燃氣供應站儲罐噴淋供水控制閥設計

周 春，汪玲玲，張 前

(中機國際工程設計研究院有限責任公司華東分院，江蘇 南京 210023)

1 噴淋供水控制閥設置現狀

2021年，全國城市天然氣供氣總量1 721.1×108m3，液化石油氣供氣總量860.7×104t[1]，全年進口天然氣1 680×108m3[2]。燃氣供應站中LPG或者LNG儲罐都需要根據容積設置固定水噴霧系統。固定水噴霧系統主要由消防水池、泵房、消防環網、供水控制閥、供水支管網、水霧噴頭等組成。其中，供水控制閥對發揮整個固定水噴霧系統的消防功能起到關鍵的作用。

根據多次江蘇省燃氣供應站安全檢查結果的匯總，目前已建成的燃氣供應站儲罐噴淋供水控制閥主要有3種：手動控制閥、電動控制閥或氣動控制閥、雨淋報警閥。其中，設置手動控制閥作為儲罐噴淋供水控制閥的廠站很多，這些燃氣供應站大都是建站時間長達10～20 a的LPG供應站。采用電動控制閥或氣動控制閥作為儲罐噴淋供水控制閥的情況在比較新的LPG或LNG供應站最為常見。采用雨淋報警閥作為儲罐噴淋供水控制閥的情況較少，主要出現在近3 a新建的LPG或LNG供應站內。

從使用效果來看，手動控制閥的反應最慢，發生火災時必須人員到現場操作才能實現對儲罐噴霧防護，無法實現遠程開閉或者與火災報警系統聯動開啟。氣動控制閥采用壓縮空氣或氮氣作為控制氣源，通過開關供氣管道上的電磁閥從而實現遠程開閉或者與火災報警系統聯動開啟，反應時間較快，一般需要設置備用氣源。雨淋報警閥反應最快，通過控制電磁閥實現閥門的迅速開啟和關閉，無須設置備用動力源。

2 現行規范下供水控制閥的選用

2.1 現行規范下設計選用

根據GB 51142—2015《液化石油氣供應工程設計規范》和GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》(2020年版)，總容積大于50 m3或單罐容積大于20 m3的LPG和LNG儲罐均應設置固定噴淋裝置。在工程實踐中，常采用固定水噴霧系統。LPG和LNG都屬于液化烴，根據GB 50219—2014《水噴霧滅火系統技術規范》，供水控制閥應該選用電動控制閥、氣動控制閥或雨淋報警閥。與電動控制閥和氣動控制閥相比，雨淋報警閥具有操作方便、開啟迅速、可靠性高等特點。對于要求快速響應的固定水噴霧系統，供水控制閥應選用雨淋報警閥。

GB 50219—2014第3.1.2條規定，對用于防護冷卻的液化烴或類似液體儲罐，系統響應時間不大于120 s。第4.0.3條規定，響應時間不大于120 s的系統，應設置雨淋報警閥組。因此，燃氣供應站的LPG或LNG儲罐設置的固定水噴霧系統中供水控制閥應選用雨淋報警閥，并根據要求設置滿足功能的雨淋報警閥組。根據GB 50219—2014第4.0.3條，雨淋報警閥組的功能及配置應滿足以下要求：

應能電動開啟；應具有遠程手動控制和現場應急機械啟動功能；在控制盤上應能顯示雨淋報警閥的開、閉狀態；宜驅動水力警鈴報警；雨淋報警閥進出口應設置壓力表；電磁閥前應設置可沖洗的過濾器。

2.2 雨淋報警閥組固定水噴霧系統

① 雨淋報警閥的組成

雨淋報警閥屬于一種消防專用的水力快開閥。一旦開啟，可使水流在瞬間達到額定流量。雨淋報警閥組固定水噴霧系統見圖1。

圖1 雨淋報警閥組固定水噴霧系統

雨淋報警閥結構見圖2。雨淋報警閥閥腔分為上腔、下腔和控制腔3部分。控制腔、下腔與供水側管道連通。上腔與系統側管道相連。控制腔和下腔充滿消防水。控制腔由于受供水側的消防水和隔膜(或杠桿、活塞)重力的共同作用，使雨淋報警閥處于密封關閉狀態。一旦控制腔放水泄壓，隔膜(或活塞、杠桿)失去作用，被供水側管道中的消防水沖開，雨淋報警閥開啟。

圖2 雨淋報警閥結構

常用的雨淋報警閥有隔膜型、杠桿型、活塞型3種。隔膜型雨淋報警閥主要由閥體、閥瓣、橡膠膜片等組成。隔膜型雨淋報警閥只有一個活動部件，故動作靈敏、迅速，動作后能自動復位且不需經常保養維修，是一種比較理想的雨淋報警閥。杠桿型雨淋報警閥主要由閥體、閥瓣、推桿、搖臂等組成。平時靠著力點力臂的差異，使推桿所產生的力矩足以將搖臂隔板鎖緊，使其保持在關閉位置。活塞型雨淋報警閥的原理與隔膜型相同，只是在結構上用活塞代替了隔膜。

