張學(xué)軍
(南京揚(yáng)子石油化工設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210048)

　　摘要：就揚(yáng)子石化公司煉油廠催化裂化裝置的液化烴儲(chǔ)罐的水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)，介紹液化烴儲(chǔ)罐水噴霧滅火系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的應(yīng)用實(shí)例，并對(duì)水消防系統(tǒng)選擇、水霧噴頭選型和布置方式、 系統(tǒng)的環(huán)形供水管布置、液化烴罐區(qū)消防供水等問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)述。
　　關(guān)鍵詞：水噴霧；滅火系統(tǒng)；液化烴儲(chǔ)罐；消防
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU998．1　　 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B　　 文章編號(hào)：1009—2455(2004)04—0075—03

　　我國(guó)引進(jìn)的大型石油化工裝置的液化烴儲(chǔ)罐均設(shè)置了水噴霧滅火系統(tǒng)，設(shè)計(jì)規(guī)范多采用美國(guó)《NFPA-15》標(biāo)準(zhǔn)和日本《液化石油氣設(shè)計(jì)防火設(shè)備規(guī)程》。遵循引進(jìn)吸收國(guó)產(chǎn)化的原則，執(zhí)行《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50160-92)^[1](1999年版)，在揚(yáng)子石化公司煉油廠催化裂化裝置的液化烴儲(chǔ)罐消防設(shè)計(jì)中選用了水噴霧滅火系統(tǒng)，并獲得上級(jí)消防部門(mén)的批準(zhǔn)確認(rèn)。

1 水消防系統(tǒng)選擇

1.1 噴淋冷卻和消防噴淋分別設(shè)置系統(tǒng)
　　催化裂化裝置液化烴罐區(qū)共有2個(gè)1 000m³ 容積的液化涇球罐。球罐直徑12.3m，外壁無(wú)保溫設(shè)施。
　　液化烴類(lèi)閃點(diǎn)小于28℃，火災(zāi)危險(xiǎn)性屬于甲A類(lèi)。其儲(chǔ)罐多為球罐，罐內(nèi)壓力較高，一旦發(fā)生火災(zāi)則很難撲救，甚至發(fā)生爆炸，引發(fā)火災(zāi)蔓延，造成連鎖性事故。根據(jù)有關(guān)資料介紹，地上式鋼制儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)，5 min內(nèi)可使罐壁溫度升至500 ℃，使鋼板強(qiáng)度降低一半。儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)，為控制火勢(shì)，降低火焰輻射強(qiáng)度，必須對(duì)儲(chǔ)罐及時(shí)進(jìn)行水噴淋冷卻，使罐壁溫升不超過(guò)100℃。附著罐壁 的水膜，沒(méi)有充分受熱完全氣化，則罐壁不會(huì)形成過(guò)熱，罐的耐壓強(qiáng)度可以得到保證。
　　根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50160—92)(1999年版)第7.9.2條規(guī)定，結(jié)合液化烴儲(chǔ)罐冷卻水設(shè)置方式，在罐區(qū)消防冷卻水采用水噴霧固定冷卻方式。
　　液化烴儲(chǔ)罐要求儲(chǔ)存溫度小于40℃，夏季防日曬噴淋冷卻的用水量供給強(qiáng)度為3L／(min·m²)。設(shè)計(jì)只需考慮使冷卻水沿著罐壁均勻地流下，淋濕罐壁，控制罐壁溫升即可。
　　設(shè)計(jì)考慮將夏季防日曬噴淋冷卻和水噴霧滅火分為2個(gè)系統(tǒng)。夏季防日曬噴淋冷卻系統(tǒng)在夏季高溫時(shí)運(yùn)行，而水噴霧滅火系統(tǒng)只有當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)才投入運(yùn)行。
1.2 水噴霧滅火系統(tǒng)的選擇
　　液化烴罐區(qū)設(shè)計(jì)采用水噴霧型式，是因?yàn)樗畤婌F能夠較好地抑制火勢(shì)。當(dāng)液化烴儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防噴淋水霧化后，霧狀水滴的表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于等量的噴淋水珠的表面積，因霧狀水滴能迅速蒸發(fā)為水蒸氣，其間吸收大量的氣化熱，降溫效果顯著。霧狀水滴蒸發(fā)為水蒸氣時(shí)，體積急劇膨脹，可隔絕球罐與周?chē)諝獾慕佑|，從而大大降低燃燒區(qū)域中氧氣的含量。因此，水噴霧滅火系統(tǒng)較水噴淋系統(tǒng)更加安全可靠。

