液化烴儲(chǔ)罐的消防設(shè)計(jì)計(jì)算

1、液化烴儲(chǔ)罐的消防設(shè)計(jì)計(jì)算摘 要 介紹了液化烴的性質(zhì)及發(fā)生火災(zāi)的特點(diǎn)，對(duì)液化烴儲(chǔ)罐火災(zāi)的危險(xiǎn)性及消防冷卻水的冷卻作用進(jìn)行了分析，列舉了液化烴球罐水噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算實(shí)例，提出了設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。關(guān)鍵詞液化烴儲(chǔ)罐消防冷卻水水噴霧冷卻系統(tǒng)隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，在遼寧沿海地區(qū)利用自然條件興建了一些石油化工企業(yè)，同 時(shí)也興建了一批液化烴大型儲(chǔ)罐區(qū)。針對(duì)某工程實(shí)例，就液化烴儲(chǔ)罐區(qū)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹如下。.液化烴儲(chǔ)罐火災(zāi)的危險(xiǎn)性液化烴在常溫常壓下呈氣態(tài)，在氣態(tài)下密度比空氣大2倍左右，容易在地面及低洼處積存。 液化烴的飽和蒸汽壓隨溫度升高而急劇增加，其膨脹系數(shù)也較大，汽化后體積膨脹250300倍 數(shù)。

2、爆炸濃度范圍比較寬。由于液化烴的閃點(diǎn)及沸點(diǎn)低，都在0C一下，爆炸濃度范圍一般在 1.5%2.0% （體積百分比），因此液化烴是易燃、易爆物質(zhì)，其防火、防爆問題須在設(shè)計(jì)、運(yùn)行 中給于重視。.液化烴儲(chǔ)罐消防冷卻水的冷卻作用由于液化烴的飽和蒸汽壓隨溫度升高急劇增加，體積增大很快，一旦液化烴罐發(fā)生火災(zāi)， 首要滅火措施是切斷氣源，并對(duì)著著火罐和鄰近罐進(jìn)行消防水噴淋冷卻，使其穩(wěn)定燃燒，確保著 火罐和鄰近罐罐壁溫度不致過高，罐壁強(qiáng)度不降低（實(shí)踐證明地上鋼罐火災(zāi)，5min內(nèi)可以使罐 壁穩(wěn)定達(dá)到500C，強(qiáng)度降低一半，810min內(nèi)鋼板將失去支持能力），罐內(nèi)壓力不過高，能使 事故不再擴(kuò)大。.液化烴球罐水霧噴淋冷

3、卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液化烴罐區(qū)水消防冷卻設(shè)計(jì)的關(guān)鍵有三點(diǎn)：一是供水管道設(shè)計(jì)；二是確定消防水量；三是 水霧噴頭的布置。3.1供水管道設(shè)計(jì)系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)的原則是壓力平衡，即同一環(huán)管上各噴頭工作壓力的平衡、各環(huán)管間壓力的 平衡。只有壓力平衡，供水量才能平衡，噴頭配水才均勻。為此在管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取以下措施：1）上、下半罐體上的供水環(huán)管應(yīng)盡量對(duì)稱布置。2）環(huán)管應(yīng)由兩條對(duì)稱布置的立管供水，以確保同一環(huán)管上噴頭的實(shí)際工作壓力基本相同。 特別是對(duì)于容積為2000m3的儲(chǔ)罐，環(huán)管較長，阻力較大。由兩條對(duì)稱布置的的立管供水，可降 低環(huán)管阻力。3）在環(huán)管的第3圈以下，環(huán)管與供水立管連接處設(shè)減壓孔板，調(diào)節(jié)各環(huán)路水壓，使各環(huán)路

4、 水壓基本一致，從而使各環(huán)上噴頭的工作壓力基本相同，并不小于0.35MPa。4）對(duì)于容積大于1000m3的儲(chǔ)罐，罐體直徑較大，頂環(huán)管與底環(huán)管之間的高差達(dá)十多米， 垂直壓差較大。為平衡水壓，上、下半罐體應(yīng)分別由兩條對(duì)稱布置的立管供水，上、下半罐體的 供水管各自獨(dú)立控制。這一措施還滿足了夏季防曬噴淋只做上半罐體噴淋的要求。5）水霧噴頭內(nèi)徑只有幾毫米，容易堵塞，在球罐底部的供水管上設(shè)Y型過濾器，該過濾器 不僅起到過濾、防堵的作用，在系統(tǒng)噴水完畢后，可以將過濾器的后蓋打開，將系統(tǒng)泄空，防止 系統(tǒng)管道因積水結(jié)冰而造成管道的損傷。為防止控制閥后管道內(nèi)壁生銹，銹渣堵塞水霧噴頭，控 制閥后的管道采用無縫鋼管，

