油罐消防系统的安全设计探讨

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摘要：随着经济的发展，石油需求量越来越大，储存石油的油罐消防安全已经越来越受到重视。文中综述了油罐起火的危害、种类，详细介绍了油罐消防设计中的泡沫灭火系统、消防冷却系统及自动控制系统的设计，及设计中应注意的主要问题，最后说明了如何利用自动消防控制系统与灭火设施的联用实现油罐火灾的迅速扑灭。

关键字：油罐消防；泡沫灭火；消防冷却水；自动控制系统

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

油罐是储存原油和各类油品的大型容器，油类产品的易燃烧、易挥发、静电放电、受热膨胀、流动扩散等特点决定了油类产品是火灾防范中的重点。储油罐一旦发生火灾，不仅容易造成扑救人员的伤亡，而且由于火场上辐射热大量增加，容易直接延烧邻近油罐，扩大灾情；油罐一旦发生爆炸，就会造成罐体破裂，燃烧油品向四周低洼处流淌，形成大面积火灾。因此“安全”成为石油、天然气储运生产正常进行和发展的基本保证[1-3]。油罐内储存大量油品, 油类产品的易燃烧、易挥发、静电放电、受热膨胀、流动扩散等特点决定了油类产品是火灾防范中的重点。

本文以此为对象，综述了油罐火灾种类，危害性，灭火系统的主要内容及分类，不同灭火及冷却方式的选择以及与消防控制系统联用的设计等，以期对实际工程设计提供一定理论依据。

1 油罐起火的种类

石油库油罐起火主要有四种情况：

1.1 油罐在不发货也不收货的情况下着火

此时罐内是正压,油蒸气浓度较大,在爆炸极限以外,火焰从罐的量油孔和呼吸阀喷出,蓝色不亮,无烟,火在罐口外燃烧。注意此种情况不宜开启喷淋,因为喷淋会使罐内温度急剧下降,罐内油蒸气冷凝形成负压,不但使油罐吸入大量空气,且易造成负压、回火,火焰进入罐内燃烧。如不能确定是罐内还是罐外燃烧,必须开启泡沫阀,用泡沫覆盖罐内油面, 将火慢慢熄灭。

1.2 油在油罐内燃烧

由于氧气不足,燃烧不充分,罐顶孔口冒出黑色明亮火焰,黑烟较多,火势较大。在这种情况下首先组织力量把着火罐邻近受热辐射的其他油罐的喷淋阀打开加以保护；开启着火罐喷淋,冷却罐壁,同时组织水枪射向罐顶冷却,保护罐体不致过热变形裂口,同时也可减少油品蒸发,减小火势；开启消防泡沫阀,向罐内注入泡沫灭火。

1.3 油罐顶被炸开

在这种情况下,着火罐邻近油罐应开启喷淋,保护罐壁冷却；着火罐开启喷淋冷却,同时组织多条水枪、水炮射水冷却罐壁,保护罐体不会过热变形；开启泡沫阀,罐内注入大量泡沫灭火。此时使用消防车辆增强邻罐喷淋降温力量, 如用泡沫车直接向罐顶喷洒泡沫, 理论上讲可以加快灭火速度, 但实际效果并不明显。

1.4 罐底开裂

此时同一防火堤内的罐区固定消防设施完全失去作用。因为罐区固定消防设施基本是针对罐顶火灾设计, 对罐底火灾无能为力而邻罐喷淋设施虽然完好, 但不能正常使用, 因为此时防火堤内遍布火焰, 喷淋水落在燃烧的油品上, 只能起到“ 助燃” 的作用, 增加扑救的难度。非同一防火堤内或有隔堤的油罐喷淋设施则可以正常使用。所以扑灭此类火灾, 只能依靠消防车辆实施,。

1.5 着火罐爆裂

罐体裂开,火势除在罐内燃烧外,溢出地面的油品也已着火。在这种情况下, 迅速开启备用事故罐并切换流程, 开启着火罐邻近油罐喷淋系统进行冷却；着火罐喷淋打开,冷却罐壁,减少油品蒸发，将着火罐液面降至泄漏点之下, 首先控制油品外溢,用泡沫枪、炮扑救地面火,控制火焰不致危及邻近油罐安全；待地面火扑灭后再扑灭罐内火。

