淺談可燃液體立式常壓儲罐消防冷卻水系統設計

閆志剛

(海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266101)

有關可燃液體立式常壓儲罐消防計算目前有6種規范，即，《建筑設計防火規范》(GB50016-2014,簡稱“建規”)、《消防給水及消火栓系統技術規范》(GB50974-2014,簡稱“消規”)、《石油化工企業設計防火規范》(GB50160-2008,簡稱“石化規”)、《石油庫設計規范》(GB50074-2014，簡稱“庫規”)、《石油儲備庫設計規范》(GB50737-2011，簡稱“儲備庫規”)、《石油天然氣工程設計防火規范》(GB50183-2004現行，簡稱“石油天然氣規”)。這6種規范對可燃液體立式常壓儲罐的消防系統計算參數不同。本文以“建規”、“消規”、“石化規”為設計依據，結合某工程案例，介紹了消防冷卻水系統設計與計算。

1 工程概況

1.1 儲罐參數

本工程為石油化工企業2014年新建工程，單個儲罐消防設計參數見表1。

表1 單個儲罐消防設計參數

1.2 平面布置

該罐區共6個儲罐，單罐單隔，其平面布置見圖1。

圖1 儲罐平面布置圖(單位：mm)

2 消防冷卻水系統設計

2.1 規范選用

本工程建在石油化工企業內，應遵循“消規”、“石化規”。

依“建規”1.0.2條[1]，“人民防空工程、石油和天然氣工程、石油化工工程和火力發電廠與變電站等的建筑防火設計，當有專門的國家標準時，宜從其規定。”因此，本工程應遵循“石化規”。

依“石化規”第8.4.5條[2]，本項目儲罐介質為92#汽油，閃點為0 ℃～28 ℃，按“石化規”表3.0.2，本工程儲罐生產的火災危險性為甲B類，且儲罐高度為17.82 m，大于17 m，故本工程應選用固定式消防冷卻噴淋裝置。

2.2 參數選用

2.2.1 供水強度

根據“消規”表3.4.2-1及“石化規”表8.4.5，選用著火罐供水范圍為罐壁表面積；鄰近罐供水范圍為罐壁表面積1/2。

根據“消規”表3.4.2-1注：1及“石化規”表8.4.5注：1，該內浮頂儲罐內浮頂儲罐為易溶材質，應按固定頂罐計算。著火罐和鄰近罐的供水強度為2.5 L·min-1·m-2，即q著火罐=q鄰近罐=2.5 L·min-1·m-2。

