儲罐兩環段噴淋圈管對供給強度的影響

李新川

（新疆油田公司消防支隊，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

油罐是用來儲存原油或其他石油產品的容器，大型石油儲罐區儲存容量大，設備眾多且功能復雜，出入管線布置繁多，存在較大的火災危險性。隨著國內原油輸送及儲備庫逐步建立，各類油罐數量迅速增加，儲量大于5×104m3、10×104m3及以上容積的，為了提高運行安全水平，減少蒸發損耗，基本以外浮頂形式為主。對于5×104m3以下的儲罐以固定頂油罐為主。同時，油罐火災危險性大，儲罐發生火災后，如果固定消防設施設置不合理、冷卻水供給強度不夠或者損壞，一旦發生爆炸或者沸溢噴濺，嚴重影響鄰近油罐和生產設施的安全，需要調集大量移動消防力量參與撲救。例如：2010年4月19日18時37分，中石油西北銷售公司商業儲備庫20000m3內浮頂汽油罐發生火災，由于消防系統損壞無法有效滅火，共調集40多輛消防車開展火災撲救；2010年7月16日18時12分，大連中石油國際儲運有限公司保稅區油庫輸油管線爆炸起火，消防設施被破壞，通過17個消防支隊、220臺消防車、1380余名消防官兵開展滅火，共調用泡沫液1300余噸，歷時15小時撲滅火災，此次事故造成了巨大的經濟損失和社會影響。

1 消防冷卻水系統及供給強度的要求

儲罐消防冷卻水系統有固定、半固定式，罐發生火災后，啟動消防泵將冷卻水通過消防管網送達罐頂，儲罐頂部設置環形噴淋圈管，圈管均勻布置噴頭，通過噴頭噴灑水流，對著火罐和鄰近罐罐壁進行冷卻，控制著火罐火勢、減少熱輻射，保護鄰近罐[1]。

儲罐固定式消防冷卻水系統，冷卻固定頂著火罐冷卻范圍為罐壁外表面，供給強度為2.5L/（min·m2）；冷卻外浮頂罐、內浮頂罐冷卻范圍為罐壁外表面積，供給強度為2.0L/（min·m2）；冷卻相鄰罐冷卻范圍為罐壁外表面積的1/2，供給強度為2.0L/（min·m2）[2]。

2 儲罐冷卻水噴灑試驗

選取對象：4座5×103m3儲罐組，單盤易熔內浮頂罐，直徑D=24m，罐壁高H=12m，環形噴淋圈管采取兩環段形式，如圖1。選擇非收發油品儲罐，環境溫度應大于消防水結冰溫度，以免造成管線凍堵。

圖1 儲罐冷卻情況確定（4座儲罐都需要冷卻）Fig.1 Cooling necessity of the tanks

冷卻水供給強度：根據《石油天然氣工程設計防火規范》：外浮頂罐、內浮頂為2.0L/（min·m2），固定頂罐著火罐2.5L/（min·m2），其鄰近罐2.0L/（min·m2）[3]。

冷卻范圍：對于外浮頂罐來說，只需冷卻著火罐罐壁表面積，對于地上固定頂油罐來說，需要冷卻著火罐罐壁全部表面積及距著火罐罐壁1.5倍直徑范圍內的相鄰地上油罐的一半受熱面[4]。

時間要求：消防泵啟動后，5min內冷卻水送達最不利點。

打開假設事故罐的噴淋以及相鄰罐的受熱面噴淋，在罐區選取位置觀察冷卻水噴淋的工作情況[5]，如圖2；啟動消防泵，開始計時，記錄最不利點冷卻水噴淋圈管開始噴水時間，見下表，最后根據現場冷卻儲罐的總表面積、消防泵流量等參數核算供給強度是否滿足規范要求。

圖2 儲罐固定消防冷卻水系統現場測試Fig.2 Field test of the fixed cooling water system of the tanks

表 實驗數據記錄表Tab Experiment data sheet

2 消防冷卻水圈管設置情況分析

上述案例中，罐區為4座5×103m3單盤易熔內浮頂罐組，環形噴淋圈管采取兩環段形式。其中鄰近罐需要開啟全部噴淋才能冷卻受熱輻射面。5×103m3固定頂罐參數為：直徑D=24m，罐壁高H=12m。

