液化烴儲罐的消防設計計算

1、液化烴儲罐的消防設計計算摘 要 介紹了液化烴的性質及發(fā)生火災的特點，對液化烴儲罐火災的危險性及消防冷卻水的冷卻作用進行了分析，列舉了液化烴球罐水噴霧系統(tǒng)設計的計算實例，提出了設計中應注意的問題。關鍵詞液化烴儲罐消防冷卻水水噴霧冷卻系統(tǒng)隨著石油化工產業(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 時也興建了一批液化烴大型儲罐區(qū)。針對某工程實例，就液化烴儲罐區(qū)的消防系統(tǒng)設計介紹如下。.液化烴儲罐火災的危險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，其膨脹系數也較大，汽化后體積膨脹250300倍 數。

2、爆炸濃度范圍比較寬。由于液化烴的閃點及沸點低，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，其防火、防爆問題須在設計、運行 中給于重視。.液化烴儲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， 首要滅火措施是切斷氣源，并對著著火罐和鄰近罐進行消防水噴淋冷卻，使其穩(wěn)定燃燒，確保著 火罐和鄰近罐罐壁溫度不致過高，罐壁強度不降低（實踐證明地上鋼罐火災，5min內可以使罐 壁穩(wěn)定達到500C，強度降低一半，810min內鋼板將失去支持能力），罐內壓力不過高，能使 事故不再擴大。.液化烴球罐水霧噴淋冷

3、卻系統(tǒng)的設計液化烴罐區(qū)水消防冷卻設計的關鍵有三點：一是供水管道設計；二是確定消防水量；三是 水霧噴頭的布置。3.1供水管道設計系統(tǒng)管道設計的原則是壓力平衡，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。為此在管道設計時，應采取以下措施：1）上、下半罐體上的供水環(huán)管應盡量對稱布置。2）環(huán)管應由兩條對稱布置的立管供水，以確保同一環(huán)管上噴頭的實際工作壓力基本相同。 特別是對于容積為2000m3的儲罐，環(huán)管較長，阻力較大。由兩條對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減壓孔板，調節(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）對于容積大于1000m3的儲罐，罐體直徑較大，頂環(huán)管與底環(huán)管之間的高差達十多米， 垂直壓差較大。為平衡水壓，上、下半罐體應分別由兩條對稱布置的立管供水，上、下半罐體的 供水管各自獨立控制。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）水霧噴頭內徑只有幾毫米，容易堵塞，在球罐底部的供水管上設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)管道因積水結冰而造成管道的損傷。為防止控制閥后管道內壁生銹，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)設計防火規(guī)范GB504160-2008中只規(guī)定了消防冷卻水的強度及所需噴淋冷 卻保護的面積，根據強度和面積計算出的水量是布置噴頭的初始依據，噴頭的布置同時需滿足水 噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范相關規(guī)定，即沿緯度方向相交、沿經線方向相切的原則，滿足這個原則 布置出的噴頭數只能大于根據“計算水量”算出的噴頭數，再加上布置在用于保護球罐支腿與閥 門的噴頭，因而實際消防水量會遠大于計算水量。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，當按矩形布置時，水霧噴頭之間的距離不應大于1.4 倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑；當菱形布置時，水霧噴頭之間的距離不

6、應大于1.7倍水霧噴頭的 水霧錐底圓半徑。當保護對象為球罐時，水霧噴頭的噴口應面向球心；水霧錐沿緯線方向相交， 沿經線方向相接；水霧噴頭與儲罐外壁之間的距離不大于0.70m。無防護層的球罐鋼支柱和罐體 液位計、閥門等處應設水霧噴頭保護?，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)設計的計算實例。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）經線方向噴頭布置：（水霧錐宜相接）假設設置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，則冷卻保護的罐壁為對應球心角為a的環(huán)狀罐壁。當n=10時，a=18，球罐半徑r =15.8/2=7.9m，則噴頭的霧化角應為：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)。其計算結果及噴頭安裝數量見表1。表1：計算結果及噴頭安裝數量緯線環(huán)圈數緯線環(huán)圈半徑(m)緯線環(huán)圈弧長(m)緯線環(huán)圈上設計 安裝噴頭數量 (只)安裝距離/ 設計保護弧長 (m/只)安裝距離/ 設計保護弧長 (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)實際保護弧長：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上下以赤道線對稱，單罐水噴霧噴頭數量總計為：244個。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設計冷

10、卻水噴霧強度核算水噴霧冷卻系統(tǒng)的設計流量按下式計算：著火罐冷卻水供給強度，不應小于9L/(minm2)。Qs=k qQj 系統(tǒng)的計算流量，L/ min；QJs 系統(tǒng)的設計流量，L/min；k 安全系數，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，由生產廠提供。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計水噴霧強度是 否達到規(guī)范規(guī)定的要求。3.4.1噴頭菱形布置每個噴頭的有效保護面積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 保護對象

11、的設計水噴霧強度：W = Q = kQ = kK 麗 一乓T乒定式中：W一系統(tǒng)的設計水噴霧強度，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-因為 W = 0.5966K 應大于 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噴頭矩形布置每個噴頭的有效保護面積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保護對象的設計水噴霧強度：W =烏=也=炒麗矩矩2 B2tg 2 式中：W 系統(tǒng)的設計水噴霧強度，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因為 W=0.7749K 應大于 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。設計選用ZSTWA-30-120型水霧噴頭，流量為30L/min，霧化角為120，流量特性系數K=16。結語針對液化烴儲罐火災特點，水噴霧系統(tǒng)可有效地控制液化烴儲罐初期火災，避免惡性爆炸事 故發(fā)生。在進行水噴霧冷卻系統(tǒng)工程設計計算時，將罐上噴頭的工作壓力設為一定值，水量及管 徑的計算和管道布置均按這一設定運作，這樣簡化了設計計算。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，在配管時應考慮如何才能實現(xiàn)這種水量的 關系，本設計將每座球罐的環(huán)狀管網分為互不連通的4段，每段環(huán)管單獨一個立管引出防火