王東培
（廈門市工業設計院）

　　摘　要 結合某工程設計，對可燃液體儲罐區冷卻水設計中遇到的消防問題進行了探討。
　　關鍵詞 可燃液體 罐區 消防 冷卻水 供水強度

　　近年來，隨著市場經濟的發展，廈門、泉州等周邊沿海地區的港口、碼頭相繼建成了各種不同規模的可燃液體儲罐區。可燃液體貯罐區的特點是易燃、易爆、有毒。由于火災危險性大，消防設施的配備尤為重要。其主要消防設施是以消防冷卻水系統和消防泡沫滅火系統為主，輔以干粉滅火系統加以保護。本文重點結合廈門翔鷺PTA化工碼頭可燃液體罐區的冷卻水設計，對設計中遇到的消防問題加以論述，并提出探討性意見，與同行討論．以利今后的消防設計。

（一）工程概況

　　該工程包括總容量5萬立方米的儲罐區、汽車裝車臺、消防水泵房、一座4000立方米消防水池及其他配套輔助設施。儲罐區（儲罐規模，見表1）有兩個罐組：一個是化學品罐組，另一個是油罐組；汽車裝車臺由12座汽車裝車鶴管組成。總平面示意，見圖10－1。

表1 儲罐規模及有關參數

序號 儲罐位號 物質名稱 閃點（℃） 火災危險性分類 立式儲罐類型 儲罐直徑D（m） 儲罐高度H（m) 罐壁表面積（m²) 儲罐容積（m³) 1 V-8351 對二甲苯PX 27 甲類（B） 拱頂 32.26 14.7 1489.8 12015 2 V-8361 醋酸HAC 42 乙類 拱頂 11.64 12.245 447.8 1308 3 V-8371 醋酸異丁酯 17.78 甲類（B） 拱頂 9.0 9.68 273.7 615 4 V-8362 乙二醇EG 111 丙類（A） 拱頂 22.6 17.8 1263.8 7140 5 V-8391 燃料油FO ＞120 丙類（A） 拱頂 32.26 14.7 1489.8 12015 6 V-8392 燃料油FO ＞120 丙類（A） 拱頂 22.6 14.8 1050.8 3883 7 V-8363 柴油 80-120 丙類（A） 拱頂 8.25 8.25 213.8 441 8 V-8382 污水罐 ＜28 甲類（B） 拱頂 9.00 9.68 294.4 616

（二）、冷卻水系統冷卻水量計算

　　消防冷卻水系統主要采用固定式冷卻水系統，根據《石油化工企業設計防火規范》（GB 50160－92）之規定：第7.3.7條，消防冷卻水用水量按著火罐和鄰近罐所應滿足的最大冷卻水量考慮。當著火罐為立式罐時，距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內的相鄰罐應進行冷卻。當鄰近立式罐超過三個時，冷卻水量可按三個罐計算。第7.3.8條，固定式冷卻水系統應有確保達到冷卻水強度的調節設施。第7.3.7條，冷卻水供給強度：著火罐為2.5L/min.m2，鄰近罐為2.0L/min.m2，冷卻水連續供給時間為6小時。該工程最大冷卻水量以對二甲苯儲罐（V－8351A）作為著火罐，其鄰近的三個儲罐（V－8351B，V－8392，V－8391）作為冷卻保護進行計劃。

　　如何滿足設計規范中對著火罐及相鄰罐不同冷卻保護要求，本人在管道設計過程中，根據罐區儲罐的布置情況，經過多種管道布置比較，將噴水環管分2段或4段互不連通的管，每段環管單獨一個立管引出防火堤外，且每個立管在距被保護罐15m以外地點，設一個能顯示啟閉狀態的閥門加以控制（圖10—2）。解決了不同供水量的調節問題。
　　據罐區儲罐的布置情況及儲罐上環管閥門的控制方式，鄰近儲罐（V－8351B）應開啟全罐的3／4冷卻水量，鄰近儲罐（V－8392）應開啟全罐的3／4冷卻水量，鄰近儲罐（V－8391）應開啟全罐的1/2冷卻水量。
　　計算冷卻水量為：
　　　　　　Qj＝W.S/60（式2－1）
　　式中：Qj——計算冷卻水量（L／S）
　　　　　W——冷卻水供給強度（L/min.m2）
　　　　　S——需冷卻的罐壁表面積（m2）
　　則
　　　　著火罐（V—8351A）設計冷卻水量為：
　　　　　　　　　Qj1＝2.5×1489.8/60＝62.08L／s
　　鄰近罐設計冷卻水量為：
　　V－8351B Qj2＝（2.0×1489.8×3／4）／60＝37．2/S
　　V—8392（2.0×1050.8×3／4）／60＝26．27L／S
　　V—8391＝（2.0=（2.0×1489.8×1/2）/60＝24.83L/S
　　消防冷卻水系統最大計算總用水量為：
　　　　　　　　　　　Qj＝Qj1+Qj2+Qj3+Qj4＝150.38L/s

