浮顶油罐消防泡沫堰板的安全设计①

刘发安 贾秉鲁

(1.中国石油工程建设有限公司华北分公司；2.中国石油华北石化公司)

浮顶油罐具有存储油品损耗小、油气对大气环境污染小等优点，作为储备石油产品的常用设备被广泛应用于各类石油站库中。浮顶油罐的浮顶漂浮在储液面上，浮顶与罐壁之间有一个环形空间，环形空间中有密封元件，浮顶与密封元件一起构成储液面上的覆盖层，随着储液上下浮动，使得罐内的储液与大气完全隔开，减少储液存储过程中的蒸发损耗，保证安全并减少大气污染[1]。然而浮顶与罐壁之间的环形空间的密封装置无法做到完全密封，在环形密封处仍会有油气蒸发，极易引发浮顶油罐着火。为此，在浮顶油罐环形空间处设置消防泡沫堰板，着火时，存放在消防泡沫堰板与罐壁之间的消防泡沫液可以完全覆盖在着火点上，及时灭火。

在某石油储备库项目设计中，初步设计时，消防泡沫堰板高度按照经验取值0.9m，并没有核实是否满足“泡沫堰板高度应高于二次密封顶端0.3m”的要求。该问题经审查专家发现后并提出修改要求，经厂家确认二次密封安装高度为0.68m后，最终确定消防泡沫堰板高度为0.98m。在施工图设计中也是按此数值进行设计的，并没有核实二次密封的安装详细尺寸与安装基准尺寸。油罐施工后进行检查，发现设计无法满足规范要求，因此必须整改，造成了一定的经济损失。该项目在进行消防泡沫堰板设计时：设计人员仅依据已有经验进行设计，而忽略了对相关规范的认真研读和学习；设计人员忽视了二次密封的具体安装结构，因此造成消防泡沫堰板的设计高度存在问题。另外，不同的规范对消防泡沫堰板的高度要求也不同。

为此，笔者针对规范要求以及浮顶和二次密封结构的特点，对消防泡沫堰板的结构设计进行分析，以保证消防泡沫堰板设计的合理性和安全性。

1 消防泡沫堰板的结构设计

1.1 结构型式

浮顶油罐消防泡沫堰板(图1)主要由泡沫堰板、边缘角钢和支撑角钢组成。消防泡沫堰板位于浮顶边缘舱的浮顶板上，距罐壁一定的距离，沿圆周方向在浮顶上布置一圈。泡沫堰板与罐壁之间形成一个环形空间，用以存储消防泡沫液。安装时如果泡沫堰板与量油管和导向管发生碰撞，应适当调整其方向和转向，绕过量油管和导向管。根据浮顶油罐的大小，在泡沫堰板上设置合理数量的扶手和踏步，以方便操作人员进入环形空间进行安装和检修。

图1 浮顶油罐消防泡沫堰板结构示意图

1.2 材料选择

由于消防泡沫堰板的作用是存放消防泡沫液，不需要承受复杂的外力，因此堰板材料通常选用Q235B，厚度4mm；边缘角钢和支撑角钢均选用Q235B，角钢规格50mm×4mm。

1.3 关键结构尺寸

消防泡沫堰板结构设计的关键尺寸包括消防泡沫堰板距离罐壁的距离W和堰板高度H：消防泡沫堰板距离罐壁的距离影响消防泡沫液的用量，堰板高度影响消防泡沫液的灭火效果。

2 消防泡沫堰板高度的确定

2.1 不同规范对消防泡沫堰板高度的规定

在设计项目中，执行不同的规范对消防泡沫堰板高度有不同的要求，因此要认真区分。

当浮顶油罐的泡沫灭火系统执行GB 50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》[2]时，第4.3.3条内容规定“当泡沫喷射口设置在罐壁顶端、密封或挡雨板上方时，泡沫堰板应高出密封0.2m；当泡沫喷射口设置在金属挡雨板下部时，泡沫堰板高度应不小于0.3m。”，“当泡沫喷射口设置在罐壁顶端时，泡沫堰板与罐壁的间距应不小于0.6m；当泡沫喷射口设置在浮顶上时，泡沫堰板与罐壁的间距应不小于0.6m。”。因此，为了保证泡沫能够通过二次密封进入着火部位，堰板高度必须高于二次密封顶端，一般二次密封的安装高度在0.7m左右，为了保证泡沫堆积高度，一般规定堰板高度不小于0.9m。

