某玻璃厂油罐区消防系统设计

郭立新 刘立超 郭洁

（秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司 秦皇岛 066001）

0 引言

由于油罐区火灾危险性高、爆炸危险性大，近些年来事故频发，造成了巨大经济损失。消防作用的发挥对企业的安全生产有直接影响，消防系统设计对确保油罐区的储备安全至关重要。本文依据现行规范，结合某玻璃厂油罐区消防设计实例，浅析了设计思路，为今后的相关设计提供借鉴。

1 工程概况

某玻璃厂油罐区设有3个3000 m3重油储罐，油罐直径D为18.90 m，罐壁高度h为12.28 m，储罐形式为：固定顶储罐、丙A类、非水溶性。罐区布置形式如图1所示。

图1 油罐区布置示意图

2 泡沫灭火系统设计

2.1 泡沫灭火系统形式确定

根据GB 50074—2014《石油库设计规范》（以下简称“石油库规”）［1］12.1.3-1，地上固定顶储罐应设低倍数泡沫灭火系统或中倍数泡沫灭火系统。12.1.4-1，容量大于1000 m3丙A类易燃、可燃液体地上立式储罐，应采用固定式泡沫灭火系统。通过实践证明，低倍数泡沫灭火系统在油罐区火灾中具有较高的灭火效率，能够可靠地控制火灾，安全有效，设置低倍数泡沫灭火系统成本也相对较低。该工程采用固定式低倍数泡沫灭火系统。

根据GB 50151—2021《泡沫灭火系统技术标准》（以下简称“泡沫标准”）［2］4.1.2-1，3.2.1-1固定式低倍数泡沫灭火系统，非水溶性丙类液体储罐泡沫液的选择应选用3%型氟蛋白或水成膜泡沫液，可选用液上喷射系统。该工程设计选用3%型氟蛋白，喷射形式为液上喷射。

因此，该工程是采用液上喷射固定式低倍数泡沫灭火系统。

2.2 液上喷射固定式低倍数泡沫灭火系统

该工程采用的液上喷射固定式低倍数泡沫灭火系统，其灭火原理如图2所示。主要由两部分组成。第一部分是泡沫消防泵房，包含泡沫消防水池、泡沫消防泵、压力式空气泡沫比例混合装置；第二部分是油罐顶部的空气泡沫产生器。

图2 泡沫灭火原理示意图

当油罐区发生火灾时，启动泡沫消防泵，出水经消防管道进入罐体内，挤压胶囊，胶囊中的泡沫液被挤压至比例混合器，和水按一定的比例形成泡沫混合液，经管网输送至空气泡沫产生器，与空气反应产生泡沫，泡沫从液面上喷入被保护储罐内，覆盖油罐内的着火液面，隔绝空气，从而扑灭火灾。

2.3 泡沫灭火系统设计计算

2.3.1 泡沫混合液设计用量

根据“泡沫标准”4.1.3，储罐区扑救一次火灾的泡沫混合液设计用量，应按式（1）计算：

式中：V——扑救一次火灾的泡沫混合液设计用量，m3；

V1——扑救一次火灾的罐内用量，m3；

V2——扑救一次火灾的辅助泡沫枪用量，m3；

V3——管道内剩余量，m3。

①扑救一次火灾的罐内用量V1：

式中：q1——单位时间单位面积上泡沫混合液或水的供给量，L/（min·m2）；

S——单个油罐的保护面积，m2；

t1——供给时间，min。

该工程油罐直径D为18.90 m，重油储罐属于丙A类，灭火系统形式为固定式，根据“泡沫标准”表4.2.2-1规定，q1＝6 L/（min·m2），t1＝30 min。

②根据“泡沫标准”表4.1.5可知，设置固定式系统的储罐区，应至少配备1支泡沫枪，供给时间不小于20 min；该工程选用型号为PQ4泡沫枪1支，流量q2为240 L/min。

