 峰 王曉琳 陳 卓

（中國石油管道科學(xué)研究院，廊坊市，065000） 王 雪

從目前國內(nèi)外原油儲存的情況來看，外浮頂大型儲罐逐漸成為主要的原油儲罐類型，而外浮頂大型儲罐的起火部位主要發(fā)生在儲罐浮頂邊緣密封圈處[1-2]。美國石油學(xué)會（API）對1951～1995年間發(fā)生的直徑超過30m的81起浮頂儲罐火災(zāi)事故進行了統(tǒng)計，其中密封圈火災(zāi)占統(tǒng)計事故的72.8%，我國的外浮頂儲罐火災(zāi)統(tǒng)計分析也表明，當(dāng)前石油儲罐區(qū)的主要火災(zāi)發(fā)生仍是密封圈[3]?；馂?zāi)發(fā)生原因有靜電火花引起的，也有大罐動火操作不當(dāng)或油品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的，但外浮頂儲罐火災(zāi)的主要原因來自雷電。2006年儀征輸油站，2007年鎮(zhèn)海國家石油儲備庫，以及2007年白沙灣輸油站均發(fā)生了由于雷擊導(dǎo)致的外浮頂儲罐二次密封局部火災(zāi)，所幸滅火措施得當(dāng)，火災(zāi)被成功撲滅，沒有造成重大損失[4]。外浮頂儲罐盡管其發(fā)生全面積敞口火災(zāi)的概率不大，但一旦發(fā)生，撲救難度較大，尤其是大型原油儲罐火災(zāi)持續(xù)時間長，容易發(fā)生沸溢，造成惡性事故。因此，大型外浮頂儲罐滅火系統(tǒng)如何快速檢測并控制早期火災(zāi)以避免大面積火災(zāi)的發(fā)生變得越來越重要。

1 工程概況

中東地區(qū)某國家新建1座原油儲庫，庫區(qū)共新建外浮頂原油儲罐7座，外浮頂原油泄壓罐2座，具體儲罐參數(shù)見表1。儲罐消防系統(tǒng)同時考慮CF3I氣體滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)及冷卻噴淋系統(tǒng)，泡沫滅火系統(tǒng)和冷卻噴淋系統(tǒng)采用手動閥門控制。

2 CF3I氣體滅火系統(tǒng)

CF3I（三氟碘甲烷）氣體是一種無色、無味的環(huán)境友好型惰性氣體，相對分子質(zhì)量為195.91，沸點為-22.5℃，是國際上最近提出的一種新型環(huán)保滅火劑，具有滅火效率高，安全性能好，經(jīng)濟效用高，滅火后不留痕跡等特點，是哈龍1301的優(yōu)選替代產(chǎn)品，經(jīng)過NFPA認證，可正式使用[5-6]。

CF3I氣體滅火系統(tǒng)集成了線性火災(zāi)探測及氣體自動滅火系統(tǒng)，其功能主要用于快速檢測并及時撲滅早期火災(zāi)。整個系統(tǒng)包括自動檢測系統(tǒng)（控制盤、接線盒、液位開關(guān)、壓力開關(guān)及儀表控制電纜等）和滅火系統(tǒng)（儲氣鋼瓶、氣體管線及若干玻璃球濕式噴頭）。

CF3I氣體滅火系統(tǒng)得到了美國防火協(xié)會《潔凈氣體滅火規(guī)范》（NFPA2001）[7]以及世界標(biāo)準(zhǔn)組織《氣體滅火系統(tǒng)規(guī)范第二部分：CF3I滅火劑》（ISO 14520）[8]的認證，在消防滅火系統(tǒng)中正逐步得到應(yīng)用。

表1 儲罐參數(shù)

3 CF3I氣體滅火系統(tǒng)的布置及操作原理

3.1 CF3I氣體滅火系統(tǒng)的布置

采用CF3I氣體儲罐容積為25L，壓力源為充裝氮氣，所有氣體儲罐均布置于浮頂罐浮盤外側(cè)，6.6×104m3外浮頂原油儲罐浮盤周邊均布7套氣體儲罐，2.3×104m3外浮頂原油泄壓罐浮盤周邊均布4套氣體儲罐，單套保護周長一般不超過40m環(huán)形密封圈（詳見圖1）。氣體噴頭經(jīng)鋼制支架固定于外浮頂儲罐二次密封表面，噴頭間距不超過2m，每套CF3I氣體儲罐配20個氣體噴頭。