2.2.2 火災延續時間

根據“消規”表3.6.2甲、乙、丙類可燃液體儲罐，直徑大于20 m的固定頂罐和直徑大于20 m、浮盤用易溶材料制作的內浮頂罐，火災延續時間為6.0 h[3]。

根據“石化規”第8.4.7,直徑大于20 m、浮盤用易溶材料制作的內浮頂罐，火災延續時間為6.0 h。

所以，本工程應選用火災延續時間t為6.0 h。

2.2.3 著火罐和鄰近罐確定

“消規”表3.6.2注：1、4和“石化規”8.4.4條第2、3款，本項目著火罐為1個，鄰近罐為3個。

2.3 罐區消防冷卻系統用水量初步計算

罐區消防冷卻系統計算水量見表2。

1) 著火罐Q著火罐

Q著火罐=q著火罐S全=q著火罐πDH=2.5×π×27.5×17.82+60=64.17 L/s

2) 鄰近罐Q鄰近罐

Q鄰近罐=q鄰近罐S半=q鄰近罐πDH/2=2.5×π×27.5×17.82+2+60=32.08 L/s

3) 罐區固定式消防冷卻系統用水計算流量

Q固定=Q著火罐+3Q鄰近罐=160 L/s。

4) 罐區移動式消防冷卻系統用水流量

根據“消規”表3.4.2-3，本工程移動式消防冷卻系統用水計算流量Q移動=30 L/s。

5) 罐區消防冷卻系統計算儲水量

V總=(Q固定+Q移動)t=(160+30)×6×3 600=4 104 000 L=4 104 m3。

表2 罐區消防冷卻系統計算水量

2.4 罐區消防冷卻系統用水量校核計算

本工程單個儲罐有加強圈一道，加強圈上表面到罐壁頂的距離為3.8 m。

采用4路立管供水，環管為2層。從上至下第1圈環管中心線至罐壁頂距離為0.5 m，第2圈環管中心線距加強圈下表面0.5 m。噴頭選用水幕噴頭[4]。

2 .4.1 噴頭布置和噴頭個數

噴頭的平面布置可分為矩形和菱形，本工程采用矩形布置。

本工程選用B=0.6 m，θ=120°。

考慮每個立管兩側噴頭的對稱性，每層噴頭個數選用64個。

2.4.2 噴頭選型

1) 噴頭保護面積

第1圈噴頭保護面積:S1=πDH1=π×27.5×3.8=328.3 m2

第2圈噴頭保護面積:S2=πDH2=π×27.5×(17.82-3.8)=1 211.2 m2

2) 噴頭計算單個噴頭流量

第1圈噴頭計算單個噴頭流量:

第2圈噴頭計算單個噴頭流量:

3) 噴頭型號及設計單個噴頭流量

第1圈噴頭選用噴頭ZSTM B-L12/120，壓力為 0.15 MPa，流量為14.70 L/min。

第2圈噴頭選用噴頭ZSTM B-L40/120，壓力為 0.15 MPa，流量為48.99 L/min。

4) 環管直徑及單個立管管徑

本工程采用4路立管供水，每個立管等分2支環管，單支環管接出8個噴頭，第1圈單支環管需要分擔的流量為1.96 L/s (117.6 L/min),第1圈管徑選為DN50；第2圈單支環管需要分擔的流量為6.53 L/s (391.92 L/min)，第2圈管徑選為DN80。單個立管需要分擔的流量為16.98 L/s (1 019.04 L/min)，管徑選為DN100。單個立管計算簡圖見圖2。

圖2 單個立管計算簡圖

5) 單罐固定式消防冷卻系統設計流量(見表3)

=67.94 L/s。

表3 單罐固定式消防冷卻系統設計流量

6) 罐區固定式消防冷卻系統用水設計流量

7) 罐區固定式消防冷卻系統設計儲水量

V＇總=(Q＇固定+Q移動)t=(169.8+30)×6×3 600≈4 316 m3

3 問題與建議

1) 儲罐固定式噴淋系統應根據現行規范設置。若與選用規范適用范圍有沖突，宜從專門的國家標準規定。如，同時遵守“建規”和“石化規”，“建規”第8.1.4條：“高度大于15 m或單罐容積大于2 000 m3的甲、乙類液體地上儲罐，宜采用固定式水冷卻設施。”而“石化規”第8.4.5條：“高于17 m儲罐，容積等于或大于10 000 m3儲罐…應設置固定式水冷卻水系統。”宜遵循“石化規”，即“高于17 m儲罐，容積等于或大于10 000 m3儲罐應設置固定式水冷卻水系統。”[注： “建規”(GB50016-2014)、“石化規”(GB50160-2008)正在修訂，已有報批版，本條按GB50016-2014、GB50160-2008條文內容編寫]。

2) 固定式消防冷卻水校核時，“石化規”和“消規”設計水量與計算水量的最大比值未設定，可參照“儲備庫規”實際噴水量不宜超出設計計算水量的20%[4]，設計水量與計算水量的比值不應大于1.2。

3) 管徑計算中管道內水流流速宜采用經濟流速，必要時可超過5 m/s,但不應大于10 m/s。管徑為DN50～DN70時，經濟流速≤1.5 m/s；管徑≥DN80時，經濟流速≤1.8 m/s[5-6]。

4) 儲罐若選用固定式消防冷卻噴淋裝置且儲罐容積大(>10 000 m3)，其控制方式宜為遠程手動控制、現場手動控制兩種控制方式，這樣可以減少火災蔓延，以便盡快在火災初期將著火罐或鄰近罐冷卻，控制火情。

5) 消防冷卻水儲備量應按校核流量(固定式消防冷卻噴淋裝置設計流量)計算。

6) 水幕噴頭需有公安部消防產品合格評定中心的3C認證，即能在“中國消防產品質量信息查詢系統”產品信息中查到(具有認證編號，且在有效日期內)。

7) 選用儲罐固定式噴淋系統后，應根據在消防狀態下消防水泵房出水壓力、消防水泵房至儲罐最不利點之間的水頭損失，核對儲罐最不利點噴頭處是否滿足消防冷卻水量和水壓的要求。