2 水霧噴頭的選型

　　目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的水霧噴頭類(lèi)型較多，從使用性能上可以分為中速水霧噴頭、高速水霧噴頭。
　　中速水霧噴頭主要用于保護(hù)閃點(diǎn)在66℃以下的易燃液體、氣體和固體危險(xiǎn)區(qū)域。特點(diǎn)：①限止燃燒速度，減小火災(zāi)破壞；②促使水蒸氣散發(fā) 和稀釋可燃蒸氣，降低爆炸危險(xiǎn)。中速水霧噴頭工作壓力0.14-0.5MPa，水霧粒徑不大于0.3mm。
　　高速水霧噴頭主要用于保護(hù)閃點(diǎn)在66℃以上的易燃液體危險(xiǎn)區(qū)。其特點(diǎn)為：①利用乳化、冷卻和窒息的滅火原理，迅速撲滅燃油火災(zāi)；②水霧粒徑大，沖擊力強(qiáng)，火災(zāi)撲滅后，復(fù)燃的可能性小。高速水霧噴頭工作壓力0.25-0.5MPa，水霧粒徑0.4-0.8mm。
　　由于在液化烴儲(chǔ)罐的滅火過(guò)程中，水噴霧滅火系統(tǒng)的主要作用是冷卻、降溫、窒息，控制火災(zāi)蔓延和抑制火災(zāi)發(fā)展，且液化烴屬于閃點(diǎn)小于66℃的易燃液體，因此，選用中速水霧噴頭。

3 水霧噴頭的計(jì)算及布置

3.1 水霧噴頭出水量及保護(hù)半徑
　　水霧噴頭出水量計(jì)算公式如下：
　　 Q=kp^1/2 (1)
　　式中：Q——水霧噴頭出水量，L/min；
　　　　　K——特性系數(shù)；
　　　　　P——工作壓力，kg/cm²
　　選用ZSTWA-120-50型中速水霧噴頭，其工作壓力0.35MPa，特性系數(shù)27.3，噴頭射角120‘，單個(gè)噴頭出水量50L／min。
　　水霧噴頭至罐壁距離，應(yīng)根據(jù)噴頭的技術(shù)參數(shù)，考慮風(fēng)速的影響，以及配管系統(tǒng)的狀況，通常不宜大于1m。設(shè)計(jì)采用0.7m垂直凈距，則單個(gè)噴頭保護(hù)半徑r=1.2m，保護(hù)面積4.52m²，噴水強(qiáng)度11L／(min·m²)。以上參數(shù)完全滿足《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50219-95)^[2]的要求。
3.2 水霧噴頭布置
　　根據(jù)比較，采用菱形布置形式，則單個(gè)噴頭保護(hù)面積相對(duì)最大，因而可以減少?lài)婎^數(shù)量，從而降低工程造價(jià)。噴頭菱形布置平面圖參見(jiàn)圖1。

　　 圖1中，噴頭保護(hù)半徑r=1.2m，相鄰噴頭最大間距L₁=2.14m<2r，L₂=1.1 m<r。因此，保證了罐壁完全被水霧覆蓋，沒(méi)有盲區(qū)。
3.3 罐頂水霧噴頭布置
　　通常，儲(chǔ)存液化烴的球罐不會(huì)出現(xiàn)完全充滿的狀況。發(fā)生火災(zāi)受熱后，積存于罐內(nèi)頂端的混合氣體若不能及時(shí)將熱量傳出，將導(dǎo)致罐頂溫升過(guò)高，降低了鋼板強(qiáng)度而使儲(chǔ)罐遭到破壞。因而，罐頂?shù)乃F噴頭布置應(yīng)考慮此況，靈活處理，確保罐頂?shù)睦鋮s用水量。罐頂噴頭布置平面圖參見(jiàn)圖2。

