大型原油儲罐區消防設計及要點探討

屈夢雄(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266100)

大型原油儲罐區消防設計及要點探討

屈夢雄(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266100)

油品火災蔓延速度快，危險性大，在消防設計時針對油品性質、儲罐類型及氣候條件等因素選擇合適的系統及參數對于快速有效的撲滅火災至關重要。本文以國內某大型石油儲備庫項目為例，對10×104m3外浮頂儲罐的消防系統設計進行了介紹，并對設計中的要點進行了探討。

大型浮頂儲罐；消防冷卻水系統；泡沫滅火系統；系統控制

隨著我國經濟迅猛發展，油品需求量也不斷增加，儲罐大型化是油品儲運的必然趨勢[1]，近年來建成了許多超大型石油儲備庫及地下洞庫。油品著火后易發生沸溢，且流淌蔓延快[2]，庫區一旦發生火災可能造成災難性后果，因此有效的消防系統可以及時的控制火災，將危害和損失降到最低。本文介紹了10×104m3外浮頂儲罐消防系統的設計，為建立和完善罐區消防系統提供參考。

1 項目概況

本項目建設庫容580×104m3，包含58臺10×104m3外浮頂儲罐及油泵房、機柜室、低壓變電所等附屬構筑物。

儲存介質：原油，火災危險性甲B；

儲罐形式：雙盤外浮頂儲罐；

儲罐尺寸：D=80m，H=21.8m；

庫區布置：9個60×104m3原油罐區，1個40×104m3原油罐區，每臺儲罐均按照“單罐單堤”布置。

2 消防系統設計

2.1 固定式低倍數泡沫滅火系統

對于外浮頂儲罐的火災形式主要有密封圈火災和全液面火災(浮盤傾斜或沉沒時)，其中最常見的火災是密封圈部位的火災，據美國石油協會統計，浮頂儲罐密封圈火災占統計事故的72.8%[3][4]。根據《石油儲備庫設計規范》(GB50737-2011)要求，儲罐設置固定式低倍數泡沫滅火系統[5]。

單罐泡沫滅火系統設計參數：

泡沫液種類：3%水成膜;

泡沫混合液供給強度：12.5L/(min·m2)；

PC8型泡沫產生器：12個，沿罐周均布，單個泡沫產生器保護距離21m；

泡沫混合液連續供給時間：45 min[6]；

撲救流淌火災配置PQ8型泡沫槍：3支；

撲救流淌火災泡沫混合液連續供給時間：30min；

泡沫混合液設計流量：120L/s；

工作壓力：1.4MPa；

設計泡沫液儲量為：25m3(附加100%富余量)。

泡沫產生器罐壁安裝示意見圖1。

圖1 泡沫產生器安裝圖

2.2 固定式消防冷卻水系統

庫區占地面積大于1000000m2，按照《石油化工企業設計防火規范》(GB50160-2008)要求，同一時間內火災起數按2起計，需水量最大的兩處各計1起。本項目消防用水量最大兩處為兩臺10×104m3外浮頂原油儲罐。根據《石油儲備庫設計規范》(GB50737-2011)要求，儲罐設置固定式消防冷卻水系統[5]。單罐消防冷卻水系統設計參數：

噴頭型式：水幕式噴頭，出水壓力＞0.2MPa，304不銹鋼材質；

保護范圍：著火罐罐壁表面，相鄰油罐不冷卻；

噴頭噴水強度：2.0 L/(min·m2)；

固定消防冷卻水流量：220L/s；

延續供水時間：6h；

移動消防冷卻水流量：120L/s；

延續供水時間：6h；

工作壓力：1.4MPa。

水幕噴頭性能見表1，噴頭安裝位置及角度見圖2。

表1 儲罐固定式消防冷卻裝置噴頭性能表

圖2 噴頭安裝圖

3 消防系統控制

3.1 低倍數泡沫滅火系統控制

低倍數泡沫滅火系統控制分為一鍵控制、遠程手動程序控制及就地手動控制三種方式。

(1)一鍵控制方式

確認著火后，手動開啟控制柜上火警啟動按鈕后，系統按程序開啟消防進水電動閥門，同時打開主泡沫泵(電動機泵組)的電動泡沫進液閥，開啟主泡沫泵(電動機泵組)，通過設置在主泡沫泵(電動機泵組)出口管線上的壓力變送器檢測泡沫泵出口壓力值是否達到設定值，如在 20 秒內出口壓力達到設定值(0.6MPa)，表明啟動成功。如果控制柜發現主泡沫泵啟動故障或者主泡沫泵出口壓力在20秒內未到達設定值(主系統故障應由電控柜判斷并動作)，則表示主系統啟動失敗，自動開啟備用泡沫泵組(柴油機泵組)，并程序自動關閉主泡沫泵組及相應的電動閥。

