可燃液体罐区消防设计
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摘要：本文通过对可燃液体的化学物理性质分析，以天津市某制药有限公司化学原料药物产业化项目溶媒罐区的设计为案例，在总结以前相关罐区设计经验的基础上，为提高项目的安全，经济和适用性，在满足国家和地方相关规范和标准的前提下，尽量提高发生事故时的消防安全措施，使事故的损失降低到最小程度。对设计工作中遇到的相关技术问题进行了总结与探讨。
关键词：可燃液体储罐；泡沫灭火系统；消防冷却水系统；事故池
中图分类号：S611 文献标识码： A
引言：随着中国经济的快速发展，人民生活水平也迅速的提高，人们对各种工业品的需求量越来越大，工业品的种类也越来越丰富，因此各类的工业也迅速的发展起来，但很多工业的生产过程和储运过程中都涉及到易燃易爆的危险品，怎样安全储存这些易燃易爆的物品成了工业生产中的重点。大的储罐为工业生产提供的快捷便利的生产，已成为很多工业生产中不可缺少的一部分，收到了显著的经济、社会和环境效益。但这些储罐如果在设计、管理和操作出现问题那么它产生的破坏和损失也是巨大的，这些年出现了不少可燃液体在储运过程中发生严重的火灾和爆炸事件引起了人们严重的关注。
在石化、医药和轻工行业中的储罐区起着承上启下的作用，按其生产过程可以分为：原料罐区、中间原料罐区以及成品罐区。一个完整的储罐区包括储罐组、装卸区、辅助生产区以及消防安全设施，其中储罐区主要由储罐、防火堤、工艺生产管道和泵组等组成。当储罐的形式确定后，给其配套的消防安全设施必然成为其安全运行尤为重要的防护手段。储罐区的消防设施主要是由给排水工程来体现，给排水专业的消防设计直接关系到储罐区的运行安全、人民群众的生命财产安全和项目的可实施性。因此，一个经济合理、安全可靠的储罐区给排水设计是项目建设成败的关键因素之一，在储罐区的设计中对应的给排水设计必须同时到位。
1．工程概况
天津市某制药有限公司化学原料药物产业化项目溶媒罐区储有：甲类水溶性可燃液体乙醇罐4个，环氧氯丙烷罐1个，乙酸乙酯罐1个，二氯甲烷3个，甲类非水溶性可燃液体石油醚罐4个，甲苯罐4个，庚烷罐2个，环己烷罐1个，二乙二醇二甲醚罐2个；储罐型式均为固定顶罐，除1个环己烷罐和1个乙醇罐单罐容积为15m3,直径为2.6m，高度为3m以外，其它储罐单罐容积为50m3,直径为3.6m,高度为5.7m。
溶媒罐区为本厂原料罐区，本次设计罐区罐体采用火灾爆炸事故几率较低的钢质浮顶储罐，全部为地上立式储罐。按《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）第4.25条规定，在储罐组四周设置不燃烧体防火堤，在事故时防火堤能使燃烧的流散液体限制在防火堤内，给扑救火灾创造有利条件。因本次设计储罐容积不是特别大，故防火堤的有效容积按不小于最大储罐的容积来定，比规范中规定浮顶储罐防火堤的有效容积不应小于其中最大储罐容量的一半要高，这样能在经济和适用的前提小尽量增加安全性。
2．可燃液体罐区消防系统方式的确定
经过查询相关手册⑴，得出上述各物品的物理化学性质，灭火方式都可采用泡沫、干粉和砂土。因此本工程消防介质主要采取泡沫、干粉和砂土，同时采用循环水来冷却罐壁。泡沫灭火又有很多形式，包含低倍数、中倍数和高倍数泡沫三种，贮罐的喷射形式也分为液上喷射和液下喷射；同时消防冷却用水也可以分为移动式和固定式二种形式，怎样选择选择合理的消防灭火方式是保证设计合理的关键。
2.1罐壁冷却系统的选择