4 水噴霧滅火系統(tǒng)的供水

4.1 設(shè)置方式
　　 液化烴球罐水噴霧滅火系統(tǒng)的供水，采用環(huán)形管布水，共有7圈環(huán)形管沿球罐緯線方向布置，其間距均為2m。水霧噴頭均勻分布安裝在各圈壞形管上，各圈環(huán)形管上的噴頭數(shù)量因環(huán)形半徑的不同而不同。噴頭的安裝角度均為指向球罐球心。
　　 為平衡各噴頭的工作壓力，均衡球罐表面的冷卻水量，采用2根供水干管對(duì)稱(chēng)布置。每根干管設(shè)獨(dú)立控制的切斷閥門(mén)，閥后設(shè)過(guò)濾器以過(guò)濾水中的雜質(zhì)。消防給水管道示意圖參見(jiàn)圖3。

4.2 環(huán)形供水管水力計(jì)算
　　經(jīng)過(guò)計(jì)算，水噴霧滅火系統(tǒng)的供水壓力不得小于0.54MPa。
　　催化裂化裝置液化烴罐區(qū)的高壓消防給水由揚(yáng)子石化公司煉油廠的消防站供應(yīng)。消防站共有3臺(tái)高壓消防水泵，2臺(tái)并聯(lián)工作、1臺(tái)備用。水泵型號(hào)均為14sh-6，單臺(tái)流量1250m³／h(347 L／s)、揚(yáng)程125 m，配套電機(jī)功率680kW、電壓6kV。高壓消防給水在消防站內(nèi)的壓力損失0.1MPa，由消防站至液化烴罐區(qū)的壓力損失0.05MPa(計(jì)算過(guò)程略)。因此，高壓消防給水達(dá)到液化烴罐區(qū)時(shí)，尚有壓力1.1MPa，完全滿足水噴霧滅火系統(tǒng)的供水壓力的要求。
4.3 管道材料及安裝形式
　　水噴霧滅火系統(tǒng)只有在發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，才啟動(dòng)運(yùn)行，因而，系統(tǒng)的管道通常處于空管狀態(tài)。管道若采用普通鋼管，管道內(nèi)壁將因銹蝕而成片脫落，從而堵塞管道，采用鍍鋅焊接鋼管，由于此類(lèi)型鋼管內(nèi)壁和外壁均鍍鋅，一則避免管道內(nèi)壁銹蝕，二來(lái)避免管道外壁腐蝕。
　　考慮水噴霧滅火系統(tǒng)的管道的檢修和液化烴儲(chǔ)罐的檢測(cè)，管道接口型式為螺紋接口，便于拆卸和更換。

5 評(píng)價(jià)

　　本工程于1999年5月一次通過(guò)竣工驗(yàn)收，并獲得消防部門(mén)和安全部門(mén)的批準(zhǔn)確認(rèn)，達(dá)到了預(yù)期要求，效果評(píng)價(jià)如下：
　?、偌夹g(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理；
　　②符合安全生產(chǎn)、節(jié)約能源、節(jié)約用水的要求，并便于施工、維修和操作管理。

參考文獻(xiàn)：
[1] GB50160—92，石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范(1999年版)[S].
[2](GB50219—95)，水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

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作者簡(jiǎn)介：張學(xué)軍(1969—)，男，江蘇南京人，工程師，1992年畢業(yè)于江蘇化工學(xué)院化工機(jī)械系，現(xiàn)就職于南京揚(yáng)子石油化工設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，從事石油化工給水排水工程設(shè)計(jì)，江蘇省南京市大廠區(qū)，電話(025）86356025。