某玻璃廠油罐區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭立新 劉立超 郭潔

（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

由于油罐區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)性高、爆炸危險(xiǎn)性大，近些年來事故頻發(fā)，造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。消防作用的發(fā)揮對(duì)企業(yè)的安全生產(chǎn)有直接影響，消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)確保油罐區(qū)的儲(chǔ)備安全至關(guān)重要。本文依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，結(jié)合某玻璃廠油罐區(qū)消防設(shè)計(jì)實(shí)例，淺析了設(shè)計(jì)思路，為今后的相關(guān)設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況

某玻璃廠油罐區(qū)設(shè)有3個(gè)3000 m3重油儲(chǔ)罐，油罐直徑D為18.90 m，罐壁高度h為12.28 m，儲(chǔ)罐形式為：固定頂儲(chǔ)罐、丙A類、非水溶性。罐區(qū)布置形式如圖1所示。

圖1 油罐區(qū)布置示意圖

2 泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 泡沫滅火系統(tǒng)形式確定

根據(jù)GB 50074—2014《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱“石油庫規(guī)”）［1］12.1.3-1，地上固定頂儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)或中倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。12.1.4-1，容量大于1000 m3丙A類易燃、可燃液體地上立式儲(chǔ)罐，應(yīng)采用固定式泡沫滅火系統(tǒng)。通過實(shí)踐證明，低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)在油罐區(qū)火災(zāi)中具有較高的滅火效率，能夠可靠地控制火災(zāi)，安全有效，設(shè)置低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)成本也相對(duì)較低。該工程采用固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。

根據(jù)GB 50151—2021《泡沫滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱“泡沫標(biāo)準(zhǔn)”）［2］4.1.2-1，3.2.1-1固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，非水溶性丙類液體儲(chǔ)罐泡沫液的選擇應(yīng)選用3%型氟蛋白或水成膜泡沫液，可選用液上噴射系統(tǒng)。該工程設(shè)計(jì)選用3%型氟蛋白，噴射形式為液上噴射。

因此，該工程是采用液上噴射固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。

2.2 液上噴射固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)

該工程采用的液上噴射固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，其滅火原理如圖2所示。主要由兩部分組成。第一部分是泡沫消防泵房，包含泡沫消防水池、泡沫消防泵、壓力式空氣泡沫比例混合裝置；第二部分是油罐頂部的空氣泡沫產(chǎn)生器。

圖2 泡沫滅火原理示意圖

當(dāng)油罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，啟動(dòng)泡沫消防泵，出水經(jīng)消防管道進(jìn)入罐體內(nèi)，擠壓膠囊，膠囊中的泡沫液被擠壓至比例混合器，和水按一定的比例形成泡沫混合液，經(jīng)管網(wǎng)輸送至空氣泡沫產(chǎn)生器，與空氣反應(yīng)產(chǎn)生泡沫，泡沫從液面上噴入被保護(hù)儲(chǔ)罐內(nèi)，覆蓋油罐內(nèi)的著火液面，隔絕空氣，從而撲滅火災(zāi)。

2.3 泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

2.3.1 泡沫混合液設(shè)計(jì)用量

根據(jù)“泡沫標(biāo)準(zhǔn)”4.1.3，儲(chǔ)罐區(qū)撲救一次火災(zāi)的泡沫混合液設(shè)計(jì)用量，應(yīng)按式（1）計(jì)算：

式中：V——撲救一次火災(zāi)的泡沫混合液設(shè)計(jì)用量，m3；

V1——撲救一次火災(zāi)的罐內(nèi)用量，m3；

V2——撲救一次火災(zāi)的輔助泡沫槍用量，m3；

V3——管道內(nèi)剩余量，m3。

①撲救一次火災(zāi)的罐內(nèi)用量V1：

式中：q1——單位時(shí)間單位面積上泡沫混合液或水的供給量，L/（min·m2）；

S——單個(gè)油罐的保護(hù)面積，m2；

t1——供給時(shí)間，min。

該工程油罐直徑D為18.90 m，重油儲(chǔ)罐屬于丙A類，滅火系統(tǒng)形式為固定式，根據(jù)“泡沫標(biāo)準(zhǔn)”表4.2.2-1規(guī)定，q1＝6 L/（min·m2），t1＝30 min。

