大型化工儲罐區(qū)固定式泡沫滅火系統(tǒng)設計

摘要：可燃液體儲罐作為化工項目中的常見裝置，火災危險性較高。消防設計作為罐區(qū)防控火災的重要環(huán)節(jié)，應引起高度重視。以福建某大型化工項目為例，系統(tǒng)闡述了固定式泡沫滅火系統(tǒng)的設計計算方法，為其他類似項目可燃液體儲罐區(qū)的泡沫滅火系統(tǒng)提供參考。

關鍵詞：石化裝置；儲罐；泡沫滅火

化工項目因其建設規(guī)模大、工藝流程長、儲存的原材料和副產(chǎn)品的化學性質穩(wěn)定性低，容易引起火災或爆炸。一旦發(fā)生火災，容易造成嚴重的人員傷亡、環(huán)境破壞和經(jīng)濟損失。因此，其安全生產(chǎn)備受社會關注[1]。可燃液體儲罐作為化工項目中的常見裝置，多儲存甲、乙、丙類液體等危險物料，隨著單罐容積的增大、儲罐數(shù)量的增多，罐區(qū)的消防設計成為化工項目防控火災的重中之重[2]。本文以福建某化工項目為例，介紹大型化工儲罐區(qū)的固定式泡沫滅火系統(tǒng)的設計思路和計算方法。

1 項目背景

本項目的罐區(qū)有罐組一、罐組二和裝置罐區(qū)。儲存物料為甲醇、二氯甲烷等，詳細資料見表1。

根據(jù)GB50016—2014（2018年版）《建筑設計防火規(guī)范》第8.3.10條及GB 50160—2008（2018年版）《石油化工企業(yè)設計防火標準》第8.7.2～8.7.4條規(guī)定，本項目罐組一、罐組二和裝置罐區(qū)采用泡沫滅火系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設計

2.1" 泡沫原理

空氣泡沫滅火的原理是泡沫液與水通過特制的比例混合器混合成泡沫混合液，經(jīng)泡沫產(chǎn)生器與空氣混合產(chǎn)生泡沫，再通過不同的方式覆蓋在燃燒物質的表面或者充滿發(fā)生火災的各個空間，形成泡沫層。泡沫層的冷卻、隔絕氧氣和抑制燃料蒸發(fā)等作用使火災熄滅。

2.2" 系統(tǒng)選擇

第一，發(fā)泡倍數(shù)選擇。根據(jù)發(fā)泡倍數(shù)不同，泡沫滅火系統(tǒng)可分為低倍數(shù)、中倍數(shù)和高倍數(shù)滅火系統(tǒng)。根據(jù)GB50151—2021《泡沫滅火系統(tǒng)技術標準》第4.1.2條規(guī)定，甲、乙、丙類液體儲罐區(qū)選用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，所以本項目采用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。

第二，固定化程度選擇。根據(jù)GB50160—2008（2018年版）《石油化工企業(yè)設計防火標準》第8.7.2～8.7.4條規(guī)定，罐區(qū)一的甲醇槽需配備固定泡沫滅火系統(tǒng)，罐區(qū)二的二氯槽和裝置罐區(qū)的甲醇槽可配備半固定式液上噴射低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。因固定式泡沫系統(tǒng)更安全可靠，考慮化工儲罐的高危險性，本項目罐組一、罐組二和裝置罐區(qū)均設置固定泡沫滅火系統(tǒng)。

第三，低倍數(shù)泡沫液選擇。低倍數(shù)泡沫混合液有蛋白泡沫液、氟蛋白泡沫液、水成膜泡沫液及抗溶性泡沫液（金屬皂型、凝膠型、抗溶氟蛋白型），根據(jù)儲液性質、噴射位置和泡沫產(chǎn)生裝置選擇合適的泡沫液，本項目選擇抗溶性水成膜泡沫液。

第四，泡沫比例混合器選擇。泡沫比例混合器有環(huán)泵式、管線式、壓力式和平衡壓力式。固定泡沫系統(tǒng)可選擇環(huán)泵式、壓力式和平衡壓力式；半固定泡沫可選用壓力式；移動式泡沫可選用管線式。環(huán)泵式適用于儲罐規(guī)格較單一的小型儲罐區(qū)，且混合比不穩(wěn)定影響滅火效果；平衡壓力式適用于大型液體儲罐區(qū)，但是設備結構復雜，平衡閥失效時有系統(tǒng)無法運行的風險；壓力式適用于有供高壓或穩(wěn)高壓消防水的石化企業(yè)，且結構緊湊、安裝使用方便、維護簡單、占地面積小[3]，見圖1。本項目采用壓力式比例混合器。

第五，泡沫槍選擇。根據(jù)GB50151—2021《泡沫滅火系統(tǒng)技術標準》第5.1.2規(guī)定，設置固定式泡沫滅火系統(tǒng)的儲罐區(qū)，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，其數(shù)量及其泡沫混合液連續(xù)供給時間，不應小于表2的規(guī)定。罐組一、罐組二和裝置罐區(qū)同時使用泡沫槍數(shù)均為1支，每支泡沫槍泡沫混合液流量240L/min，罐組一、罐組二泡沫槍連續(xù)供給時間20min，裝置罐區(qū)泡沫槍連續(xù)供給時間10min。

