陳金思
（安徽省化工設計院，安徽 合肥230009）

　　摘　要：利用熱力學方程導出油罐防日曬冷卻水供水強度，并將此供水強度與消防冷卻水供水強度結合考慮，通過優化水幕噴頭的布置，充分利用水幕噴頭工況，從而降低油罐水冷卻系統的冷卻水量和能耗。
　　關鍵詞：消防冷卻；防日曬冷卻；供水強度；水幕噴頭
　　中國分類號：TU991.42
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-2455-（2002）02-0055-02

Calcuation for the Oil Tank Water Cooling Design
CHEN Jin-si
(Anhui Chemical Design Institute,Hefei 230009,China)

　　Abstract:Empirical equation of cooling water supply intensity for oil tanks protection against sunshine was deduced with thermodynamic principles. Taken into account the water for fire-fighting cooling together,the cooling water and energy consumption were cut down by opimizing the distribution of the sprinkler heads and optimizing the performances of the sprinkler heads.
　　Key words:cooling for fire-fighting;cooling against sunshine;water supply intensity;sprinkler head

　　油罐內儲存的氣油屬甲B類低閃點易燃液體，其間點-50℃，爆炸上限6.0％，爆炸下限1.3％，其蒸汽與空氣接觸形成爆炸性混合物，高熱極易燃燒爆炸^[1]。根據《石油庫設計規范》（GBJ74～84）之規定，應設置消防冷卻水系統，以對著火罐和臨近罐實施冷卻；同時根據《石油化工企業設計防火規范》（GB 50160－92）之規定：“甲B類液體固定頂罐或壓力儲罐除有保溫的原油罐外，應設防日曬的固定冷卻水噴淋系統或其他設施。”故對油罐實施水冷卻保護有兩方面含義：一指火災發生時，對著火油罐和臨近罐采取的應急降溫措施，即消防冷卻；二指夏季高溫對油罐實施的日常性防護冷卻，即防日曬冷卻。下面就夏季油罐防日曬冷卻系統的設置如何較好地與消防冷卻水系統結合，談談個人觀點，僅供參考。

1 防日曬冷卻水供水強度的選擇

　　規范對防日曬冷卻水供水強度沒有數據規定，因此筆者在設計中作如下假設：如合肥地區，夏季太陽直射罐壁輻射強度最大值出現在14:00左右，輻射強度達687W/m²，而輻射強度較大值出現在13:00－18:00，該時段太陽輻射占全天太陽輻射總量的80％以上，其時平均輻射強度為537.5W/m²，為將14:OO左右的太陽輻射峰值降低到13:00－18:00平均輻射水平，須向罐壁噴淋一定強度的冷卻水，以帶走該部分太陽輻射熱。建立熱平衡方程：
　　60(f_max-f_ave)×10-3=qc_wp_w△t^[2]
　　式中：f_max－高溫日最大輻射強度值，W/m²；
　　　　　f_ave－高溫日時平均輻射強度值，W/m²；
　　　　　q－防日曬冷卻水噴淋強度，L/(m²·min)；
　　　　　c_w－水的比熱，c_w=4.187kJ/(kg·℃)；
　　　　　p_w－水的密度，p_w=1kg/L；
　　　　　△t－水溫差，△t＝6℃。
　　代人數據 60×(687－537.5)×10-3＝q×4.187×1×6，解得q＝0.36L/(m²·min)，設計中取q=0.40L/(m²·min)。假定防日曬冷卻水噴淋強度取上述值的意義：一方面帶走由最大時太陽輻射強度引起的超熱；另一方面通過不間斷噴淋水及時導走太陽輻射熱，使油罐壁乃至整個罐區不蓄熱，體現“預防為主，防消結合”方針。