本次實驗，噴淋圈管在儲罐設計和施工階段都遵循在儲罐頂部設置兩個及以上環段的規范要求。但通過測試，儲罐消防冷卻水系統噴淋圈管設置不合理。對于四罐布置在一個罐組內的情況，鄰近罐只開啟一半冷卻水環段是無法滿足對受熱輻射面全部冷卻的需求，而且環段末端正對著火罐，那么鄰近罐需要開啟全噴淋才能滿足規范規定的冷卻要求，如果開啟鄰近罐的全部噴淋，造成供給強度不足和延續滅火時間不足的問題，如圖3。

按照規范要求：著火罐冷卻全表面，供給強度為2.5L/（min·m2），鄰近罐冷卻表面積的一半，供給強度為2.0L/（min·m2）。

圖3 儲罐冷卻水圈管環段設置情況Fig.3 Ring loop of cooling water system for heat exposure protection

在設計過程中進行總用水量計算時，按照固定頂罐著火罐2.5L/（min·m2），其鄰近罐2.0L/（min·m2）參數進行計算，儲罐實際冷卻水供給強度應該小于2.5L/（min·m2），大于2.0L/（min·m2）。著火罐表面積為75.36m2，著火罐供給強度為R1=2.5L/（min·m2），需要冷卻水流量為188.4L/min。

3座臨近罐各需要冷卻一半表面積：113.04m2，鄰近罐供給強度為R2=2.0L/（min·m2），需要冷卻水流量為226.08L/min；總的冷卻水流量為414.48L/min：

4×5000m3罐區實際需要冷卻的鄰近罐表面積為150.72m2，4×5000m3罐區實際冷卻水供給強度為1.83L/（min·m2），著火罐和鄰近罐的供給強度均達不到規范中2.5L/（min·m2）的要求。

3 對冷卻水圈管設置的建議

現行規范《石油天然氣工程設計防火規范》中對儲罐消防冷卻水系統噴淋圈管應該設置要求兩個及以上環段，且每一個環段都要有獨立的立管從環網連接出來，送至罐頂。為了節省投資，設計部門往往只選擇兩個環段，這種設計滿足規范要求。

從本次抽樣測試來看選擇測試的4座容積為5×103m3的儲罐，噴淋圈管環段均為兩個環段。在著火罐冷卻要求方面，《石油天然氣工程設計防火規范》要求儲罐間距在著火罐半徑1.5倍范圍內的，均需要進行冷卻，著火罐需要冷卻全部表面，臨近罐只需冷卻靠近著火罐的一半表面，然而通過實際測試來看，作為臨近的3號罐卻需要打開了全噴淋，主要原因是3號罐的兩段噴淋圈管末端斷開處正對1號著火罐，只有開啟全噴淋才能夠滿足冷卻受輻射熱一半罐壁的要求，這樣就造成總的冷卻表面積增加了1/2罐壁表面積，造成冷卻水供給強度不足。著火過程中，如果冷卻強度不夠，會造成火勢擴大或者其他次生災害。

建議在儲罐噴淋圈管設計的時候，一個罐組只有兩座儲罐時，可以考慮設置兩個環段，只要任一儲罐的環段末端沒有正對其臨近罐，就滿足設計要求和工程實際要求。但是，更加常見的每個罐組4個以上儲罐的，這種情況下仍然選用兩個環段，就會造成總的冷卻面不符合規范要求，當冷卻面積達到規范要求時，供水強度就無法達到設計值的要求。

建議對規范中著火罐和臨近罐供水強度均要求為2.5L/（min·m2），冷卻水噴淋圈管設置為四段以上。

4 結論

對4座5×103m3儲罐進行了消防冷卻水系統噴灑實驗發現：

（1）儲罐冷卻水噴淋圈管設置不合理，通過噴灑實驗分析計算，著火罐實際冷卻水供給強度為1.83L/（min·m2），小于規范要求的2.5L/（min·m2）。

（2）對油罐固定消防冷卻水系統的噴灑實驗，可以對系統整體性能進行檢驗，及時診斷系統存在的問題。

本文通過對4罐罐組冷卻水系統實際測試，發現其設計中存在不足，希望設計、施工部門能引起重視，共同促進石油化工單位油罐的消防安全管理和技術工作。