时间：2013年04月28日 分类：推荐论文 次数：
摘要：球罐在油气田工厂、液化气及轻烃液体储存中试经常使用的一种容器。近年来，球罐已越来越向大型化发展。
根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008第8.10.2条规定，液化烃储罐容积大于100m3时，且小于1000m3，应设置固定式消防冷却水系统或固定式水炮和移动式消防冷却水系统。第8.10.8条规定，固定式消防冷却水系统可采用水喷淋或水喷雾等形式;但当储罐储存的物料燃烧，在罐壁可能生成碳沉积时，应设置水喷雾系统。
关键词：液化烃球罐,消防设计
下面，通过实例，浅谈一下液化烃球罐的几种消防冷却水系统形式。
一、概述
液化轻烃的主要成分是：乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烃类组成，在气态时比重比空气重，(是空气的1.5~2.0倍)。液化烃储罐发生火灾的根源是液化烃泄漏。液化烃一旦泄漏，迅速汽化且难以控制。汽化时，从周围环境吸收大量的热量，使空气中的水份冷却成为细小雾滴，形成液化烃的蒸气云。液化烃的蒸气云从泄漏点沿地面向下风向或低洼处漂移、积聚。液化轻烃爆炸极限低(2%~10%体积比)，如大量泄漏遇明火可造成大面积的火灾或可燃蒸气云爆炸事故。液化轻烃的燃烧热值高，爆炸迅速、威力大，破坏性强，其火焰温度达200℃以上，极易引起邻罐的爆炸。
二、多齿堰式消防冷却水系统
1. 多齿堰式消防冷却水系统的组成
多齿堰式消防冷却系统主要由水源、供水设备、供水管道、过滤器等组成，设有自动控制、手动控制和应急操作3种控制方式。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，控制消防水泵启动状态，监控主、备电源自动切换功能;除应能启动着火罐的闸阀，且应能启动距着火罐1.5倍罐直径范围内邻近罐的闸阀。系统的响应时间不大于60s。
2. 多齿堰式消防冷却水系统的设计计算
以广西防城港某工程3500m3液化烃球罐(R=9467mm)为例:
a. 消防冷却水用水量
根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008第8.10.4条规定：
着火罐冷却水供给强度，不应小于9L/min·m2;
距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的邻近罐的冷却水供给强度不应小于9L/min·m2;
着火罐冷却面积应按其罐体表面积计算;邻近罐冷却面积应按其半个罐体表面积计算;
距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的邻近罐超过3个时，冷却水量可按3个罐的使用量计算。
b. 多齿堰设计
罐顶圆形围堰直径D=4400mm，围堰高度H=400mm，设三角堰宽度b=150mm，堰角度为90°，过堰水深h=75mm。
三角堰过堰流量Q1=1.4h5/2=1.4·0.0755/2=0.0022 m3/s
三角堰个数N=Q/Q1=77个
堰中心间距179.4mm
c. 进水管段设计
围堰进水管2根，管径DN200镀锌钢管，流速V=2.73m/s，损失i=65.2 ‰
3. 多齿堰式消防冷却水系统的优势
a. 系统结构简单。多齿堰式消防冷却系统主要由水源、供水设备、供水管道、堰板组成。相对其他固定式消防冷却水系统供水管应采用两条的规定，罐顶多齿堰式淋水是其优势之一，此外系统省去了喷头、阀组、过滤器等组件，使系统更简单，施工简便、易于操作。
b. 经济。系统结构简单决定了系统具有投资少的优势。
c. 可靠。根据API2510介绍，消防冷却水的设置方式按可靠性排序为固定淋水—固定水炮—水喷雾。尤其在用海水作为消防水源的场所，该方式避免了因海水的腐蚀作用，管道及管件发生锈蚀或沉垢，造成喷头、穿孔孔口的堵塞现象，有效地提高了消防冷却水的安全性和可靠性。
d. 维修简便。系统工艺简单，维护方便。
4. 多齿堰式消防冷却水系统的劣势
a. 国内对于多齿堰式消防冷却系统的设计尚且没有详细的标准规范，大多数情况下都是凭借前辈的实际经验和相关图纸资料，因此对于多齿堰式冷却系统尚有很多值得讨论之处。
b. 由于多齿堰式消防冷却系统依靠水自身的重力使冷却水沿罐壁流下，在罐壁上形成水膜堆罐体进行冷却，对于球罐赤道以下的区域冷却效果不好，需配合水喷雾消防冷却水系统进行保护。