根据《石油化工企业设计防火规范》(GB 50160-92)第7.3.8条规定:“罐壁高于17m或储罐容量大于或等于10000 m3的非保温储罐应设置固定式消防冷却水系统。”因本工程储罐高度最大为5.7 m，且单罐容量最大为50m3，故消防冷却水可选择固定式消防冷却水系统，也可选移动式消防冷却水系统。由于储罐着火时，辐射热高，人工操作强度大，水炮向罐壁射水时，水被罐壁的反作用力击离罐壁，呈柱状下落，冷却效果不佳;同时由于该储罐区罐的数目较多，相互之间的遮掩突出，水枪、水炮难以保证着火罐及邻近罐冷却用水要求。因此设计采用固定式消防冷却水系统。
消防冷却水系统可分为高压给水系统、临时高压给水系统和低压给水系统。因为高压给水系统虽然安全可靠,但系统组成复杂、维护费用高、投资大,低压给水系统消防时必须借助消防车或机动消防泵对消防管网进行临时加压,该系统安全性差、操作麻烦、劳动强度大,而临时高压给水系统既能在短时间内就能供给系统所需的消防水流量和消防水压,安全性能较好,同时该系统投资省、操作方便、维护费用低,从各方面来看临时高压给水系统都比较合适，本次设计采用采用临时高压给水系统。
2.2泡沫系统的选择
低倍数泡沫灭火系统适用于加工、贮存和装卸易燃、可燃液体的危险场所，特别是对易燃、可燃液体库的贮罐区火灾，低倍数泡沫灭火系统是目前国内外应用最广泛、最有效的一种消防措施⑵。因此，设计采用低倍数泡沫灭火系统。
因罐区贮存有可溶性液体，故设计采用抗溶性泡沫灭火剂。泡沫液下喷射不适用于浮顶油罐（其中也包括内浮顶罐），因泡沫喷到罐内不能迅速地、均匀地蔓延到油罐的密封环部位⑵。液下喷射抗溶性泡沫也不适用于扑救水溶性易燃、可燃液体，因为抗溶泡沫通过这些液体时，泡沫易遭到破坏⑵。本罐区罐体采用的是钢质浮顶储罐。因此，设计采用固定式液上喷射泡沫灭火系统，其优点是：整个系统时刻处于战备状态，灭火时不需要铺设管线和安装其他设备，出泡沫快、操作简单、节省人力、劳动强度小。
3．消防系统设计
储罐的消防中，消防冷却水功能主要是吸收辐射热，并及时带走热量，以保护着火罐及邻近罐壁，因此消防冷却水量的计算主要与着火罐和相邻罐的表面积以及罐体的布置形式有关。消防中的灭火剂在着火中起着主要的作用，灭火剂的用量计算主要与可燃液体的性格以及灭火设备的系统的形式有关。在设计中尽量做到安全、经济、合理的选取以及布置各种消防设备和管道是很重要的。
3.1消防冷却水系统
本工程的罐体布置由防火堤隔离分开为六个相邻的防火区，每个防火堤内设置四个储罐，罐区局部平面见图1。
图1罐区布置局部平面图
按《石油化工企业设计防火规范》(GB 50160-92)第7.3.7条中第2款规定当邻近立式罐超过3个时，冷却水量可按3个罐的用水量计算；当着火罐为浮顶或浮舱式内浮顶罐(浮盖用易熔材料制作的储罐除外)时，其邻近罐可不考虑冷却。本罐区单个罐体不大，单个罐体着火时可然液体可能会溅到相邻的防火堤内，考虑到安全性在不大幅增加工程量的前提下，选择着火罐本防火堤和相邻防火堤内的所有罐体作为着火罐冷却对象，因此冷却水罐体数为8个，比规范要求的高。
3.1.1消防冷却水量计算
根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）第8.2.4条中第2款规定：
表8.2.4 甲、乙、丙类液体储罐冷却水的供给范围和供给度
本设计采用固定冷却水系统，同时罐体形式是立体罐，按规范计算冷却水流量：
Q=8xq1xDx3.14
参数q1取0.50[L(/s·m)]
D取3.6m
Q=8x0.5x3.6x3.14
＝45.216L/s
消防冷却水火灾持续时间为4h，消防冷却用水量为：
V=Qx3.6x4
＝45.216x3.6x4
＝651m3