5、整體鍍鋅處理，法蘭連接。3.2消防水量的確定石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB504160-2008中只規(guī)定了消防冷卻水的強(qiáng)度及所需噴淋冷 卻保護(hù)的面積，根據(jù)強(qiáng)度和面積計(jì)算出的水量是布置噴頭的初始依據(jù)，噴頭的布置同時(shí)需滿足水 噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)規(guī)定，即沿緯度方向相交、沿經(jīng)線方向相切的原則，滿足這個(gè)原則 布置出的噴頭數(shù)只能大于根據(jù)“計(jì)算水量”算出的噴頭數(shù)，再加上布置在用于保護(hù)球罐支腿與閥 門的噴頭，因而實(shí)際消防水量會(huì)遠(yuǎn)大于計(jì)算水量。3.3水霧噴頭的布置水霧噴頭的布置方式可為矩形或菱形，當(dāng)按矩形布置時(shí)，水霧噴頭之間的距離不應(yīng)大于1.4 倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑；當(dāng)菱形布置時(shí)，水霧噴頭之間的距離不

6、應(yīng)大于1.7倍水霧噴頭的 水霧錐底圓半徑。當(dāng)保護(hù)對(duì)象為球罐時(shí)，水霧噴頭的噴口應(yīng)面向球心；水霧錐沿緯線方向相交， 沿經(jīng)線方向相接；水霧噴頭與儲(chǔ)罐外壁之間的距離不大于0.70m。無防護(hù)層的球罐鋼支柱和罐體 液位計(jì)、閥門等處應(yīng)設(shè)水霧噴頭保護(hù)?，F(xiàn)以2000m3的液化烴球罐（直徑為15.8m）作為液化烴球罐的水噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算實(shí)例。圓球的表面積S = 4兀r2 =兀d2，圓球的體積V =-兀r3 =-兀d3。363.3.1水霧錐底圓半徑（m）R=B - tgO/2B一水霧噴頭的噴口與罐壁之間的距離，選0.65m ；0一水霧噴頭的霧化角（）；R = 0.65 x tg120 / 2 = 0.7 x 1.

7、732 = 1.125 （m）。3.3.2噴頭的布置1）經(jīng)線方向噴頭布置：（水霧錐宜相接）假設(shè)設(shè)置10圈水平環(huán)管，噴頭與罐外壁間距為0.65m，噴頭的霧化角P的計(jì)算如下：每圈環(huán)管上均勻分布的噴頭均指向球心，則冷卻保護(hù)的罐壁為對(duì)應(yīng)球心角為a的環(huán)狀罐壁。當(dāng)n=10時(shí)，a=18，球罐半徑r =15.8/2=7.9m，則噴頭的霧化角應(yīng)為：sin(a/2) = R/r；R = r sin(a/2) = 7.9 x 0.156 = 1.234 m；tg(p/2) = R / (0.65 + r -r . cos(a/2)=1.234 / 0.65 + (7.9 - 7.9 x 0.988) = 1.658

8、8； p/2 = 58.88P= 117.77；因此選取霧化角為120的噴頭，設(shè)置10圈水平環(huán)管，可以滿足要求。2)緯線方向噴頭布置：(水霧錐應(yīng)相交)緯向水霧噴頭按矩形布置，噴頭之間的間距按1.4倍的水霧錐底圓半徑，即水霧噴頭之間的 距離(近似弧長)D=1.4 - R = 1.4 x 1.125 = 1.575 (m)。其計(jì)算結(jié)果及噴頭安裝數(shù)量見表1。表1：計(jì)算結(jié)果及噴頭安裝數(shù)量緯線環(huán)圈數(shù)緯線環(huán)圈半徑(m)緯線環(huán)圈弧長(m)緯線環(huán)圈上設(shè)計(jì) 安裝噴頭數(shù)量 (只)安裝距離/ 設(shè)計(jì)保護(hù)弧長 (m/只)安裝距離/ 設(shè)計(jì)保護(hù)弧長 (m/只)1r1=1.3375L1=8.4061.40單罐需要水量:Q =