②根據(jù)“泡沫標(biāo)準(zhǔn)”表4.1.5可知，設(shè)置固定式系統(tǒng)的儲(chǔ)罐區(qū)，應(yīng)至少配備1支泡沫槍，供給時(shí)間不小于20 min；該工程選用型號(hào)為PQ4泡沫槍1支，流量q2為240 L/min。

則撲救一次火災(zāi)的輔助泡沫槍所需的泡沫混合液設(shè)計(jì)用量V2：

V2＝n·q2·t2＝1×240×20＝4800（L）＝4.8 m3

式中：n——輔助泡沫槍數(shù)量，支；

q2——每支輔助泡沫槍的泡沫混合液流量，L/min；

t2——供給時(shí)間，min。

③管道內(nèi)剩余量V3：

式中：d——泡沫混合液管道直徑，m；

L——泡沫混合液管道長(zhǎng)度，m。

根據(jù)泡沫混合液管道的布置情況以及泡沫混合液設(shè)計(jì)流量，廠區(qū)泡沫混合液管道采用DN200的熱浸鍍鋅鋼管，共計(jì)400 m，即d＝0.2 m，L＝400 m。

所以撲救一次火災(zāi)的泡沫混合液的設(shè)計(jì)用量為：

V＝V1＋V2＋V3＝50.48＋4.8＋12.56＝67.84（m3）

2.3.2 空氣泡沫產(chǎn)生器數(shù)量的確定

根據(jù)“泡沫標(biāo)準(zhǔn)”4.2.3-1，液上噴射系統(tǒng)儲(chǔ)罐直徑＞10 m且≤25 m時(shí)，泡沫產(chǎn)生器數(shù)量不應(yīng)少于2個(gè)。該工程油罐直徑D為18.90 m，至少設(shè)置2個(gè)泡沫產(chǎn)生器，該工程設(shè)計(jì)為3個(gè)。則每個(gè)泡沫產(chǎn)生器的流量q'：

該工程選用3個(gè)型號(hào)為PC16液上噴射空氣泡沫產(chǎn)生器［4］，沿罐壁周圍均勻布置，實(shí)際流量為16 L/s>9.35 L/s，符合設(shè)計(jì)要求。

2.3.3 實(shí)際混合液用量

根據(jù)“泡沫標(biāo)準(zhǔn)”8.1.6，泡沫混合液與水的設(shè)計(jì)流量，應(yīng)大于或等于1.05倍計(jì)算流量。采用的空氣泡沫產(chǎn)生器的總流量q'總為3×16＝48 L/s。（q'總＋q2） ÷（q＋q2）＝（48＋4）÷（28.04＋4）＝1.6>1.05，符合設(shè)計(jì)要求。

則單個(gè)油罐所需的泡沫混合液實(shí)際用量V1:V1＝q'總·t1＝48×30×60＝86400（L）＝86.4 m3

故實(shí)際撲救一次火災(zāi)的泡沫混合液用量V：V＝V1＋V2＋V3＝86.4＋4.8＋12.56＝103.76（m3）

2.3.4 空氣泡沫比例混合裝置選擇

該工程泡沫混合液濃度按6%計(jì):

泡沫液用量V4：V4＝103.76×6%＝6.23（m3）

泡沫消防水池用水量V5：V5＝103.76×94%＝97.53（m3）

選擇型號(hào)PHY64/76空氣泡沫比例混合裝置。參數(shù)為：流量64 L/s，儲(chǔ)罐容積7.6 m3。根據(jù)“石油庫規(guī)”12.3.7，泡沫液的實(shí)際儲(chǔ)備量應(yīng)比理論計(jì)算量大一倍。因此該工程設(shè)計(jì)2臺(tái)PHY64/76空氣泡沫比例混合裝置。

