水幕系统在液氨罐区的应用

沈宏伟

(山西省化工设计院， 山西 太原 030024)

水幕系统在液氨罐区的应用

沈宏伟

(山西省化工设计院， 山西 太原 030024)

液氨罐区为使用液氨工厂内的重大危险源，容易发生泄露、爆炸等事故，因氨气具有很强的毒性和腐蚀性，发生事故后会对人员造成很大伤害。所以为了确保液氨储罐安全运行和事故时减少伤害，需要对液氨罐区的消防设计加以改进，在规范原有规定的基础上再增加水幕设计，使液氨罐区更加安全、可靠的运行。

液氨储罐区；水幕系统；消防设计；泄露；自喷系统

液氨是一种易燃、易爆、有毒的化学危险品，易溶于水。液氨挥发出的氨气与空气形成的混合物的爆炸极限是15.7～27.4%，其火灾危险性类别属于乙类第2项。根据《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2009)的规定氨的临界重量为10吨。电厂、化工厂等的液氨罐区储存容量一般都远超临界重量，所以使用液氨的工厂内液氨储罐区属于重大危险源。

1 水幕系统简介

水幕系统是由雨淋阀、水幕喷头或开式洒水喷头、水流报警装置、信号阀、除污器、管网、消防水泵及水池等组成的一种开式消防给水系统。水幕消防给水系统是通过消防水泵从水池吸水加压后送至管网，从特制的喷头处以一定的压力将水喷出洒成幕帘状，用于挡烟阻火和冷却分隔物的自动喷水系统，此系统可以提高分隔物的耐火性能或阻止烟气和火焰从开口部位穿过。消防水幕按照其作用，大致可以分为2个类型: 第一类是防火分割型水幕，它通过喷头的密集喷洒形成水墙或水帘，阻止烟气或火焰通过防止火焰蔓延扩大，或降低通过水幕的火焰和烟气温度。第二类是防护冷却型水幕，也就是起冷却保护作用的。它是用以冷却防火卷帘、储罐外壁等分隔物的水幕。所以水幕消防系统在防火、灭火中主要承担阻火、隔火和冷却作用。近年来，水幕消防系统在液氨泄漏事故处理和救援中所显现的对氨气吸收、稀释的效果，引起了相关部门的关注，实践证明消防水幕既有灭火、阻火的作用，又有吸收稀释氨气，防止氨气扩散的作用。

该系统为稳压系统，即正常情况下通过稳压设备来维持系统的压力，事故时通过压力自动连锁开启水幕水泵，实现实时供水。水幕系统的主要部件为雨淋阀，此阀正常情况时常闭，阀前为压力水，阀后为开式系统。设计通过雨淋阀来控制系统的开、停。雨淋阀的控制方式灵活，有多种不同的控制方式，可以根据现场实际情况来操作。雨淋阀大致有三种启动方式：1)通过罐区设置的氨气浓度检测仪来自动控制，即设定一个值当氨气浓度检测仪检测到氨气浓度超过了这个值就自动开启雨淋阀。2)控制室手动远程启动，即在控制室设置专用线路连接的手动直接启动按钮。3)现场手动开启，即在现场直接开启雨淋阀。

2 水幕系统设计

通过现场实际考察，液氨储罐区一般都设有遮阳棚。液氨泄漏出来以后会瞬间气化，迅速扩散至整个罐区。如果不在罐区周围设置水幕，氨气会很快扩散至遮阳棚外。所以设计思路为在罐区四周，遮阳棚下设置开式洒水喷头，这样遮阳棚和四周的水幕就可以组成一个封闭的空间把泄露出来的氨气封存在这个空间内，阻止它外泄，最大限度减少损失，为事故处理赢得时间[1-2]。

参考《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084-2001)[3]规定，用于防火分隔水幕系统的喷水强度为2L/s.m，下面以山东魏桥铝电公司热电厂技改二厂氨区水幕装置工程为例进行水幕系统设计。

