可燃液體立式常壓儲罐消防冷卻水系統設計分析

趙 明

（撫州市臨川區消防救援大隊，江西撫州 344100）

可燃液體立式常壓儲罐（以下簡稱“常壓儲罐”）。對于常壓儲罐火災防護的參數配置，現有建筑設計類、消防技術類、石化單位火災防護標準、石油庫設計類、石油儲備庫規劃標準、工程火災防護六種設計標準[1]。此六種用于消防標準與規范，對應的設計參數存在一定差異。因此，結合建筑設計、消防技術、石化單位火災防護三種計算方法，對消防水循環冷卻裝置進行規劃與參數確定[2]。

1 工程概述

1.1 儲罐消防設計情況

以化工單位2017年的在建工程為例，消防設計詳情：儲罐標號[001，006]；儲存介質是92號汽油；閃點度數區間為[0，28]℃；相對密度為0.75d420；儲罐直徑D為27.5m；儲罐高度H是17.8mm；儲罐屬性為內浮頂；不具有保溫性能；儲存容量為10 000m3。

1.2 儲罐平面結構

案例儲存罐區內含有六個儲罐，每個儲罐相互獨立，具體分布情況如圖1所示。圖1中未注明單位的參數，單位均為mm。

圖1 六個儲罐位置分布示意圖

2 消防循環水冷卻裝置的程序規劃

2.1 設計標準

在設計此工程時，選在石油化工單位內部，以消防設計標準、石化單位消防規范為參照，進行程序設計。

（1）依據GB 50016—2014《建筑消防設計標準》的1.0.2條內容：民用防空項目、石油危險品工程、化工消防工程等，在進行火災防護設計時，在擁有特定消防設計規定時，需遵從細則規定。因此，在工程設計時，參照石化單位對火災防護的各項設計規定。

（2）在GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》中的第8.2.5條內容：工程所用的儲罐媒介是92號規格汽油，閃點介于0與28℃之間，在石化單位防火標準中，屬于火災發生風險甲級B類，同時儲罐整體高度17.82mm。因此，工程在設計消防程序時，選用的噴淋裝置為固定式。

2.2 參數配置

2.2.1 水供應強度

依據消防建筑設計標準與石化單位防火規范的規定，以罐壁表面積為參照，綜合設計供水面積s1。相鄰位置的儲罐，在設計供水面積s2時，取值s2=s1×2-1。在工程中內浮頂類型的儲罐空間，所用材質具有易溶解性，依據頂罐設計標準，進行計算。發生火災的存儲罐、相鄰未著火的儲罐，兩者水供應強度均設為2.5L/（min ·m-1），則有q1=q2=2.5L/（min ·m-1）。

2.2.2 火災持續時間

在儲罐三個位置，火災持續時間均為6h。三個位置分別為：①甲類級別危險性的液體儲罐；②直徑不小于20m的固定頂罐；③直徑超過20m、浮盤用材具有易溶性的內浮頂罐[3]。由此設定火災持續周期t參數取值為6h。

2.2.3 儲罐設定

擬定發生火災的儲罐為1個，周邊相鄰儲罐為3個。

2.3 防火用水量

（1）發生火災的儲罐，其防火用水量Q1=q1S全=q1πDH=2.5×π×27.5 ×17.8+60=64.15L/s。 此 儲 罐 防 火 用 水 量 是64.15L/s。

（2）周邊相鄰儲罐，其防火用水量Q2=q2S全=q2πDH×2-1=2.5×π×27.5×17.8×2-1+60=32.06（L/s）。此儲罐防火用水量是32.06（L/s）。

（3）罐區循環水冷卻程序的防火水消耗量，供應流量為Q3=Q1+3×Q2=160.33L/s。

（4）罐區位置可變的消防水循環冷卻程序，其防火用水量設計為Q4=30L/s。

（5）罐區消防水循環冷卻程序的水存儲容量：V=（Q3+Q4）t=（160.33+30）×6h×3 600s=4 105m3。

2.4 罐區防火冷卻水裝置的水消耗量

案例工程每個存儲罐，均設置了一個加強圈。而加強防護圈與罐壁頂端位置相距長度有3.8m。使用四組立管進行水供應，環管設計成2層。由上至下首個圈環管核心位置，相距罐壁頂端位置的長度為0.5m。次圈環管核心位置，與罐壁頂端位置的長度距離同樣是0.5m。此時噴頭規格選用水幕型[4]。