当浮顶油罐项目执行GB 50074-2014《石油库设计规范》[3]时，由于规范未对泡沫堰板高度提出特殊要求，因此可参照GB 50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》第4.3.3条执行，即堰板高度在不低于0.9m的同时，应高于二次密封顶端0.2m。

当浮顶油罐项目执行GB 50737-2011《石油储备库设计规范》[4]时，其第8.3.8条对消防泡沫堰板提出了不同的具体设计要求，即“泡沫产生器喷射口宜设置在罐壁顶端。泡沫堰板的高度应高于二次密封顶端0.3m，且不小于0.9m；泡沫堰板与罐壁的间距宜为0.9～1.2m。”。

综上所述，项目设计时应根据浮顶油罐所在项目执行的标准规范和二次密封的实际安装高度进行堰板高度设计。

2.2 堰板高度的设计

消防泡沫堰板高度H的表达式为：

H=h1+h2+h3+h4

式中h1——消防泡沫堰板在浮顶板上的安装位置至浮顶板与边缘板交点的高差；

h2——边缘板高出浮顶板的高度；

h3——二次密封安装高度，由厂家提供；

h4——堰板应高出二次密封顶端的高度。

其中，h1、h2在设计时往往被忽略，堰板高度通常是在h3的基础上加上h4来确定的，因此是不符合规范要求的。只有确定了h1～h4的值，才能确定安全的堰板高度H值。

此外，还应关注供货商提供的安装图纸，确定安装高度标注的起始点位置。

3 消防泡沫堰板距罐壁的距离的确定

GB 50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》第4.3.3条和GB 50737-2011《石油储备库设计规范》第8.3.8条都对消防泡沫堰板距罐壁的距离W值提出了具体的设计规定，其目的是为了方便安装和检修一、二次密封，因此W值一般不小于0.6m。正常设计时，可根据浮顶的实际结构尺寸及业主操作、检修经验确定，但不宜超过1.2m，否则将增大消防泡沫液的用量，增加泡沫消防系统的投资。

4 消防泡沫堰板其他结构设计

4.1 排水孔

根据GB 50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》第4.3.3条的第3条规定，应在泡沫堰板的最低部位设置排水孔，排水孔的开孔面积宜按每1m2环形面积280mm2确定，高度不宜大于9mm。其目的是下雨时将环形空间的雨水通过排水孔排入到浮顶上的集水坑，并通过中央排水管排至罐外，避免雨水积存在环形空间、顺着罐壁渗入罐内或者损环堰板。另外，排水孔应均匀布置。

4.2 扶手踏步

为了方便进出消防泡沫堰板，根据周长和操作习惯，应在堰板的内外侧同时设置进出的扶手和踏步，扶手采用钢管制作，踏步采用花纹钢板制作。扶手踏步的安装数量应不小于2，具体需根据浮顶油罐的直径确定。

5 结束语

消防泡沫堰板的结构虽然简单，但关系到浮顶油罐的安全设计，尤其是堰板高度和消防泡沫堰板距罐壁的距离决定着泡沫液是否有效覆盖着火点、泡沫液的需求量。因此在设计时，应根据项目遵循的标准规范要求、不同二次密封厂家安装尺寸要求进行详细设计，确保消防泡沫堰板的设计满足项目要求，满足浮顶油罐的安全设计要求。

[1] 徐英,杨一凡,朱萍,等.球罐和大型储罐[M].北京:化学工业出版社,2004.

[2] GB 50151-2010,泡沫灭火系统设计规范[S].北京:中国计划出版社,2010.

[3] GB 50074-2014,石油库设计规范[S].北京:中国计划出版社,2014.

[4] GB 50737-2011,石油储备库设计规范[S].北京:中国计划出版社,2011.