水喷雾灭火系统在液化烃储罐消防的应用

张学军
(南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，江苏 南京 210048)

　　摘要：就扬子石化公司炼油厂催化裂化装置的液化烃储罐的水喷雾灭火系统设计，介绍液化烃储罐水喷雾灭火系统国产化的应用实例，并对水消防系统选择、水雾喷头选型和布置方式、 系统的环形供水管布置、液化烃罐区消防供水等问题进行简述。
　　关键词：水喷雾；灭火系统；液化烃储罐；消防
　　中图分类号：TU998．1　　 文献标识码：B　　 文章编号：1009—2455(2004)04—0075—03

　　我国引进的大型石油化工装置的液化烃储罐均设置了水喷雾灭火系统，设计规范多采用美国《NFPA-15》标准和日本《液化石油气设计防火设备规程》。遵循引进吸收国产化的原则，执行《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)^[1](1999年版)，在扬子石化公司炼油厂催化裂化装置的液化烃储罐消防设计中选用了水喷雾灭火系统，并获得上级消防部门的批准确认。

1 水消防系统选择

1.1 喷淋冷却和消防喷淋分别设置系统
　　催化裂化装置液化烃罐区共有2个1 000m³ 容积的液化泾球罐。球罐直径12.3m，外壁无保温设施。
　　液化烃类闪点小于28℃，火灾危险性属于甲A类。其储罐多为球罐，罐内压力较高，一旦发生火灾则很难扑救，甚至发生爆炸，引发火灾蔓延，造成连锁性事故。根据有关资料介绍，地上式钢制储罐发生火灾，5 min内可使罐壁温度升至500 ℃，使钢板强度降低一半。储罐发生火灾，为控制火势，降低火焰辐射强度，必须对储罐及时进行水喷淋冷却，使罐壁温升不超过100℃。附着罐壁 的水膜，没有充分受热完全气化，则罐壁不会形成过热，罐的耐压强度可以得到保证。
　　根据《石油化工企业设计防火规范》(GB50160—92)(1999年版)第7.9.2条规定，结合液化烃储罐冷却水设置方式，在罐区消防冷却水采用水喷雾固定冷却方式。
　　液化烃储罐要求储存温度小于40℃，夏季防日晒喷淋冷却的用水量供给强度为3L／(min·m²)。设计只需考虑使冷却水沿着罐壁均匀地流下，淋湿罐壁，控制罐壁温升即可。
　　设计考虑将夏季防日晒喷淋冷却和水喷雾灭火分为2个系统。夏季防日晒喷淋冷却系统在夏季高温时运行，而水喷雾灭火系统只有当发生火灾时才投入运行。
1.2 水喷雾灭火系统的选择
　　液化烃罐区设计采用水喷雾型式，是因为水喷雾能够较好地抑制火势。当液化烃储罐发生火灾时，消防喷淋水雾化后，雾状水滴的表面积远远大于等量的喷淋水珠的表面积，因雾状水滴能迅速蒸发为水蒸气，其间吸收大量的气化热，降温效果显著。雾状水滴蒸发为水蒸气时，体积急剧膨胀，可隔绝球罐与周围空气的接触，从而大大降低燃烧区域中氧气的含量。因此，水喷雾灭火系统较水喷淋系统更加安全可靠。

2 水雾喷头的选型

　　目前，国内生产的水雾喷头类型较多，从使用性能上可以分为中速水雾喷头、高速水雾喷头。
　　中速水雾喷头主要用于保护闪点在66℃以下的易燃液体、气体和固体危险区域。特点：①限止燃烧速度，减小火灾破坏；②促使水蒸气散发 和稀释可燃蒸气，降低爆炸危险。中速水雾喷头工作压力0.14-0.5MPa，水雾粒径不大于0.3mm。
　　高速水雾喷头主要用于保护闪点在66℃以上的易燃液体危险区。其特点为：①利用乳化、冷却和窒息的灭火原理，迅速扑灭燃油火灾；②水雾粒径大，冲击力强，火灾扑灭后，复燃的可能性小。高速水雾喷头工作压力0.25-0.5MPa，水雾粒径0.4-0.8mm。
　　由于在液化烃储罐的灭火过程中，水喷雾灭火系统的主要作用是冷却、降温、窒息，控制火灾蔓延和抑制火灾发展，且液化烃属于闪点小于66℃的易燃液体，因此，选用中速水雾喷头。