2.3.5 泡沫消防泵選擇

根據(jù)“泡沫標(biāo)準(zhǔn)”8.24，泡沫消防泵的揚(yáng)程應(yīng)按式（3）計(jì)算：

式中：H——泡沫消防泵的揚(yáng)程，MPa；

P0——最不利點(diǎn)處泡沫產(chǎn)生裝置的工作壓力，MPa，（PC16工作壓力0.50 MPa）；

hZ——最不利點(diǎn)處泡沫產(chǎn)生裝置與消防水池的最低水位之間的靜壓差（MPa），水池最低水位h1＝－4.0 m，儲(chǔ)罐高度h＝12.28 m，則hZ＝0.01×（h－h(huán)1）＝0.01×（12.28－（－4））＝0.17 MPa；

Sh——管道沿程與局部水頭損失的累計(jì)值；Sh＝0.20 MPa（其中比例混合器壓力損失為0.1 MPa，管道沿程和局部水頭損失0.1 MPa）。

H=P0+hZ+Sh=0.50+0.17+0.20=0.87 （MPa）

選擇泡沫消防泵兩臺(tái)，一用一備。泡沫消防泵型號(hào)：XBD 10/70-200L-KQ，流量70 L/s，額定壓力1.0 MPa。

3 消防冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 消防冷卻水系統(tǒng)的形式選擇

根據(jù)“石油庫規(guī)”12.1.5，容量≥3000 m3的地上立式儲(chǔ)罐，應(yīng)設(shè)固定式消防冷卻水系統(tǒng)。該工程油罐容積為3000 m3，采用固定式消防冷卻水系統(tǒng)。

3.2 消防冷卻水量的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.2.1 消防冷卻水供給范圍

根據(jù)“石油庫規(guī)”12.2.7-1著火的地上固定頂儲(chǔ)罐以及距該儲(chǔ)罐罐壁不大于1.5D（D為著火儲(chǔ)罐直徑）范圍內(nèi)相鄰的地上儲(chǔ)罐，均應(yīng)冷卻。當(dāng)相鄰的地上儲(chǔ)罐超過3座時(shí)，可按其中較大的3座相鄰儲(chǔ)罐計(jì)算冷卻水量。該工程中，當(dāng)中間油罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)候，其他2個(gè)油罐均在1.5D（1.5D＝1.5×18.9＝28.35 m）范圍內(nèi)。因此，該工程消防冷卻水供給范圍為相鄰儲(chǔ)罐2個(gè)，著火儲(chǔ)罐1個(gè)。

3.2.2 消防冷卻水量計(jì)算

由“石油庫規(guī)”12.2.8-1可知儲(chǔ)罐的消防冷卻水供水范圍和供給強(qiáng)度：著火罐供水范圍為罐壁外表面積，供給強(qiáng)度q3＝2.5 L/（min·m2）；鄰近罐供水范圍為罐壁外表面積的1/2，供給強(qiáng)度q4＝2.0 L/（min·m2）。

設(shè)計(jì)流量Q：

式中：Q——設(shè)計(jì)流量，L/s；

q——供給強(qiáng)度，L/（min·m2）；

D——油罐直徑，m;

h——罐壁高度，m。

著火罐的設(shè)計(jì)流量Q1：

鄰近罐的設(shè)計(jì)流量Q2：

根據(jù)“石油庫規(guī)”12.2.11-1，消防冷卻水最小供給時(shí)間和儲(chǔ)罐直徑D、儲(chǔ)罐形式以及相應(yīng)材料有一定關(guān)系，D>20 m的地上固定頂儲(chǔ)罐不應(yīng)少于9 h；D>20 m浮盤用易熔材料制作的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐不應(yīng)少于9 h，其他地上立式儲(chǔ)罐不應(yīng)少于6 h。該工程儲(chǔ)罐直徑18.9 m<20 m，消防冷卻水最小供給時(shí)間按6 h設(shè)計(jì)。

