CF3I气体灭火系统在某油库中的应用探讨

（中国石油管道局工程有限公司设计分公司，廊坊市，065000） 刘 峰 王晓琳 陈 卓

（中国石油管道科学研究院，廊坊市，065000） 王 雪

从目前国内外原油储存的情况来看，外浮顶大型储罐逐渐成为主要的原油储罐类型，而外浮顶大型储罐的起火部位主要发生在储罐浮顶边缘密封圈处[1-2]。美国石油学会（API）对1951～1995年间发生的直径超过30m的81起浮顶储罐火灾事故进行了统计，其中密封圈火灾占统计事故的72.8%，我国的外浮顶储罐火灾统计分析也表明，当前石油储罐区的主要火灾发生仍是密封圈[3]。火灾发生原因有静电火花引起的，也有大罐动火操作不当或油品发生化学反应引起的，但外浮顶储罐火灾的主要原因来自雷电。2006年仪征输油站，2007年镇海国家石油储备库，以及2007年白沙湾输油站均发生了由于雷击导致的外浮顶储罐二次密封局部火灾，所幸灭火措施得当，火灾被成功扑灭，没有造成重大损失[4]。外浮顶储罐尽管其发生全面积敞口火灾的概率不大，但一旦发生，扑救难度较大，尤其是大型原油储罐火灾持续时间长，容易发生沸溢，造成恶性事故。因此，大型外浮顶储罐灭火系统如何快速检测并控制早期火灾以避免大面积火灾的发生变得越来越重要。

1 工程概况

中东地区某国家新建1座原油储库，库区共新建外浮顶原油储罐7座，外浮顶原油泄压罐2座，具体储罐参数见表1。储罐消防系统同时考虑CF3I气体灭火系统、泡沫灭火系统及冷却喷淋系统，泡沫灭火系统和冷却喷淋系统采用手动阀门控制。

2 CF3I气体灭火系统

CF3I（三氟碘甲烷）气体是一种无色、无味的环境友好型惰性气体，相对分子质量为195.91，沸点为-22.5℃，是国际上最近提出的一种新型环保灭火剂，具有灭火效率高，安全性能好，经济效用高，灭火后不留痕迹等特点，是哈龙1301的优选替代产品，经过NFPA认证，可正式使用[5-6]。

CF3I气体灭火系统集成了线性火灾探测及气体自动灭火系统，其功能主要用于快速检测并及时扑灭早期火灾。整个系统包括自动检测系统（控制盘、接线盒、液位开关、压力开关及仪表控制电缆等）和灭火系统（储气钢瓶、气体管线及若干玻璃球湿式喷头）。

CF3I气体灭火系统得到了美国防火协会《洁净气体灭火规范》（NFPA2001）[7]以及世界标准组织《气体灭火系统规范第二部分：CF3I灭火剂》（ISO 14520）[8]的认证，在消防灭火系统中正逐步得到应用。

表1 储罐参数

3 CF3I气体灭火系统的布置及操作原理

3.1 CF3I气体灭火系统的布置

采用CF3I气体储罐容积为25L，压力源为充装氮气，所有气体储罐均布置于浮顶罐浮盘外侧，6.6×104m3外浮顶原油储罐浮盘周边均布7套气体储罐，2.3×104m3外浮顶原油泄压罐浮盘周边均布4套气体储罐，单套保护周长一般不超过40m环形密封圈（详见图1）。气体喷头经钢制支架固定于外浮顶储罐二次密封表面，喷头间距不超过2m，每套CF3I气体储罐配20个气体喷头。

图1 6.6×104m3储罐气体储罐布置示意图

3.2 CF3I气体灭火系统原理

采用的CF3I气体灭火系统末端采用玻璃球湿式喷头，管网内平时充满带压气体，一旦密封圈发生火灾，安装于二次密封表面的闭式喷头立即熔断，直接将气体喷射于密封圈表面，在30～40s内迅速释放CF3I气体，控制火灾的蔓延，具体原理见图2。每套CF3I气体储罐设置有1个压力开关和1个液位开关来监测系统平时的压力和液位，检测系统气体泄漏。每套气体储罐上设置1个接线盒，浮盘升降梯底端、储罐盘梯顶端和防火堤外均设置1个接线盒，液位信号和压力信号通过系统设置的接线盒通过硬线连接至控制中心的CF3I气体灭火系统控制盘，控制盘可将压力信号和液位信号上传至站场的火灾控制系统，当压力和液位信号降低至设定值时（压力降至6.14bar），火灾控制系统报警。

图2 CF3I气体灭火系统原理

4 与泡沫灭火系统的关系

4.1 CF3I气体灭火系统的优势

由于CF3I储罐直接布置于浮顶罐浮盘上，距离密封圈近，而且CF3I气体喷射时间很短，在30～40s之内检测火灾并将火扑灭，故小火源不足以使原油达到闪点以上，可大大降低原油再燃的机会[9]；另外，CF3I作为一种良好的制冷剂，可对着火罐壁有较强的降温作用。

同时，CF3I气体灭火系统采用组合式火灾探测和自动灭火系统，系统末端采用可靠的闭式玻璃球喷头，CF3I储罐压力和液位全天候监测，无外在驱动源，无需站场人员手动干预，具有较高的可靠性和便利性。所有气体管道及配件均采用316不锈钢管，而且玻璃喷头安装于二次密封表面，容易更换，CF3I储罐再充装也较方便。同泡沫灭火系统相比，CF3I气体属于环境友好型气体，释放后无需清洗配管系统，而且对原油无污染。