2 灭火系统分类

油罐的消防系统主要分为泡沫灭火系统和消防给水系统以及消防控制系统三大部分。

2.1 泡沫灭火系统

消防泡沫是一种有压水流与泡沫液和空气组成的混合液。泡沫液通过泡沫比例混合器与水流混合并导入空气使其发泡膨胀，形成消防泡沫。在油罐发生火灾时起到降温，隔绝空气作用，从而扑灭火灾。

2.1.1 系统分类

发泡倍数指泡沫的体积与产生这些泡沫的泡沫混合液的体积之比。其中发泡倍数不大于20 的称为低倍数泡沫，一般使用（6~8）倍；发泡倍数为21~200 的称为中倍数泡沫，一般使用（20~40）倍。发泡倍数为201～1000 倍的泡沫是高倍数泡沫。

2.1.2 灭火方式

根据泡沫产生器设置的位置,可将灭火方式分为液上和液下两种方式,应根据储油罐的形式、油品的性质、泡沫液的种类进行选择。虽然两种方式都可选择,但对内浮顶及外浮顶油罐,液下方式泡沫发泡效果差,不宜采用。

设计时应根据储存油的性质、泡沫液的保存时间、喷射方式以及泡沫液废弃后对环境的污染等因素。

2.1.3 系统设计计算

泡沫灭火系统的设计计算主要包括泡沫计算，系统组件的选择，泡沫泵站的设置以及罐区泡沫混合液管网的布置等。其中系统设计包括所需混合液流量，混合液总量，泡沫泵的扬程。系统组件的选择包括泡沫泵的选择，泡沫比例混合器的选择，泡沫储罐的选择等。

2.2 消防冷却水系统

根据《石油库设计规范》(GB 50074—2005) 中规定，油罐区应设置消防冷却水系统。与燃烧罐的距离小于燃烧罐直径1倍的相邻罐，在热辐射的作用下，一段时间后极有可能引发爆炸、燃烧。因此，对小于燃烧罐直径1.5倍距离的未燃相邻罐要及时喷水进行冷却和覆盖罐顶孔口。

2.2.1 系统分类

消防冷却水系统根据供水压力可分为恒高压系统、临时高压系统、稳高压系统、低压给水系统。

根据油罐的不同容量及高度，消防冷却水系统可分为而采用固定式消防冷却水、移动式消防冷却水或固定式水枪与移动式水枪相结合的消防冷却水系统。

2.2.2 系统设计计算

消防冷却水系统的设计计算包括冷却水用量计算，消防总用水量计算，冷却水扬程计算及系统组件的选择等。

冷却水用量计算包括着火罐冷却水用量Q1及邻近罐冷却水用量Q2的计算。按照下式计

Q1=nπDq；

式中:n—同一时间着火罐的数量(个)，一般情况下为1个，且为储罐区内的最大罐；

D—着火罐直径(m)；

q—着火罐冷却水供给强度。

Q2=3.6TQ1

T-冷却延续时间。

消防总供水量应为扑救油罐火灾配置泡沫最大用水量与消防冷却最大用水量的总和；系统组件的选择包括消防泵及水喷淋的选择，管网敷设，消火栓设置及消防水池和消防泵房的设计等。

2.3 消防控制系统

自动消防控制系统由火灾检测装置、消防监控装置、监控计算机等组成。火灾检测装置包括感温火灾探测系统和手动报警按钮。一旦火灾探测系统探测到火灾信号,或现场手动报警按钮触发报警时,消防监控装置立即发出声光报警,计算机显示报警画面。经人工确认手动启动或联动启动相应油罐的消防水泵、泡沫消防水泵、泡沫比例混合装置,并顺序开、闭相关电动阀门, 对着火罐进行泡沫灭火和喷淋冷却,对相邻罐进行喷淋冷却,实现自动灭火。

3 结论

随着工业生产中石化能源的需求加大，因此油罐区的消防安全工作显得愈发重要。只有在油罐消防设计中充分考虑火灾预期，严格进行参数设计，统筹制定灭火机制，保证灾前万无一。灾情发生时软硬件迅速结合，快速响应，集中控制力量灭火才能尽量减少生命和财产损失。

参考文献

[1] 刘悦. 石油化工储罐区火灾事故灭火救援（圈）研究[D]. 沈阳航空工业学院, 2007.

作者简介：刘超（1985年），男，吉林人，助理工程师，2008年毕业于哈尔滨工业大学建筑给排水专业，现从事给排水及消防设计工作；

杨海东（1985年），男，吉林人，助理工程师，2008年毕业于辽宁石油化工大学给排水专业，现从事给排水及消防设计工作。