则扑救一次火灾的辅助泡沫枪所需的泡沫混合液设计用量V2：

V2＝n·q2·t2＝1×240×20＝4800（L）＝4.8 m3

式中：n——辅助泡沫枪数量，支；

q2——每支辅助泡沫枪的泡沫混合液流量，L/min；

t2——供给时间，min。

③管道内剩余量V3：

式中：d——泡沫混合液管道直径，m；

L——泡沫混合液管道长度，m。

根据泡沫混合液管道的布置情况以及泡沫混合液设计流量，厂区泡沫混合液管道采用DN200的热浸镀锌钢管，共计400 m，即d＝0.2 m，L＝400 m。

所以扑救一次火灾的泡沫混合液的设计用量为：

V＝V1＋V2＋V3＝50.48＋4.8＋12.56＝67.84（m3）

2.3.2 空气泡沫产生器数量的确定

根据“泡沫标准”4.2.3-1，液上喷射系统储罐直径＞10 m且≤25 m时，泡沫产生器数量不应少于2个。该工程油罐直径D为18.90 m，至少设置2个泡沫产生器，该工程设计为3个。则每个泡沫产生器的流量q'：

该工程选用3个型号为PC16液上喷射空气泡沫产生器［4］，沿罐壁周围均匀布置，实际流量为16 L/s>9.35 L/s，符合设计要求。

2.3.3 实际混合液用量

根据“泡沫标准”8.1.6，泡沫混合液与水的设计流量，应大于或等于1.05倍计算流量。采用的空气泡沫产生器的总流量q'总为3×16＝48 L/s。（q'总＋q2） ÷（q＋q2）＝（48＋4）÷（28.04＋4）＝1.6>1.05，符合设计要求。

则单个油罐所需的泡沫混合液实际用量V1:V1＝q'总·t1＝48×30×60＝86400（L）＝86.4 m3

故实际扑救一次火灾的泡沫混合液用量V：V＝V1＋V2＋V3＝86.4＋4.8＋12.56＝103.76（m3）

2.3.4 空气泡沫比例混合装置选择

该工程泡沫混合液浓度按6%计:

泡沫液用量V4：V4＝103.76×6%＝6.23（m3）

泡沫消防水池用水量V5：V5＝103.76×94%＝97.53（m3）

选择型号PHY64/76空气泡沫比例混合装置。参数为：流量64 L/s，储罐容积7.6 m3。根据“石油库规”12.3.7，泡沫液的实际储备量应比理论计算量大一倍。因此该工程设计2台PHY64/76空气泡沫比例混合装置。

2.3.5 泡沫消防泵选择

根据“泡沫标准”8.24，泡沫消防泵的扬程应按式（3）计算：

式中：H——泡沫消防泵的扬程，MPa；

P0——最不利点处泡沫产生装置的工作压力，MPa，（PC16工作压力0.50 MPa）；

hZ——最不利点处泡沫产生装置与消防水池的最低水位之间的静压差（MPa），水池最低水位h1＝－4.0 m，储罐高度h＝12.28 m，则hZ＝0.01×（h－h1）＝0.01×（12.28－（－4））＝0.17 MPa；

Sh——管道沿程与局部水头损失的累计值；Sh＝0.20 MPa（其中比例混合器压力损失为0.1 MPa，管道沿程和局部水头损失0.1 MPa）。

H=P0+hZ+Sh=0.50+0.17+0.20=0.87 （MPa）

选择泡沫消防泵两台，一用一备。泡沫消防泵型号：XBD 10/70-200L-KQ，流量70 L/s，额定压力1.0 MPa。

3 消防冷却水系统设计

3.1 消防冷却水系统的形式选择

根据“石油库规”12.1.5，容量≥3000 m3的地上立式储罐，应设固定式消防冷却水系统。该工程油罐容积为3000 m3，采用固定式消防冷却水系统。

3.2 消防冷却水量的设计计算

3.2.1 消防冷却水供给范围

根据“石油库规”12.2.7-1着火的地上固定顶储罐以及距该储罐罐壁不大于1.5D（D为着火储罐直径）范围内相邻的地上储罐，均应冷却。当相邻的地上储罐超过3座时，可按其中较大的3座相邻储罐计算冷却水量。该工程中，当中间油罐发生火灾时候，其他2个油罐均在1.5D（1.5D＝1.5×18.9＝28.35 m）范围内。因此，该工程消防冷却水供给范围为相邻储罐2个，着火储罐1个。

