張學軍
(南京揚子石油化工設計工程有限責任公司，江蘇 南京 210048)

　　摘要：就揚子石化公司煉油廠催化裂化裝置的液化烴儲罐的水噴霧滅火系統設計，介紹液化烴儲罐水噴霧滅火系統國產化的應用實例，并對水消防系統選擇、水霧噴頭選型和布置方式、 系統的環形供水管布置、液化烴罐區消防供水等問題進行簡述。
　　關鍵詞：水噴霧；滅火系統；液化烴儲罐；消防
　　中圖分類號：TU998．1　　 文獻標識碼：B　　 文章編號：1009—2455(2004)04—0075—03

　　我國引進的大型石油化工裝置的液化烴儲罐均設置了水噴霧滅火系統，設計規范多采用美國《NFPA-15》標準和日本《液化石油氣設計防火設備規程》。遵循引進吸收國產化的原則，執行《石油化工企業設計防火規范》(GB50160-92)^[1](1999年版)，在揚子石化公司煉油廠催化裂化裝置的液化烴儲罐消防設計中選用了水噴霧滅火系統，并獲得上級消防部門的批準確認。

1 水消防系統選擇

1.1 噴淋冷卻和消防噴淋分別設置系統
　　催化裂化裝置液化烴罐區共有2個1 000m³ 容積的液化涇球罐。球罐直徑12.3m，外壁無保溫設施。
　　液化烴類閃點小于28℃，火災危險性屬于甲A類。其儲罐多為球罐，罐內壓力較高，一旦發生火災則很難撲救，甚至發生爆炸，引發火災蔓延，造成連鎖性事故。根據有關資料介紹，地上式鋼制儲罐發生火災，5 min內可使罐壁溫度升至500 ℃，使鋼板強度降低一半。儲罐發生火災，為控制火勢，降低火焰輻射強度，必須對儲罐及時進行水噴淋冷卻，使罐壁溫升不超過100℃。附著罐壁 的水膜，沒有充分受熱完全氣化，則罐壁不會形成過熱，罐的耐壓強度可以得到保證。
　　根據《石油化工企業設計防火規范》(GB50160—92)(1999年版)第7.9.2條規定，結合液化烴儲罐冷卻水設置方式，在罐區消防冷卻水采用水噴霧固定冷卻方式。
　　液化烴儲罐要求儲存溫度小于40℃，夏季防日曬噴淋冷卻的用水量供給強度為3L／(min·m²)。設計只需考慮使冷卻水沿著罐壁均勻地流下，淋濕罐壁，控制罐壁溫升即可。
　　設計考慮將夏季防日曬噴淋冷卻和水噴霧滅火分為2個系統。夏季防日曬噴淋冷卻系統在夏季高溫時運行，而水噴霧滅火系統只有當發生火災時才投入運行。
1.2 水噴霧滅火系統的選擇
　　液化烴罐區設計采用水噴霧型式，是因為水噴霧能夠較好地抑制火勢。當液化烴儲罐發生火災時，消防噴淋水霧化后，霧狀水滴的表面積遠遠大于等量的噴淋水珠的表面積，因霧狀水滴能迅速蒸發為水蒸氣，其間吸收大量的氣化熱，降溫效果顯著。霧狀水滴蒸發為水蒸氣時，體積急劇膨脹，可隔絕球罐與周圍空氣的接觸，從而大大降低燃燒區域中氧氣的含量。因此，水噴霧滅火系統較水噴淋系統更加安全可靠。

2 水霧噴頭的選型

　　目前，國內生產的水霧噴頭類型較多，從使用性能上可以分為中速水霧噴頭、高速水霧噴頭。
　　中速水霧噴頭主要用于保護閃點在66℃以下的易燃液體、氣體和固體危險區域。特點：①限止燃燒速度，減小火災破壞；②促使水蒸氣散發 和稀釋可燃蒸氣，降低爆炸危險。中速水霧噴頭工作壓力0.14-0.5MPa，水霧粒徑不大于0.3mm。
　　高速水霧噴頭主要用于保護閃點在66℃以上的易燃液體危險區。其特點為：①利用乳化、冷卻和窒息的滅火原理，迅速撲滅燃油火災；②水霧粒徑大，沖擊力強，火災撲滅后，復燃的可能性小。高速水霧噴頭工作壓力0.25-0.5MPa，水霧粒徑0.4-0.8mm。
　　由于在液化烴儲罐的滅火過程中，水噴霧滅火系統的主要作用是冷卻、降溫、窒息，控制火災蔓延和抑制火災發展，且液化烴屬于閃點小于66℃的易燃液體，因此，選用中速水霧噴頭。

