可燃液体储罐区消防冷却水设计探讨

王东培
（厦门市工业设计院）

　　摘　要 结合某工程设计，对可燃液体储罐区冷却水设计中遇到的消防问题进行了探讨。
　　关键词 可燃液体 罐区 消防 冷却水 供水强度

　　近年来，随着市场经济的发展，厦门、泉州等周边沿海地区的港口、码头相继建成了各种不同规模的可燃液体储罐区。可燃液体贮罐区的特点是易燃、易爆、有毒。由于火灾危险性大，消防设施的配备尤为重要。其主要消防设施是以消防冷却水系统和消防泡沫灭火系统为主，辅以干粉灭火系统加以保护。本文重点结合厦门翔鹭PTA化工码头可燃液体罐区的冷却水设计，对设计中遇到的消防问题加以论述，并提出探讨性意见，与同行讨论．以利今后的消防设计。

（一）工程概况

　　该工程包括总容量5万立方米的储罐区、汽车装车台、消防水泵房、一座4000立方米消防水池及其他配套辅助设施。储罐区（储罐规模，见表1）有两个罐组：一个是化学品罐组，另一个是油罐组；汽车装车台由12座汽车装车鹤管组成。总平面示意，见图10－1。

表1 储罐规模及有关参数

序号 储罐位号 物质名称 闪点（℃） 火灾危险性分类 立式储罐类型 储罐直径D（m） 储罐高度H（m) 罐壁表面积（m²) 储罐容积（m³) 1 V-8351 对二甲苯PX 27 甲类（B） 拱顶 32.26 14.7 1489.8 12015 2 V-8361 醋酸HAC 42 乙类 拱顶 11.64 12.245 447.8 1308 3 V-8371 醋酸异丁酯 17.78 甲类（B） 拱顶 9.0 9.68 273.7 615 4 V-8362 乙二醇EG 111 丙类（A） 拱顶 22.6 17.8 1263.8 7140 5 V-8391 燃料油FO ＞120 丙类（A） 拱顶 32.26 14.7 1489.8 12015 6 V-8392 燃料油FO ＞120 丙类（A） 拱顶 22.6 14.8 1050.8 3883 7 V-8363 柴油 80-120 丙类（A） 拱顶 8.25 8.25 213.8 441 8 V-8382 污水罐 ＜28 甲类（B） 拱顶 9.00 9.68 294.4 616

（二）、冷却水系统冷却水量计算

　　消防冷却水系统主要采用固定式冷却水系统，根据《石油化工企业设计防火规范》（GB 50160－92）之规定：第7.3.7条，消防冷却水用水量按着火罐和邻近罐所应满足的最大冷却水量考虑。当着火罐为立式罐时，距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐应进行冷却。当邻近立式罐超过三个时，冷却水量可按三个罐计算。第7.3.8条，固定式冷却水系统应有确保达到冷却水强度的调节设施。第7.3.7条，冷却水供给强度：着火罐为2.5L/min.m2，邻近罐为2.0L/min.m2，冷却水连续供给时间为6小时。该工程最大冷却水量以对二甲苯储罐（V－8351A）作为着火罐，其邻近的三个储罐（V－8351B，V－8392，V－8391）作为冷却保护进行计划。

　　如何满足设计规范中对着火罐及相邻罐不同冷却保护要求，本人在管道设计过程中，根据罐区储罐的布置情况，经过多种管道布置比较，将喷水环管分2段或4段互不连通的管，每段环管单独一个立管引出防火堤外，且每个立管在距被保护罐15m以外地点，设一个能显示启闭状态的阀门加以控制（图10—2）。解决了不同供水量的调节问题。
　　据罐区储罐的布置情况及储罐上环管阀门的控制方式，邻近储罐（V－8351B）应开启全罐的3／4冷却水量，邻近储罐（V－8392）应开启全罐的3／4冷却水量，邻近储罐（V－8391）应开启全罐的1/2冷却水量。
　　计算冷却水量为：
　　　　　　Qj＝W.S/60（式2－1）
　　式中：Qj——计算冷却水量（L／S）
　　　　　W——冷却水供给强度（L/min.m2）
　　　　　S——需冷却的罐壁表面积（m2）
　　则
　　　　着火罐（V—8351A）设计冷却水量为：
　　　　　　　　　Qj1＝2.5×1489.8/60＝62.08L／s
　　邻近罐设计冷却水量为：
　　V－8351B Qj2＝（2.0×1489.8×3／4）／60＝37．2/S
　　V—8392（2.0×1050.8×3／4）／60＝26．27L／S
　　V—8391＝（2.0=（2.0×1489.8×1/2）/60＝24.83L/S
　　消防冷却水系统最大计算总用水量为：
　　　　　　　　　　　Qj＝Qj1+Qj2+Qj3+Qj4＝150.38L/s