该公司厂址位于山东省邹平县，液氨储罐区有两台单罐容积为150m3的卧式储罐，占地为长20m，宽15m，遮阳棚高度为9米，该罐区已有罐体喷淋设施和消防水炮，但泄露试验效果不太理想，一定距离外氨气浓度还很高，不能达到《工业企业设计卫生标准》(GBZ1-2010)规定的小于30 mg/m3的安全值，所以决定在原有消防设计的基础上再增加水幕系统。根据规范规定的喷水强度计算该储罐区设置水幕系统需水量为：q=140L/s，在满足喷水量的前提下，在遮阳棚下储罐四周布置两圈消防管道，以满足规范中对水幕墙的宽度不小于6米的规定[4]。系统平面布置如图1所示。

消防持续时间参考《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084-2001)规定按1小时考虑，所以水幕系统总需水量为：Q=504 m3，配套建一座蓄水池和一座水泵房，事故排水排入现场已有的事故池，处理后回用。现场施工完毕后系统喷水试验效果见图2。

图1 水幕系统平面布置图

图2 水幕系统喷水试验图

3 效果检测

在现场通过试验的方法验证水幕系统的效果，在罐区设置一小容量氨气气瓶，假设该气瓶出口管道上法兰处垫片出现损坏，发生了氨气泄露事故。事故发生时罐区的氨气浓度检测仪检测到氨气浓度超过规定值，然后开启原有的喷淋系统，开启后氨气浓度还在继续升高，当浓度升高到一定值后开启罐区原有消防炮，可以看出刚开启时氨气浓度出现下降，当下降到一定值后又开始上升，不过上升的速率没有开启水炮前大。然后从550s时开始开启水幕，可以看到氨气浓度开始明显下降，到750s时，氨气浓度处于25mg/m3左右并趋于平稳，该浓度符合《工业企业设计卫生标准》(GBZ1-2010)规定的小于30 mg/m3的安全值，由此可见水幕的阻隔效果是十分显著的。检测数据图见图3。

图3 试验条件下氨气浓度随时间变化图

4 结论

通过以上验证，水幕系统对有害气体的阻隔效果是很明显的，尤其是对易溶于水的气体阻隔效果更为明显。因为易溶气体在穿越水幕墙时，很大一部分会被溶解稀释，从而降低气体的浓度。所以在液氨储罐区周围设置水幕墙能有效地阻挡有毒有害气体的蔓延，为人员疏散和事故处理争取宝贵的时间。规范合理的设计使用消防水幕，可进一步提高事故现场的可控度，把现场处置的功效发挥到最大，尽可能地减少泄露事故造成的财产损失和人员伤亡。国内外的科学家都做过消防水幕对氨气的阻隔效果的研究，根据相关文献报告和研究实验结果表明水幕对氨的阻隔效果可达到92%。

综上所述液氨罐区增加水幕设计是安全可行的，也是合理的。其效果是可靠的、有保证的。

[1] 张 晶.火电厂烟气脱销工程液氨储罐区消防设计[J].华电技术，2012 , 34 (10) :12-13.

[2] 高 扬，廖 鑫.消防水幕对有害气体阻隔效果的试验研究[J].中国安全科学学报， 2011 , 21 (5) :77-82.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50084-2001，自动喷水灭火系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2005.

[4] 中国石油化工集团公司.GB50160-2008，石油化工企业设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

(本文文献格式：沈宏伟.水幕系统在液氨罐区的应用[J].山东化工，2017，46(20)：107-108，110.)

TheApplicationofWaterCurtainSysteminLiquidAmmoniaTankArea

ShenHongwei

(Shanxi Provincial Chemical Desing Institute，Taiyuan 030024,China)

The liquid ammonia tank area is a major hazard in the plant that Useing ammonia,It is easy to occur leak, explosion and other accidents. Because ammonia have highly toxic and corrosive, it can cause great harm to personnel after the accident. So in order to ensure liquid ammonia tank safe operation and Reduce damage in accidents, Need to improve fire protection design in liquid ammonia tank area, On the original regulation basis add the water curtain design, Make the liquid ammonia tank more safe and reliable to run.

the liquid ammonia tank area；water curtain system; fire protection design; let out; automatic sprinkler system

2017-08-22

沈宏伟(1980—),本科，工程师，2005年毕业于兰州交通大学，给排水专业。

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1008-021X(2017)20-0107-02