3 水雾喷头的计算及布置

3.1 水雾喷头出水量及保护半径
　　水雾喷头出水量计算公式如下：
　　 Q=kp^1/2 (1)
　　式中：Q——水雾喷头出水量，L/min；
　　　　　K——特性系数；
　　　　　P——工作压力，kg/cm²
　　选用ZSTWA-120-50型中速水雾喷头，其工作压力0.35MPa，特性系数27.3，喷头射角120‘，单个喷头出水量50L／min。
　　水雾喷头至罐壁距离，应根据喷头的技术参数，考虑风速的影响，以及配管系统的状况，通常不宜大于1m。设计采用0.7m垂直净距，则单个喷头保护半径r=1.2m，保护面积4.52m²，喷水强度11L／(min·m²)。以上参数完全满足《水喷雾灭火系统设计规范》(GB50219-95)^[2]的要求。
3.2 水雾喷头布置
　　根据比较，采用菱形布置形式，则单个喷头保护面积相对最大，因而可以减少喷头数量，从而降低工程造价。喷头菱形布置平面图参见图1。

　　 图1中，喷头保护半径r=1.2m，相邻喷头最大间距L₁=2.14m<2r，L₂=1.1 m<r。因此，保证了罐壁完全被水雾覆盖，没有盲区。
3.3 罐顶水雾喷头布置
　　通常，储存液化烃的球罐不会出现完全充满的状况。发生火灾受热后，积存于罐内顶端的混合气体若不能及时将热量传出，将导致罐顶温升过高，降低了钢板强度而使储罐遭到破坏。因而，罐顶的水雾喷头布置应考虑此况，灵活处理，确保罐顶的冷却用水量。罐顶喷头布置平面图参见图2。

4 水喷雾灭火系统的供水

4.1 设置方式
　　 液化烃球罐水喷雾灭火系统的供水，采用环形管布水，共有7圈环形管沿球罐纬线方向布置，其间距均为2m。水雾喷头均匀分布安装在各圈坏形管上，各圈环形管上的喷头数量因环形半径的不同而不同。喷头的安装角度均为指向球罐球心。
　　 为平衡各喷头的工作压力，均衡球罐表面的冷却水量，采用2根供水干管对称布置。每根干管设独立控制的切断阀门，阀后设过滤器以过滤水中的杂质。消防给水管道示意图参见图3。

4.2 环形供水管水力计算
　　经过计算，水喷雾灭火系统的供水压力不得小于0.54MPa。
　　催化裂化装置液化烃罐区的高压消防给水由扬子石化公司炼油厂的消防站供应。消防站共有3台高压消防水泵，2台并联工作、1台备用。水泵型号均为14sh-6，单台流量1250m³／h(347 L／s)、扬程125 m，配套电机功率680kW、电压6kV。高压消防给水在消防站内的压力损失0.1MPa，由消防站至液化烃罐区的压力损失0.05MPa(计算过程略)。因此，高压消防给水达到液化烃罐区时，尚有压力1.1MPa，完全满足水喷雾灭火系统的供水压力的要求。
4.3 管道材料及安装形式
　　水喷雾灭火系统只有在发生火灾事故时，才启动运行，因而，系统的管道通常处于空管状态。管道若采用普通钢管，管道内壁将因锈蚀而成片脱落，从而堵塞管道，采用镀锌焊接钢管，由于此类型钢管内壁和外壁均镀锌，一则避免管道内壁锈蚀，二来避免管道外壁腐蚀。
　　考虑水喷雾灭火系统的管道的检修和液化烃储罐的检测，管道接口型式为螺纹接口，便于拆卸和更换。

5 评价

　　本工程于1999年5月一次通过竣工验收，并获得消防部门和安全部门的批准确认，达到了预期要求，效果评价如下：
　　①技术先进、经济合理；
　　②符合安全生产、节约能源、节约用水的要求，并便于施工、维修和操作管理。

参考文献：
[1] GB50160—92，石油化工企业设计防火规范(1999年版)[S].
[2](GB50219—95)，水喷雾灭火系统设计规范[S]．

---

作者简介：张学军(1969—)，男，江苏南京人，工程师，1992年毕业于江苏化工学院化工机械系，现就职于南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，从事石油化工给水排水工程设计，江苏省南京市大厂区，电话(025）86356025。