4.2 与泡沫灭火系统的关系

外浮顶罐的火灾往往发生于边缘环形密封圈处，为避免大面积火灾发生，迅速有效的灭火尤为重要。美国防火协会《低、中、高倍数泡沫灭火设计规范》（NFPA11）[10]及国标《泡沫灭火系统设计规范》（GB50151-2010）[11]采用直接将泡沫混合液喷射于罐壁和泡沫挡板之间的灭火方式是有效的。

共设置泡沫混合装置2处，放置于防火堤外。由于储罐直径较大，防火堤尺寸达到230m以上，泡沫混合装置到最近储罐的距离在150m以上，因此，泡沫灭火系统（消防泵、阀门、泡沫液管线）的启动需要花费较长的时间，国标规定泡沫混合液在5min之内倒到达罐内都是可允许的[11]；另外，泡沫灭火系统启动之后，填充泡沫混合装置至泡沫发生器之间的泡沫混合液管线需要耗费较多的泡沫液。

CF3I气体灭火系统主要用于扑灭早期小型火灾，时间短，灭火迅速，是对泡沫灭火系统的有力补充，但不可作为大型储罐的主要灭火方式。由于CF3I气体灭火系统采用液位和压力方式监测，无单独火灾探测系统，当发现系统液位和压力下降，需经人工确认，手动开启泡沫灭火系统。当发生大面积火灾时，CF3I气体灭火系统的效用不是很大，泡沫灭火系统是主要灭火手段，另外，需开启冷却喷淋系统对着火储罐罐壁进行冷却。

5 总结与建议

CF3I气体自动灭火系统作为扑灭外浮顶储罐前期火灾的有效措施，已经在很多地区广泛使用，尤其在中东地区，根据设计经验，给出设计建议：

（1）管路泄露容易引起系统误报警，对管道材质及密封性要求较高。CF3I气体灭火系统无单独设置的火灾探测系统，完全依靠上传至站场控制系统的CF3I气体储罐的压力信号和液位信号判断原油储罐火灾的发生，当系统管路发生泄漏时，CF3I气体储罐压力和液位降低，站场控制系统会根据上传的液位和压力下降信号产生误报警，故CF3I气体灭火系统的设计对气体管路材质及密封性有较高的要求，管材不会根据环境因素发生腐蚀泄漏，通常管路采用不锈钢管道。

（2）闭式玻璃球喷头选择需适应实际环境温度要求。CF3I气体灭火系统末端采用闭式玻璃球作为整个系统的喷射装置，当火灾温度高于玻璃球工作温度时，玻璃球破裂并喷射气体，启动气体灭火系统。由于喷头布置于原油储罐表面，当实际环境温度高于玻璃球工作温度时，同样会导致气体灭火系统启动，引起误报警，并且浪费灭火气体，为后续运行带来很大的不便，故对于喷头的选择，建议玻璃球的工作温度高于建设地的最高气温。本项目位于中东地区，环境最高温度达到83℃，喷头工作温度选择93℃。

（3）设备接地要考虑浮盘浮动。不同于其他设备，CF3I气体储罐及管路系统安装于外浮顶原油储罐的浮盘上，且随着浮盘而上下浮动，故接地设计要考虑到设备上下浮动的特点。

尽管CF3I气体灭火系统很有优点，但是它也有使用的局限性。当密封圈内油气着火，发生爆炸，并损坏密封圈，或者发生大面积的密封圈火灾时，CF3I气体灭火系统使用效率低下，均需要依靠泡沫灭火系统和冷却喷淋系统，故CF3I气体灭火系统可作为泡沫灭火系统的补充措施，有效扑灭储罐初期火灾，控制火势扩大，但不可作为外浮顶储罐主要的灭火方式。

[1]郎需庆，高鑫，宫宏，等.降低大型浮顶储罐密封圈内油气浓度的研究[J].石油天然气学报(原江汉石油学院学报)，2008，30(2)：618-619．

[2]王玉生，刘寿先．原油浮顶油罐防雷设计探讨[J].石油规划设计，2008，19(3)：32—33．

[3]王淮斌.外浮顶油罐密封圈火灾快速灭火装置研发[J].消防科学与技术，2015,34（5）：597-599.

[4]杨扬，谢静蓉，方海燕等.大型储油罐区防雷方式及测雷预警安全措施[J].油气储运，2008，28（4）:61-62

[5]段远源，史琳，朱明善等.三氟碘甲烷的热物理性质[J].清华大学学报（自然科学版），2000，40（6）:60-63

[6]周黎旸.三氟碘甲烷应用进展[J].化工生产与技术，2009，16（4）:5-6

[7]JEFFERYL，HARRINGTON.StandardonClean Agent Fire Extinguishing Systems：NFPA 2001[S]. USA：National Fire Protection Association，2012：15-25.

[8]ISO Copyright Office Gaseous FireExtinguishing Systems-Physical Properties and System Design-Part 2 CF3I extinguishant： ISO/FDIS14520[S]．Switzerland：International Standard Organization，2006：1-6.

[9]陶贤文，李绯，袁国清等.CF3I气体自动灭火系统在外浮顶油罐中的应用[J].油气田地面工程，2016，35（4）:1-3

[10]FAY Purvis Standard for Low - ，Medium-，andhigh-expansion foam：NFPA11[S]. USA：National Fire Protection Association，2010：12-23.

[11]公安部天津消防研究所.泡沫灭火系统设计规范：GB50151—2010[S].北京：中国计划出版社，2010：19-21.