乙酸乙酯儲罐的消防設計

王星帥，劉 昱

(煙臺萬華化工設計院有限公司，山東 煙臺 264006)

1 乙酸乙酯的火災危險性

乙酸乙酯俗稱醋酸乙酯，在常溫常壓下為無色澄清液體，有芳香氣味，易揮發，微溶于水。分子式：C4H8O2，飽和蒸氣壓(kPa)：13.33(27℃)，閃點(開杯)： 13℃，爆炸極限%(V/V)：2.0%～11.5%。

根據《石油化工企業設計防火規范》(GB50160-2008)(以下簡稱石化規)表3.0.1和表3.02可以確定乙酸乙酯液體火災危險性分類為甲B類。

滅火方法：采用抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉、砂土滅火。用水滅火無效，但可用水保持火場中容器冷卻。

近年來隨著經濟的發展和技術的進步，石油化工企業的工藝裝置、儲罐也向大型化發展，要求的消防用水量加大。對于大型的乙酸乙酯罐區，火災危險性大，一旦處置不當，將會出現難以預料的嚴重后果。因此，乙酸乙酯儲罐的消防設計就成為了預防大型火災事故的重中之重。筆者就某工程的消防設計談談自己的心得體會。

2 工程概況及消防設施設置

2.1 工程概況

山東某公司乙酸乙酯罐區布置有2個2000 m3的乙酸乙酯立式儲罐，直徑12 m，高度18 m，儲罐為固定頂儲罐，單排平行布置，兩罐之間中心距為20 m。

2.2 消防設施設置

根據《石化規》第8.4.5可燃液體的地上立式儲罐應設置固定式或移動式消防冷卻水系統，其供水范圍、供水強度和設置方式應符合下列規定：罐壁高于17 m儲罐、容積等于或大于10000 m3儲罐、容積等于或大于2000 m3低壓儲罐應設置固定式消防冷卻水系統[1]。本工程乙酸乙酯儲罐高度大于17m，故應設置固定式消防冷卻水系統。

根據《石化規》8.7.1和8.7.2條 可能發生可燃液體火災的場所宜采用低倍數泡沫滅火系統；單罐容積等于或大于500 m3的水溶性可燃液體儲罐，應采用固定式泡沫滅火系統[1]。本工程乙酸乙酯罐區應設置低倍數固定式泡沫滅火系統。

本項目的消防設施以消防冷卻水系統、固定式泡沫滅火系統為主,輔以消防水炮、泡沫栓、干粉滅火器等設施加以保護。

3 消防冷卻水系統的設計

3.1 消防冷卻水量的確定

可燃、易燃液體儲罐著火后，儲罐的罐壁直接受到火焰威脅，對于地上的鋼制儲罐火災，一般情況下，5min內可以使罐壁溫度達到500℃，使鋼板強度降低一半，在8～10min以后鋼板會失去支持能力，儲罐將發生變形或破裂[2]。甲乙丙類液體儲罐火災危險性大，火災的火焰高、輻射熱大，為控制火災蔓延、降低火焰輻射熱，保證著火罐及臨近罐的安全，需要采用大量的水對著火罐和臨近罐進行冷卻，并及時實施撲救工作。

根據《消防給水及消火栓系統技術規范》3.4.2距著火罐固定罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內的鄰近罐應設置冷卻水系統。本工程著火罐冷卻水供給強度不小于2.5 L/min·m2，供水范圍按罐壁表面積計算；鄰近罐冷卻水供給強度不小于2.5L/min·m2，供水范圍按罐壁表面積的1/2計算。

儲罐表面積：S=678.6 m2，著火罐的消防設計流量:Q=2.5×678.6=1696.5L/min=101.8 m3/h；鄰近罐的消防設計流量:Q=2.5×339.3=848.25L/s=50.9 m3/h，總冷卻水設計流量150.9 m3/h。

室外消火栓設計流量：15L/s=54 m3/h。醋酸乙酯儲罐區消防用水量為204.9 m3/h。罐區四周設環形管網，管徑DN200,對應的流速v=1.81m/s。

單個儲罐設2路立管上水，每路管徑DN100，對應的流速v=1.8 m/s。

3.2 消防冷卻水控制系統

乙酸乙酯儲罐的消防冷卻水系統響應時間300s，系統可采用手動控制和應急機械啟動兩種控制方式。需要特別說明的是，本處的手動控制是指人為遠距離操縱供水設備、雨淋報警閥等系統組件的控制方式。

系統的供水控制閥可以采用雨淋閥、電動控制閥或氣動控制閥，如果采用電動控制閥或氣動控制閥時，閥門開啟時間不宜大于45s。由于雨淋報警閥是一種消防專用的水力快開閥，具有遠程遙控、就地人為操作兩種開啟閥門的操作方式，一旦開啟，可使水流在瞬間達到額定流量，推薦優先選用雨淋閥。雨淋報警閥前的管道應設置可沖洗的過濾器，以保障水流的暢通和防止雜物破壞雨淋閥的嚴密性及堵塞噴頭[3]。