（三）、噴頭選型及布置

　　由于《石油化工企業設計防火規范》對消防冷卻水系統沒有提供具體的灑水形式，所以各行各業存在不同作法。接合本工程具體情況，對目前較為常用的三種冷卻水灑水形式：1.環狀淋水管；2．水霧噴頭；3．水幕噴頭，進行詳細分析比較，見表3。

表2 冷卻水灑水形式比較

序號 酒水形式 優缺點 1 淋水管

優點：冷卻水通過淋水管孔灑到罐壁，流至地面，冷卻效果較好。工程造價低。
缺點：淋水管孔由人工制作，較難做到均勻灑水，且管孔較難防腐，易生銹

2 水霧噴頭 優點：水能形成霧狀層，其均勻性、隔離性、冷卻效果均較好；
缺點：噴頭布置要求以規定的噴砂機霧強度完全覆蓋保護對象的整個物體表面，要求噴頭數多。工程造價高。風和火焰熱氣流對水霧系統不利。 3 水幕噴頭 優點：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。
缺點：工程造價較高

　　最后，設計中采用消防冷卻效果較好的水幕噴頭法。
　　該工程設計中采用ZSTM型水幕噴頭，其流量系數K=28，噴射角θ=133度。根據《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2001），水幕噴頭流量應按下式計算：
　　　　　　　　　q＝K（10P）^0.5
　　式中 q——水幕噴頭的流量（L/S）；
　　　　 K——水幕噴頭的流量系數；
　　　　 p——水幕噴頭的工作壓力（MPa）
　　由于該工程最不利點處噴頭P＝0.45MPa，K＝28
　　則 最不利點處噴頭噴頭流量：q＝k（10P）^0.5=28
　　　　　　 （10×0.45) =59.41/min≈1L/s
　　根據該工程的儲罐周長，儲罐計算冷卻水量，水幕噴頭特性等參數，通過計算，各儲罐水幕噴頭布置，見表3

表3 儲罐水幕噴頭布置表

序號 儲罐位號 物質名稱 儲罐直徑D
高度H（m（ 儲罐周長（m） 罐壁表面積（m2) 儲罐容積（m3) 儲罐計算冷卻水量Qj(L/s) 每段噴頭數（個）及直徑DN 噴頭間距離L及噴頭間夾欠 全儲罐噴個數（個） 1 V-8351
A.B 對二甲苯PX D32.26
H14.7 101.35 1489.8 12015 62.08 16
DN100 1583
5.63 16×4=64 2 V-8361
A.B.C 醋酸HAC D11.64
H12.245 36.57 447.8 1303 18.65 12
DN80 1519
15 12×2=24 3 V-8371 醋酸異丁酯 D9.0
H9.68 28.27 273.7 615 11.40 10
DN80 1408
18 10×2=20 4 V-8362 乙二醇EG D22.6
H17.8 80.0 1263.8 7140 43.8 12
DN100 1478
7.5 12×4=48 5 V-8391 燃料油FO D32.26
H14.7 101.35 1489.8 12015 62.08 16
DN100 1583
5.63 16×4=64 6 V-8392 燃料油FO D22.6
H14.8 80 1050.8 3883 43.8 12
DN100 1478
7.5 12×4=48 7 V-8363 柴油 D8.25
H8.25 25.92 213.8 441 8.9 10
DN80 1290
18 10×2=20 8 V-8382 污水罐 D9.00
D9.68 28.27 213.8 616 12.27 10
DN80 1408
18 10×2=20