（三）、喷头选型及布置

　　由于《石油化工企业设计防火规范》对消防冷却水系统没有提供具体的洒水形式，所以各行各业存在不同作法。接合本工程具体情况，对目前较为常用的三种冷却水洒水形式：1.环状淋水管；2．水雾喷头；3．水幕喷头，进行详细分析比较，见表3。

表2 冷却水洒水形式比较

序号 酒水形式 优缺点 1 淋水管

优点：冷却水通过淋水管孔洒到罐壁，流至地面，冷却效果较好。工程造价低。
缺点：淋水管孔由人工制作，较难做到均匀洒水，且管孔较难防腐，易生锈

2 水雾喷头 优点：水能形成雾状层，其均匀性、隔离性、冷却效果均较好；
缺点：喷头布置要求以规定的喷砂机雾强度完全覆盖保护对象的整个物体表面，要求喷头数多。工程造价高。风和火焰热气流对水雾系统不利。 3 水幕喷头 优点：水能形成雾状层及膜状层的双层效果，其均匀性、隔离性、冷却效果均很好。
缺点：工程造价较高

　　最后，设计中采用消防冷却效果较好的水幕喷头法。
　　该工程设计中采用ZSTM型水幕喷头，其流量系数K=28，喷射角θ=133度。根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001），水幕喷头流量应按下式计算：
　　　　　　　　　q＝K（10P）^0.5
　　式中 q——水幕喷头的流量（L/S）；
　　　　 K——水幕喷头的流量系数；
　　　　 p——水幕喷头的工作压力（MPa）
　　由于该工程最不利点处喷头P＝0.45MPa，K＝28
　　则 最不利点处喷头喷头流量：q＝k（10P）^0.5=28
　　　　　　 （10×0.45) =59.41/min≈1L/s
　　根据该工程的储罐周长，储罐计算冷却水量，水幕喷头特性等参数，通过计算，各储罐水幕喷头布置，见表3

表3 储罐水幕喷头布置表

序号 储罐位号 物质名称 储罐直径D
高度H（m（ 储罐周长（m） 罐壁表面积（m2) 储罐容积（m3) 储罐计算冷却水量Qj(L/s) 每段喷头数（个）及直径DN 喷头间距离L及喷头间夹欠 全储罐喷个数（个） 1 V-8351
A.B 对二甲苯PX D32.26
H14.7 101.35 1489.8 12015 62.08 16
DN100 1583
5.63 16×4=64 2 V-8361
A.B.C 醋酸HAC D11.64
H12.245 36.57 447.8 1303 18.65 12
DN80 1519
15 12×2=24 3 V-8371 醋酸异丁酯 D9.0
H9.68 28.27 273.7 615 11.40 10
DN80 1408
18 10×2=20 4 V-8362 乙二醇EG D22.6
H17.8 80.0 1263.8 7140 43.8 12
DN100 1478
7.5 12×4=48 5 V-8391 燃料油FO D32.26
H14.7 101.35 1489.8 12015 62.08 16
DN100 1583
5.63 16×4=64 6 V-8392 燃料油FO D22.6
H14.8 80 1050.8 3883 43.8 12
DN100 1478
7.5 12×4=48 7 V-8363 柴油 D8.25
H8.25 25.92 213.8 441 8.9 10
DN80 1290
18 10×2=20 8 V-8382 污水罐 D9.00
D9.68 28.27 213.8 616 12.27 10
DN80 1408
18 10×2=20

