非水溶性可燃液體儲罐低倍數泡沫滅火系統設計計算

田嬋嬋

（天津市化工設計院，天津300193）

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·工程與設計·

非水溶性可燃液體儲罐低倍數泡沫滅火系統設計計算

田嬋嬋

（天津市化工設計院，天津300193）

摘要：非水溶性可燃液體儲罐的火災應采用低倍數泡沫滅火系統，本文以天津市某工程內浮頂儲罐為例，對液上噴射低倍泡沫滅火系統的設計和計算進行分析研究。

關鍵詞：非水溶性；可燃液體儲罐；低倍泡沫滅火系統；內浮頂儲罐；液上噴射

可燃液體儲罐區的火災最有效的方法是采用泡沫滅火系統。泡沫滅火系統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］。低倍數泡沫滅火系統具有救火迅速、操控簡便，成本低等優點，因此，被廣泛應用于石油化工行業可燃液體儲罐的消防滅火。本文以我院設計的天津市某工程為例，重點介紹內浮頂儲罐液上噴射低倍泡沫滅火系統的設計計算。

1　概況

工程概況：天津某工程可燃液體儲罐區內設置6座4000 m3的柴油儲罐，儲罐尺寸：Φ×H=16.0×22.0 （m），儲罐基礎高0.5m；儲罐類型：內浮頂罐（浮盤制作材料為鋁）；物料性質：非水溶性；火災危險性類別：丙類。

2　泡沫滅火系統的選擇

2.1設計依據

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

本工程屬于中小型石油化工企業，根據工藝生產性質確定設計依據為《石油化工企業設計防火規范》（GB50160-2008）、《泡沫滅火系統設計規范》（GB50151-2010）。

2.2泡沫滅火系統

本工程儲罐區采用固定式液上噴射低倍數泡沫滅火系統，系統采用手動控制，并在罐區設置手動啟動消防泵的按鈕。本工程固定式泡沫滅火系統構成如圖1所示。

圖1　固定式低倍數泡沫滅火系統

3　儲罐泡沫滅火系統設計計算

3.1設計參數的選用

3.1.1泡沫液類型的選擇：要依據泡沫混合液噴射形式、保護對象性質以及配置泡沫混合液水源水質選擇泡沫液的類型。規范要求“非水溶性甲、乙、丙類液體，當采用液上噴射泡沫滅火時，應選用蛋白、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，其抗燒水平高于現行國家標準《泡沫滅火劑》GB15308規定的C級的要求。

3.1.2保護面積：內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計，保護面積應按橫截面積確定，保護面積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；連續供給時間t1=30 min；配備泡沫槍PQ4，1支；每支泡沫槍連續供給時間t2=20 min。

3.2泡沫混合液理論設計用量

儲罐區泡沫滅火系統撲滅一次火災的泡沫混合液理論設計用量，應按儲罐罐內用量（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；根據儲罐區管道實際布置情況：著火罐產生器連接支管管徑為DN100，長70m；干管管徑DN200，總長220m，系統管道內泡沫混合液剩余量V3：V3=π（ri）2Li= 7.46 m3

綜上所述：撲救一次火災的泡沫混合液理論設計用量V：

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

3.3泡沫產生器選型及配置

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

3.4撲救一次火災的泡沫混合液實際用量V實際

泡沫產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，泵房環境溫度不低于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泡沫產生器。消防水泵流量應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。

最不利點泡沫產生器的工作壓力取0.50MPa，安裝高度約為22.53m，經水利計算泡沫系統管道的水頭損失為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口壓力的10%計，因此泡沫系統所需揚程為0.97 MPa。本工程冷卻水系統所需揚程為1.05Mpa，消防水泵揚程應符合冷卻水系統與泡沫系統兩者最高的要求，故消防水泵揚程取1.05Mpa。設計人員在計算泡沫泵揚程時務必要考慮泡沫比例混合器裝置的壓力損失，否則會造成系統設計壓力偏小，泡沫產生器工作壓力不足，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狀敷設，從環狀管網上分別引出獨立的支管連接每個泡沫產生器，且每個泡沫產生器在防火堤外設置獨立的控制閥。為了有效的撲救儲罐區防火堤內流散的火災，在防火堤外環狀管網上均勻布置泡沫消火栓，型號為SSPS150/65-1.6，間距不應大于60m。

泡沫混合液的立管下端距地面0.5m處設有蝶閥，用于銹渣的清掃。

泡沫混合液水平管道應敷設在管墩或管架上，但不應與管墩、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。

防火堤內的泡沫管道應有3‰坡度坡向防火堤，在防火堤外設放空井。防火堤外的泡沫管道應有2‰坡度坡向放空閥［5］。

固定式泡沫滅火系統應具備半固定的功能，故在防火堤外，距離地面0.7m處設置帶悶蓋的管牙接口。

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

4.2管材

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

5　結語

（1）泡沫液儲罐選型時應根據實際配置的泡沫產生器規格進行核算，最終確定泡沫混合液的實際用量。

（2）泡沫系統同時保護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施啟動后，泡沫混合液輸送至保護對象的時間不大于5min，且與被保護儲罐的距離不宜小于30m。

（4）儲罐區固定式泡沫滅火系統應具備半固定式系統功能，建議在通向泡沫產生器的支管設置帶控制閥的管牙接口。

（5）泡沫液宜儲存在通風干燥的房間或敞棚內，儲存溫度應符合泡沫液的使用溫度，一般為0～40℃。設計人員必須考慮存放泡沫液場所的環境溫度，防止泡沫液失效，泡沫系統不能有效、及時滅火，造成整個廠區經濟損失、人員傷亡。

參考文獻：

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

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

［3］陳桂鳳.低倍數泡沫滅火系統設計探討〔J〕.輕金屬，2009（9）.

［4］秘義行，吳洪有.低倍數泡沫滅火系統設計〔J〕.消防技術與產品信息，1998（51）.

［5］GB50151-2010，中華人民共和國國家標準《泡沫滅火系統設計規范》〔S〕.

［6］GB50160-2008，中華人民共和國國家標準《石油化工企業設計防火規范》〔S〕.

doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.016

中圖分類號：TU892

文獻標志碼：C

文章編號：1008-1267（2016）01-0047-03

收稿日期：2015-07-20