(四)、冷卻水系統冷卻水量校核

　　由表（3）可知，計算冷卻水量可供初選消防設備之用。設計冷卻水量應根據所選設備和噴頭的流量及數量進行校核。
　　設計冷卻水量為：　
　　式中 Qs——設計冷卻水量（L/S）
　　　　 Qi——噴頭的實際流量（L/S），應按噴頭的實際工作壓力（MPa）計算；
　　　　　n——系統啟動后同時噴水的噴頭數量。
　　由于如果采用逐點計算管網的壓降和噴頭流量，設計工作量太大，為簡化起見，設計冷卻水量按是不利點處噴頭流量乘以1.1的系數。則著火罐（V-8351A）設計冷卻水量為：
　　　Qs1=1.1×1×64＝70.4L/S
　　鄰近的罐設計冷卻水量為；
　　　V－8351B Qs2=1.1×1×64×3/4=52.8L/s
　　　V－8392 Qs3=1.1×1×48×3/4=39.6L/s。
　　　V--8391 Qs4=1.1×1×64×1/2=35.2L/s
　　消防冷卻水系統最大設計總用水量為：
　　　　　　　Qs=Qsj1+Qs2+Qs3+Qs4+＝198.0L/S＞Qj=150.38L/s
　　由此可見，儲罐設計冷卻水量大于儲罐計算冷卻水量，符合規范要求。

（五）、夏季冷卻措施的選擇

　　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水噴淋系統或其他設施。”故對儲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；二指夏季高溫對油槽實施的日常性防護冷卻，即防日曬冷卻。為達這一目的，有兩種方法。第一種方法是：夏季降溫需定期開啟消防冷卻裝置進行噴水，罐壁上的噴淋水，流過水封井后，自流人循環水池水處理構筑物，經處理后由循環水泵輸送至罐區冷卻系統循環回用，這種方法可節約用水，但系統復雜，投資較大。第二種方法是：將該兩種用途的冷卻水噴頭分開設置。作為夏季降溫冷卻的水霧噴頭設于罐頂，沿罐頂環行均勻布置，單獨一個立管引出防火堤外，且每個立管在距被保護罐15m以外地點，設一個閥門加以控制。消防冷卻裝置和夏季降溫冷卻裝置在閥門前共用同一冷卻水給水干管。由于夏季降溫冷卻水量，與消防冷卻水量相比較少得很多，這種方法夏季降溫冷卻用水量較少，系統簡單。投資較省。根據工程規模，進行經濟分析比較后，本設計采用消防冷卻與夏季降溫冷卻分開設置，冷卻水流程示意，如囹10—3。

（六）、材料的選取及安裝

　　由于該系統在正常情況下管線是空的，易受到大氣腐蝕。若使用普通碳鋼管，多年后內部將會產生銹渣，脫落后會堵塞管道及噴頭。因此，《石油化工企業設計防火規范》第7．9．9條第三款明確規定“控制閥至儲罐的管道應采用鍍鋅管”。按此條去做，可以解決控制閥至罐體上的直管段的防腐問題，但是罐體上的環管防腐仍未徹底解決。罐體上噴淋環管均為弧形，環形管在現場彎制過程中，鍍鋅層會遭到不同程度的破壞。同時，為安裝噴頭，在環形管上需鉆一些小孔并焊接一定數量的絲扣短管，鉆孔及焊接處周圍鍍鋅層也會遭到破壞。針對這些問題，我們在設計完成后，要求甲方將詳細設計圖紙提供給消防設備制造廠，由其按圖紙預制各環管段，鍍鋅管彎制后二次鍍鋅。這樣基本上解決了鍍鋅層被破壞問題。

（七）、結論

　　可燃液體罐區的消防冷卻設計不僅要滿足消防水量的要求，且應通過分段的管道設計達到調節水量的要求。另外，廈門翔鷺PTA代工碼頭可燃液體成區冷卻水系統經過運行使用后，確認設計中采用水幕噴頭及消防冷卻與夏季衛生溫冷卻分開設置效果非常好。本文述及可燃液體罐區冷卻水方面的問題，希望能在相關的設計中，起到拋磚引玉的作用。本文不足之處請專家、同行給予指正。

參考文獻：

　　[1] 《石油化工企業設計防火規范（GB50160-92）北京：中國計劃出版社1999.
　　[2] 《建筑設計防火規范》（GBJ16-87）北京：中國計劃出版社1997
　　[3] 《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2001）北京：中國計劃出版社2001
　　[4] 《水噴中滅火系統設計規范》（GB50219-95）北京：中國計劃出版社1995．