液化烃球罐响应时间探讨

（天津市化工设计院，天津 300193）

化工企业中液化烃一般以球罐作为储存设施。对于液化烃罐区的消防设计，《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008(以下简称《石化规》)要求“应设置消防冷却水系统，并应配置移动式干粉等灭火设施。当球罐单罐容积大于等于1000m3时，应设置固定式水喷雾系统及移动式消防冷却水系统。当容积大于100m3且小于1000m3时，应设置固定式水喷雾系统或固定水炮及移动式消防冷却水系统。当容积小于等于100m3，可采用移动式消防冷却水系统。”当球罐采用水喷雾系统时，《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219-95要求:“用于液化气生产、储存装置或装卸设施防护冷却时响应时间不应大于60s。”本文就其规定的60s响应时间进行讨论。

1 工厂消防系统及球罐水喷雾系统简介

1.1 一般化工厂消防系统为稳高压消防系统，即平时采用稳压设施维持管网消防水压力，但不能满足消防时的用水量要求。当发生火灾启动消防水设施时，管网系统压力下降，靠管网压力连锁自动启动消防水泵。

1.2 水喷雾系统由水源、供水设备、管道、雨淋阀组、过滤器和水雾喷头等组成。其中水源、供水设备及雨淋阀前管道依托于工厂稳高压消防系统。雨淋阀后管道为干式管道，水雾喷头为开式喷头，即雨淋阀后管道不充水，由火灾报警信号开启雨淋阀后向系统充水。

2 响应时间确定

按《水喷雾灭火系统设计规范》定义：响应时间为由火灾自动报警系统发出火警信号起，至系统最不利点水雾喷头喷出水雾的时间。因此，笔者认为响应时间应包括以下几部分。

1）因雨淋阀后的管道是空的，所以响应时间一定包括消防水由雨淋阀至最不利喷头喷出水雾的管道流行时间t1。

2）按响应时间定义，还应包括火灾自动报警系统发出火警信号到消防水泵正常运转需要的时间t2。《建筑设计防火规范》GB50016-2006要求消防水泵应保证在火警30s内启动。因此，设计中t2可按30s确定。

3）有些设计人员认为在稳高压系统下雨淋阀前的管道是充满水的，因此通常在响应时间的计算中未计入消防水在雨淋阀前管道的流行时间。笔者认为这种观点是不严谨的。根据稳高压系统的定义，稳压设施只能保证管网压力而不能保证管网水量。当火灾发生引起雨淋阀动作时，稳压设施从流量和压力上都无法满足系统工况，喷头出水无法形成水雾。而此时主泵尚未启动，或虽然启动却未达到正常运转状态。导致消防水在管道中以非满流状态流动，甚至出现“空白点”。此时如不考虑阀前管道中消防水的流行时间，计算的响应时间明显将偏小。因此响应时间应计入由消防主泵至雨淋阀的管道中消防水流行时间t3。

综上所述，响应时间t应包括消防水在雨淋阀后管道流行时间t1、火灾自动报警系统发出火警信号到消防水泵正常运转需要的时间t2及消防水在雨淋阀前管道流行时间t3，即t=t1+t2+t3。

3 响应时间计算的注意事项

3.1 响应时间要求水雾喷头喷出水雾，并未要求达到工作状态。规范要求冷却时喷头工作压力不小于0.20MPa。一般冷却可采用中速水雾喷头，喷头的工作压力范围0.14～0.50MPa。即当喷头压力满足0.14MPa时即可喷出水雾，而不需达到设计压力0.20MPa。

3.2 响应时间内系统主要工作是充满消防水，并未处于消防冷却工作状态。此时如果消防系统供给能力大于球罐冷却所需要的供给能力，管道流量可以按消防系统供给能力计算而不按球罐冷却实际需要水量计算。

3.3 当工厂最大着火点为球罐时，同时设有固定式水喷雾系统和移动式冷却系统的球罐，管道流量可以按消防系统供给能力计算而不需减去移动式冷却系统的水量。因为公用消防站距工厂车程在8min以内时，工厂不用设置消防站。在响应时间60s以内，一般消防队还未到达火场，移动冷却系统尚未开启。

3.4 为保证响应时间同时不使消防泵的压力过高，雨淋阀及消防泵房位置应尽量靠近球罐区。且雨淋阀前管道宜单独从消防泵出口接出并以最短距离敷设至雨淋阀，以避免按工厂环状管网最远距离计算时间。

4 响应时间存在问题

4.1 设计中t2一般按30s考虑，实际上很难准确得到数据。首先它应包括水泵启动到额定转速需要的时间，这个时间需由供货商根据其生产水泵的实际运行资料提供。其次还包括火警信号发出到控制器将信号传给灭火设施的时间，这个时间只能通过现场模拟测定，而设计时很难得到这一数据。

4.2 按《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014(2014年10月1日实施)要求：

1）消防水泵应保证在火灾发生后规定的时间内正常工作，从接到启泵信号到水泵正常运转的时间，当为自动启动时应在2min内正常工作。

2）工频启动消防泵时，从接通电路到水泵达到额定转速的时间：

电机功率≤132kW时，消防水泵直接启动时间＜30s；

电机功率＞132kW时，消防水泵直接启动时间＜55s。

3）消防水泵双电源切换时间：

双路电源可手动及自动切换时，自动切换时间≤2s；

一路电源与内燃机动力切换时，切换时间≤15s

4.3 如果消防水泵的启动时间按4.2中内容确定，再考虑双电源的切换，仅t2就很可能会大于60s，再考虑t1与t3，响应时间的计算值必然会大于“规范”规定60s要求。

4.4 为避免因启泵时间过长引起的响应时间不满足要求，可采用常高压消防系统。此方案满足了响应时间要求，却增加了企业运行费用且不符合《石化规》“大型石油化工企业的工艺装置区、罐区等，应设独立的稳高压消防给水系统”规定。

4.5 实际上，在水泵启动时间内，水泵的流量也是由0逐步增加到额定流量的，在此过程中以额定流量计算的消防水在管道中流行时间t1与t3必然是偏小的，工程设计中又很难计算出该时段内实际的流行时间。

4.6 另外，在管道充满水的过程中，最不利点之前的喷头会相继在非工作状态下动作，这个过程的时间按工作状态计算或按无出流管道计算都不够精确。人工计算难度较大。

为解决以上问题，笔者建议在工厂采用稳高压消防系统的基础上，在球罐区附近采用局部常高压循环消防系统。循环消防系统在罐区内设收集系统，总储水量为1h固定冷却需水量（应加上灭火时的蒸发损失），消防水泵满足固定冷却流量要求。这样既可以省略t2的计算，又可满足工厂采用稳高压的要求。

5 结语

液化烃球罐作为化工厂中的重大危险源，其消防设施设计重要性是不言而喻的。合理准确的确定响应时间，满足在被保护表面产生积炭以前和由于高温使球罐损坏前水喷雾系统开始工作，是系统设计必须考虑的基本参数之一。采用局部常高压循环消防系统是目前比较符合各项设计规范的方法。