水喷雾灭火系统在液化石油气体球罐消防设计中的应用.doc

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本文主要叙述了如何根据相关规范对液化石油气球罐进行消防设计。 关键词 水喷雾灭火系统 水雾喷头 水雾锥 响应时间 一、概述 液化石油气主要由丙烷、丁烷、丁烯、戊烷等烃类组成，其主要危险性为：（1）液化石油气气态时比重比空气重（1．5 ~ 2．0），一旦泄漏，易在通风不良处积聚，易酿成事故。（2）液化石油气爆炸极限低（2%~10%体积化），如大量泄漏遇明火可造成大面积火灾或空中可燃蒸气云爆炸事故。（3）液化石油气着火能量低，与空气混合后的着火能量仅为0．06 ～0．25ｍJ，电气开关引起的火花足以造成燃烧和爆炸。（4）液化石油气燃烧热值高，爆炸速度快，爆炸威力大，破坏性强，其火焰温度达200。C以上，极易引起邻罐的爆炸。（5）液化石油气的体积膨胀系数比水大，过量超装十分危险。液化石油气从气源厂生产出来，为了便于储存和输送，通常进行加压和冷却使其液化，储存在密闭的压力储罐内，由于球形储罐耐受压力，且受力均匀，储存量大，因而石化企业普遍采用卧式圆罐和球形罐做为储存液化气的压力容器。液化石油气球罐发生火灾时，若储罐内尚有剩余可燃气体时就将火扑灭，残余的可燃气体泄漏出来与空气混合到一定浓度，遇明火就会发生爆炸，产生更大的危害。因此，控制液化气球罐火灾的根本措施是切断气源和紧急放空。在完成放空之前应维持其稳定燃烧，同时对着火罐及相邻罐进行喷水冷却保护，使储罐不会因受热发生损坏。防护冷却即是水喷雾系统的重要用途。 二、水喷雾系统灭火机理、灭火系统组成及应用 水喷雾的灭火机理：当水以细小的水雾滴喷射到正在燃烧的物质表面时，会产生表面冷却作用、窒息作用、乳化作用及稀释作用。这四种作用在水雾喷射到燃烧物质表面时，通常以几种作用同时发生，提高了水的灭火效率。水喷雾灭火系统是自动喷水灭火系统的基础上发展起来的，是使用专用的水雾喷头，将水喷射成微小雾滴进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火系统。此系统不仅安全可靠、经济实用，而且具有适用范围广，灭火效率高的优点。是由水源、供水设备、管道、雨淋阀组、过滤器和水雾喷头等组成。水喷雾灭火系统的应用主要集中在两类保护对象：一是变压器的灭火；二是液化气储罐的防护冷却。随着水喷雾灭火系统的应用普及，会有更多的场所和保护对象采用，但其防护目的不会变，仍为灭火和防护冷却两大类，或者二者兼有。 三、液化气球罐区水喷雾防护冷却水量的确定。 根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160－92(99)和《水喷雾灭火系统设计规范》ＧB50219－95规定:用于液化气储存设施防护冷却着火罐设计喷雾强度不应小于9L/min．m2,持续喷雾时间不应小于6h；据着火罐1．5倍着火罐和邻近罐的冷却面积应按其表面计算；液化气储存设施的防护冷却总水量应按储罐固定式水喷雾灭火系统防护冷却用水量和移动式消防冷却用水量之和计算。移动式消防却用水量，应按罐区内最大一个储罐用水量确定，即储罐容小于400 m3时，不应小于30L/s，大于或等于400 m3时，不应小于45 L/s。 四、喷头的种类与布置 1、喷头的种类： 喷头的种类很多，下面不一一列举，仅以几种常用国内喷头为例，列举如下（见表一）（水喷雾规范规定：用于液化气防护冷却时，水雾喷头的工作压力不应小于0．2MPa，下表分别以P=0．25MP、0．30 MPa、0．35 MPa得出，设计时可根据所需喷雾角、流量选择喷头。） 表1
编号
喷头型号
流量系统K
流量（L/min）
喷雾角 a

ax
接口螺纹

ZG1/2”
生产厂家

上海消防器防总厂
备注
0．25 MPa
0．30 MPa
0．35 MPa
1
ZSTW－Ｇ
28
44．27
48．27
52．30
带过滤器
2
ZSTW－H
34
53．76
58．89
63．61
3
ZSTW－J
42
66．40
72．75
78．57
4
ZSTWB-30-120
15．72
24．90
27．23
29．41
ay
ZG1/2”
天津市海河消防器材厂