(2)遠程手動程序控制方式

控制柜處于遠程自動控制方式時，當控制柜接收到遠程火警啟動信號(來自消防控制室PLC二線制無源干觸點信號，觸點容量：24V DC 3A)后，自動流程同上。

(3)就地手動控制方式

控制柜處于手動控制方式時，確認著火后機械手動按自動控制的順序操作完成泡沫比例混合裝置的開啟。低倍數泡沫滅火系統控制流程見圖3。

圖3 低倍數泡沫滅火系統控制流程

3.2 消防冷卻水系統控制

消防冷卻水系統控制分三種方式：自動控制、遠程手動控制及現場手動控制。平常消防泵啟動置于自動控制狀態。

(1)自動控制方式

罐區著火，火警控制盤接到火災報警，延遲10s自動打開著火罐噴淋系統在防火堤外的控制閥，隨著用水量增大，管網壓力下降至0.6MPa(G)時，火警控制盤自動啟動消防水泵為消防管網供水。

(2)遠程手動程序控制

罐區著火，火災報警系統報警，人工確認后，由具有管理權限的人員在消防控制室按鈕啟動消防水泵并打開著火罐噴淋系統在防火堤外的控制閥。

(3)現場手動控制

在發生火災后，由現場人員根據著火罐區的火災情況，現場手動操作上述流程。消防冷卻水系統控制流程見圖4。

圖4 消防冷卻水系統控制流程

4 消防設計要點

在罐區消防設計中，某個細節的缺失或錯誤可能導致整個滅火系統的失效，必須引起重視。以下列舉一些在設計中常見的問題，以供探討學習。

(1)消防水系統應在最不利點設置壓力表，并計算噴頭出水壓力是否大于0.2MPa；

(2)計算每一層噴淋環管壓力，必要時設置減壓孔板，保證實際冷卻水噴淋量不大于設計流量的1.2倍。減壓孔板應設置在水平管段且應為不銹鋼材質；

(3)室外地上消火栓選擇防凍調壓防撞型；

(4)油泵房消火栓箱所配水槍應為直流/水霧兩用，撲救流淌火災時應采用水霧模式，防止直流水流將油噴濺到四周；消火栓帶防爆型手動報警按鈕，并帶位置信息編碼，當發生火災時可以指示使用消火栓的位置；

(5)過濾器后的消防冷卻水管道分段預制后整體內外熱浸鋅，法蘭連接。上罐立管過盤梯處內繞，采用溝槽連接并增加噴頭，保證無死角；

(6)消防水管道過濾器選擇可在線清洗型；

(7)地上干式泡沫混合液管道采取防靜電接地措施[7]；

(8)泡沫混合液管道上彎處加排氣閥，閥前加閥門，便于檢修，下彎處加放空閥；

(9)含油污水及雨水出防火堤后設置水封井，防止火蔓延至防火堤內。當管徑大于等于DN300時應采用丙型水封井，便于疏通、清掏；

(10)根據保護對象選擇一級或者二級用電負荷，保證供電可靠性，且消防水泵和泡沫消防水泵均設置柴油泵作為備用；

(11)采用環狀消防水管網，并且兩路進水；當庫區內有多個泡沫站時，泡沫站之間用管道連接，通過閥門控制，當發生火災時可以相互支援；

(12)消防冷卻水及泡沫液均按規范要求設置富余量；

(13)合理布置管道，消防冷卻水及泡沫混合液管道盡量埋地，防止發生火災或爆炸時消防系統遭到破壞。

5 結語

儲罐區生產安全事關重大，一旦發生事故消防系統能否迅速發揮作用關系到生命財產安全，在設計中除了嚴格執行相關規范、法規外還要因地制宜，結合工程情況進行設計，保證消防設計合規、合理、有效、可靠。

[1]韓偉偉.大型原油儲罐消防設置及施工技術探討[J].施工技術,2014,43:671-672.

[2]孔得朋,劉鵬翔,等.原油罐沸溢火災發展階段及沸溢發生時間試驗研究[J].中國安全科學學報,2016,26(2):62-66.

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

[4]于濤.大型原油庫的消防設計[J].石油化工安全環保技術,2008,24(6):6-8.

[5]中國石油化工集團公司,等.GB 50737-2011,石油儲備庫設計規范[S].北京：中國計劃出版社,2011.

[6]山東省安全生產監督管理局.魯安監發[2010]118號,山東省大型浮頂儲罐安全技術規程(試行)[S],2010.

[7]中華人民共和國公安部.GB 50151-2010,泡沫滅火系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社,2011.

屈夢雄,男,28歲,助理工程師,從事石油化工消防及給排水設計，單位：海工英派爾工程有限公司。