圖1 6.6×104m3儲罐氣體儲罐布置示意圖

3.2 CF3I氣體滅火系統(tǒng)原理

采用的CF3I氣體滅火系統(tǒng)末端采用玻璃球濕式噴頭，管網(wǎng)內(nèi)平時充滿帶壓氣體，一旦密封圈發(fā)生火災(zāi)，安裝于二次密封表面的閉式噴頭立即熔斷，直接將氣體噴射于密封圈表面，在30～40s內(nèi)迅速釋放CF3I氣體，控制火災(zāi)的蔓延，具體原理見圖2。每套CF3I氣體儲罐設(shè)置有1個壓力開關(guān)和1個液位開關(guān)來監(jiān)測系統(tǒng)平時的壓力和液位，檢測系統(tǒng)氣體泄漏。每套氣體儲罐上設(shè)置1個接線盒，浮盤升降梯底端、儲罐盤梯頂端和防火堤外均設(shè)置1個接線盒，液位信號和壓力信號通過系統(tǒng)設(shè)置的接線盒通過硬線連接至控制中心的CF3I氣體滅火系統(tǒng)控制盤，控制盤可將壓力信號和液位信號上傳至站場的火災(zāi)控制系統(tǒng)，當(dāng)壓力和液位信號降低至設(shè)定值時（壓力降至6.14bar），火災(zāi)控制系統(tǒng)報警。

圖2 CF3I氣體滅火系統(tǒng)原理

4 與泡沫滅火系統(tǒng)的關(guān)系

4.1 CF3I氣體滅火系統(tǒng)的優(yōu)勢

由于CF3I儲罐直接布置于浮頂罐浮盤上，距離密封圈近，而且CF3I氣體噴射時間很短，在30～40s之內(nèi)檢測火災(zāi)并將火撲滅，故小火源不足以使原油達到閃點以上，可大大降低原油再燃的機會[9]；另外，CF3I作為一種良好的制冷劑，可對著火罐壁有較強的降溫作用。

同時，CF3I氣體滅火系統(tǒng)采用組合式火災(zāi)探測和自動滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)末端采用可靠的閉式玻璃球噴頭，CF3I儲罐壓力和液位全天候監(jiān)測，無外在驅(qū)動源，無需站場人員手動干預(yù)，具有較高的可靠性和便利性。所有氣體管道及配件均采用316不銹鋼管，而且玻璃噴頭安裝于二次密封表面，容易更換，CF3I儲罐再充裝也較方便。同泡沫滅火系統(tǒng)相比，CF3I氣體屬于環(huán)境友好型氣體，釋放后無需清洗配管系統(tǒng)，而且對原油無污染。

4.2 與泡沫滅火系統(tǒng)的關(guān)系

外浮頂罐的火災(zāi)往往發(fā)生于邊緣環(huán)形密封圈處，為避免大面積火災(zāi)發(fā)生，迅速有效的滅火尤為重要。美國防火協(xié)會《低、中、高倍數(shù)泡沫滅火設(shè)計規(guī)范》（NFPA11）[10]及國標(biāo)《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50151-2010）[11]采用直接將泡沫混合液噴射于罐壁和泡沫擋板之間的滅火方式是有效的。

共設(shè)置泡沫混合裝置2處，放置于防火堤外。由于儲罐直徑較大，防火堤尺寸達到230m以上，泡沫混合裝置到最近儲罐的距離在150m以上，因此，泡沫滅火系統(tǒng)（消防泵、閥門、泡沫液管線）的啟動需要花費較長的時間，國標(biāo)規(guī)定泡沫混合液在5min之內(nèi)倒到達罐內(nèi)都是可允許的[11]；另外，泡沫滅火系統(tǒng)啟動之后，填充泡沫混合裝置至泡沫發(fā)生器之間的泡沫混合液管線需要耗費較多的泡沫液。

CF3I氣體滅火系統(tǒng)主要用于撲滅早期小型火災(zāi)，時間短，滅火迅速，是對泡沫滅火系統(tǒng)的有力補充，但不可作為大型儲罐的主要滅火方式。由于CF3I氣體滅火系統(tǒng)采用液位和壓力方式監(jiān)測，無單獨火災(zāi)探測系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)液位和壓力下降，需經(jīng)人工確認，手動開啟泡沫滅火系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生大面積火災(zāi)時，CF3I氣體滅火系統(tǒng)的效用不是很大，泡沫滅火系統(tǒng)是主要滅火手段，另外，需開啟冷卻噴淋系統(tǒng)對著火儲罐罐壁進行冷卻。

5 總結(jié)與建議

CF3I氣體自動滅火系統(tǒng)作為撲滅外浮頂儲罐前期火災(zāi)的有效措施，已經(jīng)在很多地區(qū)廣泛使用，尤其在中東地區(qū)，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，給出設(shè)計建議：