3.2.2 消防冷却水量计算

由“石油库规”12.2.8-1可知储罐的消防冷却水供水范围和供给强度：着火罐供水范围为罐壁外表面积，供给强度q3＝2.5 L/（min·m2）；邻近罐供水范围为罐壁外表面积的1/2，供给强度q4＝2.0 L/（min·m2）。

设计流量Q：

式中：Q——设计流量，L/s；

q——供给强度，L/（min·m2）；

D——油罐直径，m;

h——罐壁高度，m。

着火罐的设计流量Q1：

邻近罐的设计流量Q2：

根据“石油库规”12.2.11-1，消防冷却水最小供给时间和储罐直径D、储罐形式以及相应材料有一定关系，D>20 m的地上固定顶储罐不应少于9 h；D>20 m浮盘用易熔材料制作的内浮顶储罐不应少于9 h，其他地上立式储罐不应少于6 h。该工程储罐直径18.9 m<20 m，消防冷却水最小供给时间按6 h设计。

根据GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》（以下简称“消规”）［3］3.4.2-3，甲、乙、丙类可燃液体地上立式储罐区的室外消火栓设计流量单罐储存容积W≤5000 m3时，室外消火栓设计流量Q3为15 L/s。

式中：V' ——消防水总量，m3；

Qi——第i种水灭火系统的设计流量，L/s；

ti——第i种水灭火系统的火灾延续时间，h；

m——建筑需要同时作用的水灭火系统数量。

消防水池计算的有效容积大于1000 m3。根据“消规”4.3.6，该工程至少应设计两座能够独立使用的消防水池。

3.3 消防冷却水管道与喷头的布置

采用ZSTM B-L 30/120型水幕喷头，喷头材质为不锈钢304，喷头流量系数K＝30，流量q为51 L/min，喷头工作压力≥0.28 MPa。

喷头布置数量n的计算：

式中：n——喷头布置数量，个；

Q1——着火罐的设计流量，L/s；

q——喷头流量，L/min。

喷头布置间距s的计算：

喷头布置间距s满足“石油库规”12.2.10喷头布置间距不宜大于2 m的要求。采用2路供水，1圈环管，环管管径DN200，36个喷头均匀布置。油罐消防冷却水管道布置示意图如图3所示。喷头安装方式和支架形式如图4所示。

4 灭火器材配置

根据“石油库规”12.4.1和12.4.2，灭火器的数量应根据防火堤的面积进行计算，每400 m2应配置1具。该工程每个罐附近设置2具8 kg手提式磷酸铵盐干粉灭火器［5］。 设置6块灭火毯，2 m3灭火沙。

5 罐区消防管网布置

（1）罐区泡沫消防管网布置。防火堤外泡沫液管网环状布置，连接每个空气泡沫产生器的管道，需要用管道独立连接至泡沫消防管网上，并在连接处设置独立阀门，能够独立操作，阀门与罐壁间距大于15 m。设置8个泡沫消火栓用于扑灭流淌火灾，间距不大于60 m，与罐壁距离大于15 m。

（2）罐区外消防管网布置。室外消防管网环状布置，设置8个室外消火栓，间距不大于60 m，与罐壁距离大于15 m。

6 结语

重油作为玻璃厂的主要燃料，火灾危险性较大，火势蔓延速度快，消防安全应给予重视。在日常生产中，应安排专业人员定期对厂区内的消防设施进行维护，发现安全隐患应及时处理，保证消防系统正常运行。

本文结合某玻璃厂3000 m3油罐区消防系统的设计实例，对泡沫灭火系统、消防冷却水系统相关设计参数的选取依据，结合相关设计标准做了详细介绍，计算了泡沫液用量、泡沫消防用水量以及消防冷却水量等设计参数，并对罐区灭火器材配置和管网布置进行了说明。

油罐区消防系统设计在未来的发展中，应加强控制系统设计，能够及时探测火灾，可以远程控制，发现火灾立即处理，提高灭火时效性。