2 冷卻水量的確定

　　某石油庫汽油罐組由6個單罐容量2000m³（D×H＝15.4×12.8m）的固定頂罐組成。消防冷卻時，著火罐冷卻水供給強度取2.5L/（m²·min）。臨近罐取1.0L/（m²·min），防日曬冷卻時冷卻水供給強度取0.4L/（m²·min）。著火罐冷卻面積619m²，臨近罐冷卻面積928.5m²（即0.5×3×619m²），防日曬冷卻水供給范圍為整個罐組罐壁面積之和，即6×619m²＝3714m²。則消防時將冷卻水流量148.6m³/h（即2.5×619＋1.0×928.5=2476L/min），防曬時冷卻水流量89.1m³/h（即0.4×3714L/min）。
　　消防冷卻水按4h貯量為594.24m³，而防日曬時冷卻水需在夏季高溫日連續供給且流量較大，故設置循環水場，由循環水泵輸送至罐區噴淋系統，罐壁上的噴淋水流過水封井后，自流人循環水場水處理構筑物，經處理后循環回用。消防冷卻水和防日曬冷卻水共用水池，通過液位計及閥門控制水池水位，以確保600m³左右的消防水量不被挪用。

3 冷卻水供給設施

3.1 噴頭選型及布置
　　由于水幕噴頭噴出的水能形成霧狀層及膜狀層的雙層效果，其均勻性、隔離性、冷卻效果均很好，故設計中采用SMTBD型水幕噴頭，每罐37個，分上、下兩圈設置。其中上圈設置于高出罐弧頂1.2m處，上圈環管周長為12m，11個噴頭均布；下圈布置在罐頂壁的最上部，噴頭距罐壁0.3m，26個噴頭均布。火災消防時上、下圈共計37個噴頭全部啟動噴淋，在0.7MPa壓力下，單個噴頭噴水42L/min，其噴水總量1554L/min（即42×37=1554L/min），略大于消防時著火罐 1547.5L/min（即2.5×619＝1547.5L/min）規定需水量。夏季高溫實施防日曬冷卻下保護時，啟動上圈11個噴頭噴水，在0.2MPa壓力下，單個噴頭噴水22.8L/min，11個噴頭總噴水量250.8L/min（即22.8×11＝250.8L/min），略大于防日曬冷卻時單罐需水量247.6L/min（即0.4×619＝247.6L/min）。
3.2 泵的選型與匹配
　　由于噴頭在不同水量下，其工作壓力相差大，故在設計中采用高壓消防冷卻供水系統和低壓防日曬冷卻循環水系統聯合供水方式。高壓消防水泵選XBD8－45（Q=162m³/h，H＝80m，P＝75kw）消防泵2臺，其中1用1備；低壓冷卻水泵選IS125－100J－315（Q＝100m³/h，H=32m，P＝15kw）消防泵2臺，其中1用1備。每泵設置單獨的吸、壓水管，壓水管均并人罐區消防冷卻水環干管，且壓水管上設閘閥，以靈活控制，方便切斷。高、低消防水泵設置事故聯鎖控制裝置。每泵壓水管上設壓力表、流量計以及時了解水泵和噴頭工況。
3.3 管道及附件
　　高、低壓冷卻水給水環管會二為一。每油罐設4根冷卻進水管，在防火堤外距罐壁15m處的進水管上設問閥控制。4根進水管中的兩根與上圈噴頭的環管相接，另兩根與下圈環管相連。各環管上水立管均對稱布置，上、下圈環管均分成獨立的兩段。這樣既兼顧了火災的特點，又能在防護上做靈活調整^[3]。

4 結論

　　夏季防日曬冷卻水供給強度的取值大小對整個油罐水冷系統的設計規模影響較大，該強度取值需作進一步論證。水幕噴頭工況直接決定水泵的選型，合理選擇噴頭，優化噴頭布置是油罐水冷卻系統節能降耗的途徑之一。

參考文獻：
　　[1]張維凡．常用危險物品安全手冊[M]．北京：化學工業出版社，1996．
　　[2]黃素逸．能源科學導論[M]．北京：中國計劃出版社，2000．
　　[3]丁國臣．儲罐區消防冷卻噴淋裝置設計探討[J]．工業用水與廢水，1999，30(3)：41－42．

---

作者簡介：陳金思（1976－），男，安徽合肥人，1999年畢業于安徽建筑工業學院給水排水工程專業，畢業后一直從事給排水及消防工程設計工作，現為在職碩士研究生，電話（0551）2904896。