（1）管路泄露容易引起系統(tǒng)誤報警，對管道材質(zhì)及密封性要求較高。CF3I氣體滅火系統(tǒng)無單獨設(shè)置的火災(zāi)探測系統(tǒng)，完全依靠上傳至站場控制系統(tǒng)的CF3I氣體儲罐的壓力信號和液位信號判斷原油儲罐火災(zāi)的發(fā)生，當(dāng)系統(tǒng)管路發(fā)生泄漏時，CF3I氣體儲罐壓力和液位降低，站場控制系統(tǒng)會根據(jù)上傳的液位和壓力下降信號產(chǎn)生誤報警，故CF3I氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計對氣體管路材質(zhì)及密封性有較高的要求，管材不會根據(jù)環(huán)境因素發(fā)生腐蝕泄漏，通常管路采用不銹鋼管道。

（2）閉式玻璃球噴頭選擇需適應(yīng)實際環(huán)境溫度要求。CF3I氣體滅火系統(tǒng)末端采用閉式玻璃球作為整個系統(tǒng)的噴射裝置，當(dāng)火災(zāi)溫度高于玻璃球工作溫度時，玻璃球破裂并噴射氣體，啟動氣體滅火系統(tǒng)。由于噴頭布置于原油儲罐表面，當(dāng)實際環(huán)境溫度高于玻璃球工作溫度時，同樣會導(dǎo)致氣體滅火系統(tǒng)啟動，引起誤報警，并且浪費滅火氣體，為后續(xù)運行帶來很大的不便，故對于噴頭的選擇，建議玻璃球的工作溫度高于建設(shè)地的最高氣溫。本項目位于中東地區(qū)，環(huán)境最高溫度達到83℃，噴頭工作溫度選擇93℃。

（3）設(shè)備接地要考慮浮盤浮動。不同于其他設(shè)備，CF3I氣體儲罐及管路系統(tǒng)安裝于外浮頂原油儲罐的浮盤上，且隨著浮盤而上下浮動，故接地設(shè)計要考慮到設(shè)備上下浮動的特點。

盡管CF3I氣體滅火系統(tǒng)很有優(yōu)點，但是它也有使用的局限性。當(dāng)密封圈內(nèi)油氣著火，發(fā)生爆炸，并損壞密封圈，或者發(fā)生大面積的密封圈火災(zāi)時，CF3I氣體滅火系統(tǒng)使用效率低下，均需要依靠泡沫滅火系統(tǒng)和冷卻噴淋系統(tǒng)，故CF3I氣體滅火系統(tǒng)可作為泡沫滅火系統(tǒng)的補充措施，有效撲滅儲罐初期火災(zāi)，控制火勢擴大，但不可作為外浮頂儲罐主要的滅火方式。

[1]郎需慶，高鑫，宮宏，等.降低大型浮頂儲罐密封圈內(nèi)油氣濃度的研究[J].石油天然氣學(xué)報(原江漢石油學(xué)院學(xué)報)，2008，30(2)：618-619．

[2]王玉生，劉壽先．原油浮頂油罐防雷設(shè)計探討[J].石油規(guī)劃設(shè)計，2008，19(3)：32—33．

[3]王淮斌.外浮頂油罐密封圈火災(zāi)快速滅火裝置研發(fā)[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2015,34（5）：597-599.

[4]楊揚，謝靜蓉，方海燕等.大型儲油罐區(qū)防雷方式及測雷預(yù)警安全措施[J].油氣儲運，2008，28（4）:61-62

[5]段遠源，史琳，朱明善等.三氟碘甲烷的熱物理性質(zhì)[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000，40（6）:60-63

[6]周黎旸.三氟碘甲烷應(yīng)用進展[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2009，16（4）:5-6

[7]JEFFERYL，HARRINGTON.StandardonClean Agent Fire Extinguishing Systems：NFPA 2001[S]. USA：National Fire Protection Association，2012：15-25.

[8]ISO Copyright Office Gaseous FireExtinguishing Systems-Physical Properties and System Design-Part 2 CF3I extinguishant： ISO/FDIS14520[S]．Switzerland：International Standard Organization，2006：1-6.

[9]陶賢文，李緋，袁國清等.CF3I氣體自動滅火系統(tǒng)在外浮頂油罐中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2016，35（4）:1-3

[10]FAY Purvis Standard for Low - ，Medium-，andhigh-expansion foam：NFPA11[S]. USA：National Fire Protection Association，2010：12-23.

[11]公安部天津消防研究所.泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范：GB50151—2010[S].北京：中國計劃出版社，2010：19-21.