9、 123 (L/S) 噴頭水量：30(L/min)噴頭水霧錐底圓半徑:R = 1.125 (m)噴頭間距(近似弧長)：D = 1.4R = 1.4 x 1.125 = 1.575 (m)實(shí)際保護(hù)弧長：L= 2.64 (m)2r2=3.8816L2=24.38171.4343r3=6.0457L3=37.97271.4064r4=7.6181L4=47.84341.4075r5=9.4447L5=53.03381.3955上下以赤道線對(duì)稱，單罐水噴霧噴頭數(shù)量總計(jì)為：244個(gè)。單罐水噴霧供給冷卻水量為：Q = 1.05 x S(球表面積)x 9(L/min*m2 = 123 (L/S)3.4設(shè)計(jì)冷

10、卻水噴霧強(qiáng)度核算水噴霧冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量按下式計(jì)算：著火罐冷卻水供給強(qiáng)度，不應(yīng)小于9L/(minm2)。Qs=k qQj 系統(tǒng)的計(jì)算流量，L/ min；QJs 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量，L/min；k 安全系數(shù)，取值范圍1.05 1.10。QK、10PP 一水霧噴頭的工作壓力，MPa；K一水霧噴頭的流量系數(shù)，由生產(chǎn)廠提供。下面分別以噴頭菱形布置和噴頭矩形布置的球罐為例，核算單位表面積的設(shè)計(jì)水噴霧強(qiáng)度是 否達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求。3.4.1噴頭菱形布置每個(gè)噴頭的有效保護(hù)面積S，為外接圓半徑等于水霧錐底圓半徑R的正六邊形的面積，即圖 1中陰影部分的面積。S = 2/3R 2 = 2y/3B 2tg 2 保護(hù)對(duì)象

11、的設(shè)計(jì)水噴霧強(qiáng)度：W = Q = kQ = kK 麗 一乓T乒定式中：W一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水噴霧強(qiáng)度，L/ (min-m2)o按最不利情況，B = 0.65m，0=120，k=1.05，P=0.35 MPa代人，得:1.05 K 商W = -= 0.5966K3 =小、1205*3(0.65)2 tg2-因?yàn)?W = 0.5966K 應(yīng)大于 9L/min m2 所以 K9/0.5966=15.08可見.只要選用K15.08的水霧噴頭，即可滿足規(guī)范要求。3.4.2噴頭矩形布置每個(gè)噴頭的有效保護(hù)面積S,為外接圓半徑等于水霧錐底圓半徑R的正四邊形的面積，即圖 2中陰影部分的面積。一 一 一 0S = 2

12、R 2 = 2 B 2tg 2矩2保護(hù)對(duì)象的設(shè)計(jì)水噴霧強(qiáng)度：W =烏=也=炒麗矩矩2 B2tg 2 式中：W 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水噴霧強(qiáng)度，L/ （min-m2）o按最不利情況，B = 0.65m , 0 = 120 , k = 1.05 , p = 0.35 MPa 代人，得：W = L05。*3：= 0.7749 k2(0.65)2 tg 2里2因?yàn)?W=0.7749K 應(yīng)大于 9L/min .m2。所以 KN9/0.7749=11.61?？梢?只要選用K11.61的水霧噴頭，即可滿足規(guī)范要求。設(shè)計(jì)選用ZSTWA-30-120型水霧噴頭，流量為30L/min，霧化角為120，流量特性系數(shù)K=16。結(jié)語針對(duì)液化烴儲(chǔ)罐火災(zāi)特點(diǎn)，水噴霧系統(tǒng)可有效地控制液化烴儲(chǔ)罐初期火災(zāi)，避免惡性爆炸事 故發(fā)生。在進(jìn)行水噴霧冷卻系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，將罐上噴頭的工作壓力設(shè)為一定值，水量及管 徑的計(jì)算和管道布置均按這一設(shè)定運(yùn)作，這樣簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)計(jì)算。因固定式消防用水量為著火罐和 鄰近罐用水量之和，鄰近罐的用水量是著火罐的1/2，在配管時(shí)應(yīng)考慮如何才能實(shí)現(xiàn)這種水量的 關(guān)系，本設(shè)計(jì)將每座球罐的環(huán)狀管網(wǎng)分為互不連通的4段，每段環(huán)管單獨(dú)一個(gè)立管引出防火