3 系統(tǒng)計算

3.1" 設計基本參數(shù)

罐組一的甲醇槽和罐組二的二氯槽均為雙盤式內浮頂，保護面積按罐壁與泡沫堰板的環(huán)形面積確定，泡沫堰板距離罐壁1.00m，堰板高度按照0.6m設計。二氯甲烷屬于非水溶性液體，其泡沫混合液供給強度不小于12.5L/（min·m2），甲醇屬于水溶性液體，根據(jù)表3，其泡沫混合液供給強度不小于18L/（min·m2）。罐組一和罐組二的泡沫混合液連續(xù)供給時間不小于30min。

裝置罐區(qū)的甲醇槽屬于固定頂，保護面積按儲罐橫截面積確定。根據(jù)下表，其泡沫混合液供給強度不小于12L/（min·m2），泡沫混合液連續(xù)供給時間不小于25min。

3.2" 泡沫液用量計算

泡沫滅火系統(tǒng)撲救儲罐區(qū)一次火災的泡沫液設計用量，應按下式計算：

M=ART+nQft+V （1）

式中：M——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，固定頂罐按儲罐橫截面積確定；鋼質單盤式、雙盤式與敞口隔艙式內浮頂儲罐按罐壁與堰板的環(huán)形面積確定，其他內浮頂同固定頂；

R——泡沫混合液供給強度，L/（min·m2）；

T——泡沫混合液連續(xù)供給時間，min；

n——泡沫槍數(shù)量，支；

Qf——每支泡沫槍的泡沫混合液流量，L/min；

t——泡沫槍的混合液連續(xù)供給時間，min；

V——系統(tǒng)管道內泡沫混合液剩余量，L。

泡沫滅火系統(tǒng)計算見表3，發(fā)生火災時，所需泡沫混合液包含固定式及輔助泡沫槍，總流量為20L/s。總泡沫混合液用量包含管道填充量及噴射使用量，合計泡沫混合液總用量約為46.95m3，3%抗溶性泡沫原液1.41m3。

4 固定泡沫滅火系統(tǒng)設備與設施

固定泡沫滅火系統(tǒng)是一種常用于撲滅油類火災和化學火災的滅火設備，通過噴灑泡沫來覆蓋火源，隔絕空氣和燃燒物質，從而有效撲滅火災。該系統(tǒng)由泡沫產(chǎn)生裝置、泡沫儲存裝置、管道、噴頭等組成，罐組二泡沫滅火系統(tǒng)平面布置見圖2。

4.1" 泡沫消防泵與泡沫比例混合裝置

泡沫消防泵為專用泵，應滿足流量、揚程要求，且運行效率較好。泵進口管道上設置真空壓力表，出口管道上設置壓力表、單向閥和帶控制閥的回流管。本項目選用XBD（HW）9/70泡沫泵，流量70L/s，揚程10m，功率132kW；泡沫比例混合裝置選用PHY64/20M貯罐式壓力比例混合器，貯罐容積2m3，流量范圍20～64L/s。滿足罐組泡沫滅火需求。

4.2" 泡沫產(chǎn)生器

各儲罐附近設置分支管路，連接罐上的泡沫產(chǎn)生器，分支管路數(shù)量與泡沫產(chǎn)生器的數(shù)量相同。本項目中，罐組一和罐組二中每個儲罐設置2個PCL8（Ⅱ）立式泡沫產(chǎn)生器，裝置罐區(qū)中每個儲罐設置1個PCL8（Ⅱ）立式泡沫產(chǎn)生器。每個泡沫產(chǎn)生器采用獨立的管道，分別設置閥門，閥門位置均處于罐區(qū)防火堤外部，泡沫混合液管安裝示意圖見圖3。連接泡沫產(chǎn)生器的立管與儲罐固定安裝，立管下端設置檢修口。除立管外，其他的泡沫混合液管道不得設置在管壁上。

5 結束語

在本項目的設計過程中，筆者認為罐區(qū)泡沫消防系統(tǒng)的設計、設備設施的布局需兼顧消防冷卻水系統(tǒng)、火災探測報警系統(tǒng)等，結合整體罐區(qū)實際綜合考慮，保證在發(fā)生火災初期能高效、高速運行，將火災損失降至最低。此外，罐區(qū)事故廢水的收集與處理也是一個重點。

參考文獻

[1]楊陶，歸顯揚.大型煤化工項目成品罐區(qū)消防系統(tǒng)設計[J].廣州化工，2023，51（17）：134-136.

[2]馮潔.可燃液體儲罐區(qū)消防設計研究[J].建材與裝飾，2020（12）：103-104.

[3]程佳虎.罐區(qū)固定式泡沫滅火系統(tǒng)在使用過程中的常見問題分析[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2023，22（17）：64-66.