因火灾时固定冷却水系统的环管和立管容易损坏，故在设计时考虑固定冷却系统损坏时的补救措施，一般采用水泡作为冷却水补救措施，此时按移动式水枪的冷却水量来核实，本工程经校核移动冷却水量为41 L/s。
3.1.2喷水设施
消防冷却水由厂区室外消防管网接入罐区消防冷却水管,设计流量采用45L/s。在罐壁最高处设置一圈环管，孔口淹没出流，来满足罐体的消防冷却需求。
为了进一步提高消防冷却临时高压给水系统的安全程度,缩短操作时间,在设计临时高压消防给水系统时,通过电气、仪表设计,在消防冷却水泵房和罐区中央控制室均设置控制按钮,在两处均能开启和关闭消防冷却水泵及出水电动阀门,使该系统更加安全可靠,灵活方便。同时在每个储罐的冷却水进水管上设置温控阀门，当储罐壁温度达到罐内液体燃点时开启，着火罐所在防火分区及与着火罐相邻最近的防火分区的阀门应开启喷水冷却。
3.2泡沫灭火系统
可燃液体贮罐消防主要靠泡沫消防设施来完，它的作用是利用空气泡沫漂浮在可燃液体的表面,切断可燃液体与空气的接触,从而达到灭火的目的,而消防冷却水则起辅助的冷却作用。空气泡沫消防系统分为固定式、半固定式和移动式。
固定式系统安全可靠、操作方便、劳动强度低。对大中型可燃液体贮罐区来讲消防要求应该高一些,因此本设计采用固定式空气泡沫消防系统。
3.2.1泡沫液的计算
根据《低倍数泡沫灭火系统设计规程》GB50151-92（2000年版）中第3.2.1条第二款以及3.1.4条规定。
泡沫混合液供给强度和连续供给时间 表3．2．1－2
泡沫灭火系统扑救储罐区一次火灾的泡沫混合液设计用量，应按罐内用量、该罐辅助泡沫枪用量、管道剩余量三者之和最大的储罐确定。
M1 =V1+V2+V3
=A1 ·R1 ·T1 ＋n·Qf·t + V3
（具体计算过程略）
经计算本工程罐区泡沫液总用量为85400L，泡沫液总流量为88L/s。
3.2.2泡沫灭火设施
罐区泡沫灭火所需抗溶性水成膜泡沫液(6%)泡沫液量为5.124t，每个罐上设置空气泡沫产生器 PC4一个,共需 PC4空气泡沫产生器24套，采用压力式空气泡沫比例混合装置（PHYM120/55）一套,流量2~120L/s，储液量5.5m3。
4.其他安全措施
4.1辅助消防措施
罐区周边按B类严重危险级配置灭火器，共配置型号MP9灭火器24具。在防火堤外的泡沫液输送环管上设置2台泡沫-水两用炮PLM40,以及四个室外地下式泡沫消火栓(SS100/65-1.6),每个室外泡沫消火栓箱配置一个PQD4型泡沫枪和一个长25m的麻质水带，箱内设防暴按钮启动泵房内的喷淋加压泵。在每个防火堤区域外每边设置一个消防砂箱，共设置12个消防砂箱。
4.2事故调节措施
本罐区在防火堤外设置有独立的事故调节池和配套的独立收集管道，发生泄漏等事故时，可燃液体可以通过管道排入事故池，以减少事故时可燃液体产生的危害，事故池设置有效容积为60m3，能容纳最大罐体泄露的可燃液体量。
本工程在厂区设有动力车间，车间内设有对应的消防泵和消防水池，在厂区也设置有独立的消防管网以保证罐区的消防用水。
结语：该工程已通过消防部门验收，各系统运行正常。罐区设置消防冷却水系统、低倍数泡沫灭火系统、消火栓给水系统、干砂、灭火器等设施，对罐区实行多层保护，体现了“预防为主，防消结合”的消防工作方针。罐区给排水工程在整个项目中，所占投资比重较小，但作用不可低估；他能防患于未然，为安全生产又增添了一道保护锁，保障了人民群众生命和财产安全，促进了经济发展。罐区安全最重要的是生产和使用单位建立规范而正确的管理和操作制度，建议生产企业按相关安全规范和管理操作要求对生产管理人员进行培训，从源头上杜绝事故的发生。
参考文献
⑴.张维凡. 常用化学危险物品安全手册.中国医药科技出版社
⑵.蒋永琨.中国消防工程手册.中国建筑工业出版社