在乙酸乙酯罐區四周設置手動報警按鈕、可燃氣體探測器，當發生火災時，可通過報警按鈕將報警信號傳至消防控制室，值班室操作員確認后即可遠程啟動控制閥門，打開固定消防噴淋裝置進行滅火。緊急情況下，現場人員也可以現場開啟雨淋閥，啟動消防噴淋裝置進行滅火。為保證使用者安全，應將雨淋報警閥布置在防火堤外，且距罐壁不宜小于15m。

4 泡沫滅火系統設計

4.1 系統選擇

根據《泡沫滅火系統設計規范》(GB50151-2010)的要求，水溶性甲類液體的固定頂儲罐，應選用抗溶泡沫液，液上噴射。

4.2 泡沫用水量計算

根據《泡沫滅火系統設計規范》(GB50151-2010)泡沫滅火系統撲救儲罐區一次火災的泡沫混合液設計用量，應按下式計算，并應按罐內用量、該罐輔助泡沫槍用量、管道剩余量三者之和最大的儲罐確定：

Q = A ·q1·t1+n·q2·t2+ V

式中：Q —撲救一次火災的泡沫混合液設計用量(L)；

A—單個儲罐的保護面積(m2)；

q1—泡沫混合液供給強度(L/min·m2)；

t1—泡沫混合液連續供給時間(min)；

n—計算儲罐的輔助泡沫槍數量；

q2—每支輔助泡沫槍的泡沫混合液流量( L/min)；

t2—泡沫槍的混合液連續供給時間(min)；

V—系統管道內泡沫混合液剩余量(L)。

2000 m3乙酸乙酯儲罐直徑為12 m，罐壁高18 m，乙酸乙酯儲罐泡沫混合液的供給強度12 L/min·m2，儲罐的保護面積為113.1 m2，泡沫混合液設計流量為22.7 L/s，實際選用32 L/s，供給時間25min。

設置固定式泡沫滅火系統的儲罐區，應在其防火堤外設置用于撲救液體流散火災的輔助泡沫槍，撲救流散火災泡沫混合液用量為8L/s，供給時間20min；管道中用泡沫混合液約3.14 m3。考慮1.05的富裕量，泡沫混合液用量為63.8 m3。采用6%抗溶氟蛋白泡沫液，其中泡沫液用量為3.8 m3，用水量約為60 m3。

4.3 泡沫滅火系統配置

根據《泡沫滅火系統設計規范》(GB50151-2010)乙酸乙酯儲罐選用型號為PCL16空氣泡沫產生器2具，沿罐壁均勻布置。儲罐區防火堤外側均勻布置泡沫消火栓(內配泡沫槍一支，型號為PQ8)，間距不大于60 m。

泡沫液儲罐容積為10 m3，采用泡沫泵和平衡壓力式泡沫比例混合裝置聯合作用供給泡沫混合液滅火系統，工作壓力范圍0.6～1.2MPa。

平衡壓力式泡沫比例混合裝置與儲罐壓力式泡沫比例混合裝置相比有如下優點：采用常壓、無囊的不銹鋼儲罐，避免了膠囊損壞造成的損失和較高的壓力容器制造費用；泡沫液可在裝置滅火的過程中添加；壓力平衡閥的動態調節保證了混合液較為準確的混合比；泡沫泵注入泡沫液的供給方式使得泡沫混合液的工作壓力和流量有較大的適應范圍；操作簡單，更易實現自動化控制[4]。

5 其他設施的配置

根據《石油化工企業設計防火規范》，可燃液體的地上罐組宜按防火堤內面積每400 m2配置1個手提式滅火器，但每個儲罐配置的數量不超過3個，以撲滅停工檢修管道時可能發生的小火災。

6 設計注意事項

①由于泡沫產生器玻璃片密封不嚴，導致儲罐內的物料蒸汽擴散至泡沫管網中，長期集聚導致泡沫管網中可燃氣體超標。

②一次火災使用完泡沫混合液后，管網必須沖洗干凈。否則在管網內殘存的泡沫混合液在適合的條件下會發酵產生沼氣，存在較大的火災隱患。

③近幾年發生的大型儲罐火災表明，在實際滅火過程中泡沫混合液的使用量遠遠超過規范規定的設計用量，因此建議有條件時，設計中應采用較大的泡沫液儲備量。

[1]住房和城鄉建設部.GB50160-2008 石油化工企業設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[2]住房和城鄉建設部.GB50974-2014 消防給水及消火栓系統技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[3]住房和城鄉建設部.GB50219-2014 水噴霧滅火系統技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[4]李 鵬. 大型甲醇儲罐消防設計探討[J].廣州化工，2013，41(11)：216-230.