根據(jù)GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱“消規(guī)”）［3］3.4.2-3，甲、乙、丙類可燃液體地上立式儲(chǔ)罐區(qū)的室外消火栓設(shè)計(jì)流量單罐儲(chǔ)存容積W≤5000 m3時(shí)，室外消火栓設(shè)計(jì)流量Q3為15 L/s。

式中：V' ——消防水總量，m3；

Qi——第i種水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量，L/s；

ti——第i種水滅火系統(tǒng)的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間，h；

m——建筑需要同時(shí)作用的水滅火系統(tǒng)數(shù)量。

消防水池計(jì)算的有效容積大于1000 m3。根據(jù)“消規(guī)”4.3.6，該工程至少應(yīng)設(shè)計(jì)兩座能夠獨(dú)立使用的消防水池。

3.3 消防冷卻水管道與噴頭的布置

采用ZSTM B-L 30/120型水幕噴頭，噴頭材質(zhì)為不銹鋼304，噴頭流量系數(shù)K＝30，流量q為51 L/min，噴頭工作壓力≥0.28 MPa。

噴頭布置數(shù)量n的計(jì)算：

式中：n——噴頭布置數(shù)量，個(gè)；

Q1——著火罐的設(shè)計(jì)流量，L/s；

q——噴頭流量，L/min。

噴頭布置間距s的計(jì)算：

噴頭布置間距s滿足“石油庫規(guī)”12.2.10噴頭布置間距不宜大于2 m的要求。采用2路供水，1圈環(huán)管，環(huán)管管徑DN200，36個(gè)噴頭均勻布置。油罐消防冷卻水管道布置示意圖如圖3所示。噴頭安裝方式和支架形式如圖4所示。

4 滅火器材配置

根據(jù)“石油庫規(guī)”12.4.1和12.4.2，滅火器的數(shù)量應(yīng)根據(jù)防火堤的面積進(jìn)行計(jì)算，每400 m2應(yīng)配置1具。該工程每個(gè)罐附近設(shè)置2具8 kg手提式磷酸銨鹽干粉滅火器［5］。 設(shè)置6塊滅火毯，2 m3滅火沙。

5 罐區(qū)消防管網(wǎng)布置

（1）罐區(qū)泡沫消防管網(wǎng)布置。防火堤外泡沫液管網(wǎng)環(huán)狀布置，連接每個(gè)空氣泡沫產(chǎn)生器的管道，需要用管道獨(dú)立連接至泡沫消防管網(wǎng)上，并在連接處設(shè)置獨(dú)立閥門，能夠獨(dú)立操作，閥門與罐壁間距大于15 m。設(shè)置8個(gè)泡沫消火栓用于撲滅流淌火災(zāi)，間距不大于60 m，與罐壁距離大于15 m。

（2）罐區(qū)外消防管網(wǎng)布置。室外消防管網(wǎng)環(huán)狀布置，設(shè)置8個(gè)室外消火栓，間距不大于60 m，與罐壁距離大于15 m。

6 結(jié)語

重油作為玻璃廠的主要燃料，火災(zāi)危險(xiǎn)性較大，火勢(shì)蔓延速度快，消防安全應(yīng)給予重視。在日常生產(chǎn)中，應(yīng)安排專業(yè)人員定期對(duì)廠區(qū)內(nèi)的消防設(shè)施進(jìn)行維護(hù)，發(fā)現(xiàn)安全隱患應(yīng)及時(shí)處理，保證消防系統(tǒng)正常運(yùn)行。

本文結(jié)合某玻璃廠3000 m3油罐區(qū)消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)泡沫滅火系統(tǒng)、消防冷卻水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取依據(jù)，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)做了詳細(xì)介紹，計(jì)算了泡沫液用量、泡沫消防用水量以及消防冷卻水量等設(shè)計(jì)參數(shù)，并對(duì)罐區(qū)滅火器材配置和管網(wǎng)布置進(jìn)行了說明。

油罐區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)在未來的發(fā)展中，應(yīng)加強(qiáng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠及時(shí)探測(cè)火災(zāi)，可以遠(yuǎn)程控制，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)立即處理，提高滅火時(shí)效性。