② 雨淋報警閥組固定水噴霧系統工作原理

正常情況下，雨淋報警閥組處于伺應狀態，電磁閥處于關閉狀態，此時的雨淋報警閥處于密封關閉狀態。供水側管道充滿消防水，系統側管道充滿空氣。發生火災時，通過遠程或連鎖打開電磁閥對雨淋報警閥的控制腔放水泄壓，雨淋報警閥被供水側管道中的消防水沖開，消防水立刻充滿系統側管道，從而實現固定水噴霧系統的啟動。

3 供水控制閥的實際應用探討

GB 50219—2014認為，雨淋報警閥屬于水力快開閥，不通過執行機構來開啟閥門，一般用于對響應時間要求短的水噴霧系統。電動控制閥或氣動控制閥開啟時間長，不適用于要求快速響應的系統，僅適用于允許響應時間大于120 s的系統。

從圖1可以看出，雨淋報警閥的開關是通過開啟供水管道的電磁閥實現水力快開，而一般的氣動控制閥或電動控制閥是通過執行機構啟閉閥門。兩者又有不同，電動控制閥是利用電力直接驅動執行機構，氣動控制閥是通過啟閉外部氣源供氣管道上的電磁閥實現閥門開關。電動控制閥一般啟閉時間多達10～30 s，供電電源的電壓較高且需要設置備用消防電源，較為復雜。因此本文僅對氣動控制閥是否適合作為儲罐噴淋供水控制閥進行探討。

按照筆者的設計經驗，LPG或LNG供應站儲罐噴淋供水控制閥選用氣動控制閥時，通常選用氣動蝶閥。氣動蝶閥具有安裝距離小、容易拆裝及維修、結構簡單緊湊、操作扭矩小、90°回轉開啟迅速等特點。根據閥門廠家提供的參數，DN 500 mm以下的氣動蝶閥無論是單作用式還是雙作用式，啟閉時間一般為0.1～1.0 s，最長不會超過5 s。而且氣動控制閥與雨淋報警閥一樣，都是通過控制管路電磁閥的開關實現閥門啟閉。在這樣的啟閉時間下，從設計層面來講，氣動蝶閥能夠滿足固定水噴霧系統反應時間不大于120 s的要求。

經筆者的調研，現有較多的LPG或LNG廠站中儲罐噴淋供水控制閥采用了氣動控制閥。根據廠站運營人員的經驗，實際消防或進行消防演練時，從發出消防指令到固定水噴霧系統出水，系統響應時間均小于120 s。

4 氣動控制閥固定水噴霧系統

4.1 氣動控制閥固定水噴霧系統的組成

氣動控制閥固定水噴霧系統見圖3。

圖3 氣動控制閥固定水噴霧系統

4.2 氣動控制閥固定水噴霧系統的工作原理

正常情況下，供水側管道上的氣動控制閥處于關閉狀態，供水側和系統側信號閥處于開啟狀態。供氣管道上的閥門和電磁閥處于開啟狀態，氣動執行機構存有動力氣體(壓縮空氣)驅動氣動控制閥關閉。發生火災時，通過遠程或連鎖關閉供氣管道上的電磁閥，停止給氣動執行機構供氣。氣動執行機構失去動力氣體驅動，打開氣動控制閥。消防水立刻充滿系統側管道，從而實現系統的啟動。

與雨淋報警閥組固定水噴霧系統相比，氣動控制閥固定水噴霧系統的組成件相對較少，結構簡單，容易操作和保養維修。本系統應具備以下功能：

應能氣動開啟；應具有遠程開關、現場手動開關和與火災報警系統連鎖開關功能；應能在消防控制系統中顯示氣動控制閥的開關狀態；應設置可靠的儀表氣源；為了保證消防時控制閥的高可靠性，應選用故障開型的閥門；應進行閥門防火保護設計。

4.3 氣動控制閥的選型

氣動控制閥可以選用氣動蝶閥、氣動截止閥、氣動球閥、氣動閘板閥等。氣動蝶閥具有安裝距離小等諸多特點，設計時一般選用氣動蝶閥作為供水控制閥。

5 結論及建議

① 根據現行規范，燃氣供應站LPG或LNG儲罐固定水噴霧系統中供水控制閥應選用雨淋報警閥，并配置雨淋報警閥組。

② 氣動控制閥的開關時間能做到5 s以內，與雨淋報警閥的動作時間相近。實際應用中，以氣動控制閥作為供水控制閥的固定水噴霧系統響應時間能夠做到小于120 s。氣動控制閥作為燃氣供應站LPG或LNG儲罐固定水噴霧系統供水控制閥是可行的。

③ 建議GB50219—2014在修訂時對供水控制閥的實際應用情況進一步調研，調整相關內容。