c. 根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008第8.10.8条条文解释，丁二烯或比丁烷分子量大的碳氢化合物燃烧时，会在钢的表面形成抗湿的碳沉积，应采用具有冲击作用的水喷雾系统。因多齿堰式冷却系统依靠水自身的重力使冷却水沿罐壁流下，在罐壁上形成水膜，不具备冲击力，难以将碳沉积层驱散，从而使冷却效果大大降低。
三、水喷雾式消防冷却水系统
1. 水喷雾式消防冷却水系统的组成
水喷雾式消防冷却水系统主要由水源、供水设备、供水管道、过滤器、控制阀门、地上消火栓、消防水泡、水雾喷头、供水环管等设备组成，设有自动控制、手动控制和应急操作3种控制方式。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，控制消防水泵启动状态，监控主、备电源自动切换功能;除应能启动着火罐的闸阀，且应能启动距着火罐1.5倍罐直径范围内邻近罐的闸阀。系统的响应时间不大于60s。
2. 水喷雾式消防冷却系统的设计计算
以河南某工程5000m3液化烃球罐(R=10600mm)为例:
a. 确定水喷雾式消防冷却水系统的计算水量Q
Q=4∏R2·q
Q—计算水量 L/min
R—球罐半径 m
q—供水强度 L/min·m2
Q =4×3.14×10.62×9
=12701.174 L/min
b. 确定水喷雾喷头的喷雾角度β
根据喷头样本确定，通常情况下为120o喷头。若角度特殊，则需要向厂家订制。
c. 确定喷头与罐壁之间的距离
根据《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219-95第3.2.6条规定，当保护对象为可燃气体和甲、乙、丙类液体储罐时，水雾喷头与储罐外壁之间的距离不应大于0.7m。通常情况下可近似于消防环管与储罐外壁的距离，取值为0.65m。
d. 喷淋环管根数
N =(180/α)+2 α=14(参见附图)
= 14.8≈15
h. 确定供水立管根数及管径
可分为四路供水
第1、2、3、4、5圈为一路供水，流量为3840L/min，管径DN200
第6、7、8圈为一路供水，流量为4560L/min，管径DN200
第9、10、11圈为一路供水，流量为4240L/min，管径DN200
第12、13、14、15圈为一路供水，流量为2560L/min，管径DN200
i. 注意事项
① 喷头喷口应面向球心
② 喷头水雾锥沿纬线方向相交，经线方向相接
③ 球罐赤道以上的环管间距不应大于3.6m。
④ 无防护层的球罐钢支柱和罐体液位计,阀门等处应设置水雾喷头保护。
3. 水喷雾式消防冷却水系统的优势
a. 目前国内水喷雾式消防冷却水系统设计工艺成熟，并且有明确详细的设计规范及标准，这使得设计工作变得有章可循。
b. 水喷雾式消防冷却水系统对于球罐能够提供更全面的冷却水保护。
c. 根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008第8.10.8条条文解释，丁二烯或比丁烷分子量大的碳氢化合物燃烧时，会在钢的表面形成抗湿的碳沉积，应采用具有冲击作用的水喷雾系统。水喷雾式消防冷却水系统中，喷头的工作压力通常情况下为0.35Mpa,因此水雾对于碳沉积层具有冲击力，能够及时驱散他沉积层，从而使冷却效果大大提高。
4. 水喷雾式消防冷却水系统的劣势
a. 水喷雾式消防冷却水系统的工艺比多齿堰式消防冷却系统要复杂许多，因此投资往往高于多齿堰式消防冷却水系统。
b. 可靠性低，尤其在用海水作为消防水源的场所，因海水的腐蚀作用，管道及管件发生锈蚀或沉垢，喷头会出现堵塞现象。
c. 维护复杂，操作不便。
四、固定式消防炮冷却水系统
根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008第8.10.2条的规定，当采用固定式消防炮作为固定式消防冷却设施时，其冷却用水量不宜小于水量计算值的1.3倍，消防水炮保护范围应覆盖每个液化烃罐。在国内，多数情况下固定式消防炮被用以配合辅助多齿堰式消防冷却水系统和水喷雾式消防冷却水系统。由于本人经验尚浅，未接触到固定式消防炮冷却水系统，所以不对系统进行详细阐述。
参考文献
[1]《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219-95
[2]辛志云.浅论水喷雾灭火系统在液化烃储罐消防中的应用[J].新疆化工,2006 ,(02).