2.4.1 噴頭設計

對噴頭進行平面設計時，可考慮設計成矩形或者是菱形。工程規劃時，將噴頭平面設計成矩形規格。水幕錐底區域的半徑大小r=btanθ×2-1。b代表噴頭與罐壁相距長度，單位為米。θ表示水幕噴頭設計的出水角度，單位為（°）。工程中，b取值為0.6m，θ取值為120°。則r值為1.039m。程序中每層添加的噴頭數量，計算方法為n=πD×（1.4r）-1=59.4個。綜合考量單一立管兩側所設噴頭，需要以對稱性為設計思想，故而在立管四個位置均添加一個噴頭，則噴頭總數取64個。

2.4.2 噴頭類型選擇

（1）噴頭出水防護區域。首圈噴頭防護區域：S首=πDH1=328.3m2（H1取值為3.8m）。次圈噴頭防護區域 ：S次=πDH2=1 211.2m2（H1取值為17.82-3.8=14.02m）。

（2）每個噴頭的出水流量。首圈噴頭出水流量：Q首=（q1×S首）n-1=（q1×πDH1）n-1=（2.5×π×27.5×3.8）×64-1=12.82L/min，則每分鐘單個噴頭的出水流量是12.82L/min。次圈每個噴頭的出水流量：Q次=（q1×S次）n-1=（q1×πDH2）n-1=（2.5×π×27.5×14.02）×64-1=47.31L/min，則單個噴頭的出水流量是47.31L/min。

③噴頭規格與噴頭出水流量的設計。首圈與次圈使用的噴頭規格，均選用ZSTMB類型，首圈噴頭型號為L12/120，出水壓力為0.15MPa，出水流速為14.70L/min。次圈噴頭型號L40/120，出水壓力同樣為0.15MPa，出水流速為48.99L/min。

（4）環管與立管的參數設計。工程中添加了四路立管進行水供給，對每個單一立管進行2等分處理，由此分割成2環管，每個分支環管支持連接最多8個噴頭。首圈每個支環管能夠承擔1.96L/s的出水流量，相當于每分鐘出水117.6L。首圈管徑規格設定為DN50。次圈每個支環管需要對出水流量進行分割，能夠承擔16.98L/s的出水流量，相當于每分鐘出水1019.04升。管徑規格可選擇DN100。每個立管的設計示意圖如圖2所示。

圖2 每個立管的設計示意圖

⑤每個固定規格的防火循環水冷卻裝置，對其出水流量的參數進行設計：Q單固=n（Q首+Q次）=64×（14.7+48.99）×60-1=67.93L/s。單個固定式防火循環水冷卻裝置的出水流量是67.94L/s。

⑥罐區固定規格的防火循環水冷卻裝置的用水量：Q固=Q單固+3×Q單固×2-1=67.94+3×67.94×2-1=169.8L/min。則罐區固定規格防火循環水冷卻裝置的整體用水量為169.8L/min。

⑦罐區固定規格防火循環水冷卻裝置的整體水儲存容量：V總=（Q固+Q4）t=（169.8+30）×6h×3 600s，則V總結果近乎為4 315m3。

3 設計建議

1）儲罐固定規格消防裝置，在設計時需要依據規范內容給予設置，如果設計參數與選用標準存在出入，需要遵從特定項目的標準內容。比如在建筑防火規定與石化單位對于消防設計的規定，明顯石化單位給出的規定范圍更小，標準內容更具適用性。

2）如果在消防裝置設計時，并未給出水量的比值最大范圍，可依據儲備庫的消防設計標準，確保實際出水量控制在設計水量的20%以內，出水量比值需要小于1.2。

3）在使用固定規格的儲罐噴淋裝置基礎上，結合消防需求，設計出水參數，比如壓力、儲水容量等，以此保障消防循環水冷卻裝置的設計效果。

4 結論

在石化單位進行防火裝置設計時，需要參照適用性的規范與標準，以保障裝置設計的合理性。同時，在噴頭規格選擇、參數設計期間，需要結合裝置性能、防火需求逐一確定，以保障消防效果，合理防控火災事故，保障消防裝置在第一時間發揮防護作用。