(四)、冷却水系统冷却水量校核

　　由表（3）可知，计算冷却水量可供初选消防设备之用。设计冷却水量应根据所选设备和喷头的流量及数量进行校核。
　　设计冷却水量为：　
　　式中 Qs——设计冷却水量（L/S）
　　　　 Qi——喷头的实际流量（L/S），应按喷头的实际工作压力（MPa）计算；
　　　　　n——系统启动后同时喷水的喷头数量。
　　由于如果采用逐点计算管网的压降和喷头流量，设计工作量太大，为简化起见，设计冷却水量按是不利点处喷头流量乘以1.1的系数。则着火罐（V-8351A）设计冷却水量为：
　　　Qs1=1.1×1×64＝70.4L/S
　　邻近的罐设计冷却水量为；
　　　V－8351B Qs2=1.1×1×64×3/4=52.8L/s
　　　V－8392 Qs3=1.1×1×48×3/4=39.6L/s。
　　　V--8391 Qs4=1.1×1×64×1/2=35.2L/s
　　消防冷却水系统最大设计总用水量为：
　　　　　　　Qs=Qsj1+Qs2+Qs3+Qs4+＝198.0L/S＞Qj=150.38L/s
　　由此可见，储罐设计冷却水量大于储罐计算冷却水量，符合规范要求。

（五）、夏季冷却措施的选择

　　根据《石油化工企业设计防火规范》（GB 50160－92）之规定：“甲B类液体固定顶罐或压力储罐除有保温的原油罐外，应设防日晒的固定冷水喷淋系统或其他设施。”故对储罐实施水冷却保护有两方面含义：一指火灾发生时，对着火油罐和临近罐采取的应急降温措施，即消防冷却；二指夏季高温对油槽实施的日常性防护冷却，即防日晒冷却。为达这一目的，有两种方法。第一种方法是：夏季降温需定期开启消防冷却装置进行喷水，罐壁上的喷淋水，流过水封井后，自流人循环水池水处理构筑物，经处理后由循环水泵输送至罐区冷却系统循环回用，这种方法可节约用水，但系统复杂，投资较大。第二种方法是：将该两种用途的冷却水喷头分开设置。作为夏季降温冷却的水雾喷头设于罐顶，沿罐顶环行均匀布置，单独一个立管引出防火堤外，且每个立管在距被保护罐15m以外地点，设一个阀门加以控制。消防冷却装置和夏季降温冷却装置在阀门前共用同一冷却水给水干管。由于夏季降温冷却水量，与消防冷却水量相比较少得很多，这种方法夏季降温冷却用水量较少，系统简单。投资较省。根据工程规模，进行经济分析比较后，本设计采用消防冷却与夏季降温冷却分开设置，冷却水流程示意，如囹10—3。

（六）、材料的选取及安装

　　由于该系统在正常情况下管线是空的，易受到大气腐蚀。若使用普通碳钢管，多年后内部将会产生锈渣，脱落后会堵塞管道及喷头。因此，《石油化工企业设计防火规范》第7．9．9条第三款明确规定“控制阀至储罐的管道应采用镀锌管”。按此条去做，可以解决控制阀至罐体上的直管段的防腐问题，但是罐体上的环管防腐仍未彻底解决。罐体上喷淋环管均为弧形，环形管在现场弯制过程中，镀锌层会遭到不同程度的破坏。同时，为安装喷头，在环形管上需钻一些小孔并焊接一定数量的丝扣短管，钻孔及焊接处周围镀锌层也会遭到破坏。针对这些问题，我们在设计完成后，要求甲方将详细设计图纸提供给消防设备制造厂，由其按图纸预制各环管段，镀锌管弯制后二次镀锌。这样基本上解决了镀锌层被破坏问题。

（七）、结论

　　可燃液体罐区的消防冷却设计不仅要满足消防水量的要求，且应通过分段的管道设计达到调节水量的要求。另外，厦门翔鹭PTA代工码头可燃液体成区冷却水系统经过运行使用后，确认设计中采用水幕喷头及消防冷却与夏季卫生温冷却分开设置效果非常好。本文述及可燃液体罐区冷却水方面的问题，希望能在相关的设计中，起到抛砖引玉的作用。本文不足之处请专家、同行给予指正。

参考文献：

　　[1] 《石油化工企业设计防火规范（GB50160-92）北京：中国计划出版社1999.
　　[2] 《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）北京：中国计划出版社1997
　　[3] 《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001）北京：中国计划出版社2001
　　[4] 《水喷中灭火系统设计规范》（GB50219-95）北京：中国计划出版社1995．