3 水霧噴頭的計算及布置

3.1 水霧噴頭出水量及保護半徑
　　水霧噴頭出水量計算公式如下：
　　 Q=kp^1/2 (1)
　　式中：Q——水霧噴頭出水量，L/min；
　　　　　K——特性系數；
　　　　　P——工作壓力，kg/cm²
　　選用ZSTWA-120-50型中速水霧噴頭，其工作壓力0.35MPa，特性系數27.3，噴頭射角120‘，單個噴頭出水量50L／min。
　　水霧噴頭至罐壁距離，應根據噴頭的技術參數，考慮風速的影響，以及配管系統的狀況，通常不宜大于1m。設計采用0.7m垂直凈距，則單個噴頭保護半徑r=1.2m，保護面積4.52m²，噴水強度11L／(min·m²)。以上參數完全滿足《水噴霧滅火系統設計規范》(GB50219-95)^[2]的要求。
3.2 水霧噴頭布置
　　根據比較，采用菱形布置形式，則單個噴頭保護面積相對最大，因而可以減少噴頭數量，從而降低工程造價。噴頭菱形布置平面圖參見圖1。

　　 圖1中，噴頭保護半徑r=1.2m，相鄰噴頭最大間距L₁=2.14m<2r，L₂=1.1 m<r。因此，保證了罐壁完全被水霧覆蓋，沒有盲區。
3.3 罐頂水霧噴頭布置
　　通常，儲存液化烴的球罐不會出現完全充滿的狀況。發生火災受熱后，積存于罐內頂端的混合氣體若不能及時將熱量傳出，將導致罐頂溫升過高，降低了鋼板強度而使儲罐遭到破壞。因而，罐頂的水霧噴頭布置應考慮此況，靈活處理，確保罐頂的冷卻用水量。罐頂噴頭布置平面圖參見圖2。

4 水噴霧滅火系統的供水

4.1 設置方式
　　 液化烴球罐水噴霧滅火系統的供水，采用環形管布水，共有7圈環形管沿球罐緯線方向布置，其間距均為2m。水霧噴頭均勻分布安裝在各圈壞形管上，各圈環形管上的噴頭數量因環形半徑的不同而不同。噴頭的安裝角度均為指向球罐球心。
　　 為平衡各噴頭的工作壓力，均衡球罐表面的冷卻水量，采用2根供水干管對稱布置。每根干管設獨立控制的切斷閥門，閥后設過濾器以過濾水中的雜質。消防給水管道示意圖參見圖3。

4.2 環形供水管水力計算
　　經過計算，水噴霧滅火系統的供水壓力不得小于0.54MPa。
　　催化裂化裝置液化烴罐區的高壓消防給水由揚子石化公司煉油廠的消防站供應。消防站共有3臺高壓消防水泵，2臺并聯工作、1臺備用。水泵型號均為14sh-6，單臺流量1250m³／h(347 L／s)、揚程125 m，配套電機功率680kW、電壓6kV。高壓消防給水在消防站內的壓力損失0.1MPa，由消防站至液化烴罐區的壓力損失0.05MPa(計算過程略)。因此，高壓消防給水達到液化烴罐區時，尚有壓力1.1MPa，完全滿足水噴霧滅火系統的供水壓力的要求。
4.3 管道材料及安裝形式
　　水噴霧滅火系統只有在發生火災事故時，才啟動運行，因而，系統的管道通常處于空管狀態。管道若采用普通鋼管，管道內壁將因銹蝕而成片脫落，從而堵塞管道，采用鍍鋅焊接鋼管，由于此類型鋼管內壁和外壁均鍍鋅，一則避免管道內壁銹蝕，二來避免管道外壁腐蝕。
　　考慮水噴霧滅火系統的管道的檢修和液化烴儲罐的檢測，管道接口型式為螺紋接口，便于拆卸和更換。

5 評價

　　本工程于1999年5月一次通過竣工驗收，并獲得消防部門和安全部門的批準確認，達到了預期要求，效果評價如下：
　　①技術先進、經濟合理；
　　②符合安全生產、節約能源、節約用水的要求，并便于施工、維修和操作管理。

參考文獻：
[1] GB50160—92，石油化工企業設計防火規范(1999年版)[S].
[2](GB50219—95)，水噴霧滅火系統設計規范[S]．

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作者簡介：張學軍(1969—)，男，江蘇南京人，工程師，1992年畢業于江蘇化工學院化工機械系，現就職于南京揚子石油化工設計工程有限責任公司，從事石油化工給水排水工程設計，江蘇省南京市大廠區，電話(025）86356025。