5
ZSTWB-50-120
26．60
42．06
46．07
49．76
ZG3/4”
6
STW15－9．5

16．67

90。
ZG1/2”
宜兴市供水消防
实测值
7
STW20－12．１

25．33

ZG3/4”
注：ax可为90℃、95℃、100℃、110℃、125℃、145℃、163℃、180℃、ay可为60℃、90℃、120℃ 2、喷头的布置： 水喷雾规范规定：水雾喷头与储罐外壁之间的距离不应大于0．7ｍ，且水雾喷头的喷口应球心，水雾锥沿纬线方向应相交，沿经线方向应相接（大于或等于1000ｍ3时，宜相接，但赤道上一环管间距不应大于3．6ｍ）。无防护层的球罐的支撑点、阀门、液面计、安全阀等处应设喷头保护。水雾喷头的平面布置方式采用矩形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1．4倍水雾喷头之间的距离不应大于1．7倍水雾喷头的水雾锥底圆半径。 五、系统组件与给水要求 　　水喷雾规范规定：水喷雾灭火系统中的关键部件？水雾喷头、雨淋阀组等必需采用经国家消产品质量监督检测中心检测，并符合现行的有关国家标准的产品。雨淋阀组的功能应符合下列要求？接通或关断火喷雾灭火系统的供水；接收电控信号可电动开启雨淋阀；接收传动信号可液动或气动开启雨淋阀；具有手动应急操作阀；显示雨淋阀启、闭状态；驱动水力警铃；监测供水压力；电磁阀前应设过滤器。雨淋阀组应设在环境温度不低于4℃、并有排水设施的室内，其它装位置宜在靠近保护对象并便于操作的地点。雨淋阀前的管道应设置过滤器，当水喷雾头无滤网时，雨淋阀后的管道亦应设置过滤器，过滤器后的管道，应采用内外镀锌钢管，且宜采用丝扣连接。水喷雾灭火系统的用水可由市下政管网、工厂消防给水管网、消防水池活天然水源供给，并应确保用水量。 六、操作与控制 水喷雾规范规定：水喷雾灭火系统应设有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式。水喷雾灭火系统的控制设备应具有选择控制方式的功能，并且具有重复显示保护对象状态，监控消防水泵启、停状态，监控雨淋阀启、闭状态，监控主、备电源自动切换的功能，除应能启动直接受火罐的雨淋阀外，尚应能启动距离直接受火罐1.5们罐径范围内邻近罐的雨淋阀。水喷雾灭火系统的响应时间不大于60s。 自动控制：指水喷雾灭火系统的火灾探测、报警部分与供水设备、雨淋阀组等部件自动连锁控制方式； 手动控制：指人为远距离操纵供水设备、雨淋阀组等系统组件的控制方式； 应急操作：指人为现场操纵供水设备、雨淋阀组等系统组件的控制方式； 火灾探测器可采用缆式线型定温火灾探测器、空气管式感温探测器或闭式喷头。当采用闭式头时，应采用传动管传输火灾信号。

消防自动控制方框图
七、工程实例 现以4＊1000ｍ3球罐区为工程实例，进行水喷雾灭火系统消防设计。 已知：球罐内径为12．30m，外径为12．392m，且系统消防水供不压力为0．45MPa（罐区边界），假定1# 罐为着火罐，其余三个罐均为距着火罐1．5倍着火罐直径范围内的邻近罐。 1、着火罐防护冷却水量的确定：（喷雾强度不小于9L/min．M2） Q理论最小值=S球表面积＊9L/min ·m2=πD*9 L/min ·m2 =π12.3922*9 L/min ·m2=4342 L/min ·m2=261t/h 2、喷头的布置： 根据水喷雾规范规定：水雾喷头与球罐外壁间距不应大于0．70m，且水雾喷头的喷口应面向球心，水雾锥沿纬线方向应相交，沿经线方向应相接的布置原则。 考虑到环管管径一般不于等于80mm便于施工，分别选取环管数为6、7圈布置喷头。 a）．纬线方向喷头布置： 假定设置6圈水平环管，喷头与罐外壁间距为0．650m，喷头的雾化角β计算如下：（每圈环管上均匀分布的喷头，且喷口指向球心，则冷却保护对应球心角为α的环状罐壁。） 当n=6时，α=30。，R=6．196m，则喷头的雾化角β应为 β=2arctg{（R·sina/2）/[0.650+R(1－cosa/2)]} =123．3。 因此，选取雾化角为125。的喷头，可满足规范要求
依次得出

表二
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ｂ）．经线方向喷头布置： 规范规定喷头布置应纬线方向相交，采用矩形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1．4倍水雾喷头的水雾锥底圆半径。 Ｒ水雾锥底圆径＝Ｂ水雾喷头的喷口与保护对象之间的距离＊tgβ /2 L喷头所保护的罐壁弧长=2πR/360。＊α 其中：β＝1200时，α=26．50；β=1250时，α=32．50 1）．当β＝1200喷头时，R=1．26m，喷头所保护的罐壁弧长为3．51m。设计保护的罐壁最大弧长为2．45m。
命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中
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