儲罐兩環(huán)段噴淋圈管對供給強(qiáng)度的影響

李新川

（新疆油田公司消防支隊(duì)，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

油罐是用來儲存原油或其他石油產(chǎn)品的容器，大型石油儲罐區(qū)儲存容量大，設(shè)備眾多且功能復(fù)雜，出入管線布置繁多，存在較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。隨著國內(nèi)原油輸送及儲備庫逐步建立，各類油罐數(shù)量迅速增加，儲量大于5×104m3、10×104m3及以上容積的，為了提高運(yùn)行安全水平，減少蒸發(fā)損耗，基本以外浮頂形式為主。對于5×104m3以下的儲罐以固定頂油罐為主。同時，油罐火災(zāi)危險(xiǎn)性大，儲罐發(fā)生火災(zāi)后，如果固定消防設(shè)施設(shè)置不合理、冷卻水供給強(qiáng)度不夠或者損壞，一旦發(fā)生爆炸或者沸溢噴濺，嚴(yán)重影響鄰近油罐和生產(chǎn)設(shè)施的安全，需要調(diào)集大量移動消防力量參與撲救。例如：2010年4月19日18時37分，中石油西北銷售公司商業(yè)儲備庫20000m3內(nèi)浮頂汽油罐發(fā)生火災(zāi)，由于消防系統(tǒng)損壞無法有效滅火，共調(diào)集40多輛消防車開展火災(zāi)撲救；2010年7月16日18時12分，大連中石油國際儲運(yùn)有限公司保稅區(qū)油庫輸油管線爆炸起火，消防設(shè)施被破壞，通過17個消防支隊(duì)、220臺消防車、1380余名消防官兵開展滅火，共調(diào)用泡沫液1300余噸，歷時15小時撲滅火災(zāi)，此次事故造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。

1 消防冷卻水系統(tǒng)及供給強(qiáng)度的要求

儲罐消防冷卻水系統(tǒng)有固定、半固定式，罐發(fā)生火災(zāi)后，啟動消防泵將冷卻水通過消防管網(wǎng)送達(dá)罐頂，儲罐頂部設(shè)置環(huán)形噴淋圈管，圈管均勻布置噴頭，通過噴頭噴灑水流，對著火罐和鄰近罐罐壁進(jìn)行冷卻，控制著火罐火勢、減少熱輻射，保護(hù)鄰近罐[1]。

儲罐固定式消防冷卻水系統(tǒng)，冷卻固定頂著火罐冷卻范圍為罐壁外表面，供給強(qiáng)度為2.5L/（min·m2）；冷卻外浮頂罐、內(nèi)浮頂罐冷卻范圍為罐壁外表面積，供給強(qiáng)度為2.0L/（min·m2）；冷卻相鄰罐冷卻范圍為罐壁外表面積的1/2，供給強(qiáng)度為2.0L/（min·m2）[2]。

2 儲罐冷卻水噴灑試驗(yàn)

選取對象：4座5×103m3儲罐組，單盤易熔內(nèi)浮頂罐，直徑D=24m，罐壁高H=12m，環(huán)形噴淋圈管采取兩環(huán)段形式，如圖1。選擇非收發(fā)油品儲罐，環(huán)境溫度應(yīng)大于消防水結(jié)冰溫度，以免造成管線凍堵。

圖1 儲罐冷卻情況確定（4座儲罐都需要冷卻）Fig.1 Cooling necessity of the tanks

冷卻水供給強(qiáng)度：根據(jù)《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》：外浮頂罐、內(nèi)浮頂為2.0L/（min·m2），固定頂罐著火罐2.5L/（min·m2），其鄰近罐2.0L/（min·m2）[3]。

冷卻范圍：對于外浮頂罐來說，只需冷卻著火罐罐壁表面積，對于地上固定頂油罐來說，需要冷卻著火罐罐壁全部表面積及距著火罐罐壁1.5倍直徑范圍內(nèi)的相鄰地上油罐的一半受熱面[4]。

時間要求：消防泵啟動后，5min內(nèi)冷卻水送達(dá)最不利點(diǎn)。

打開假設(shè)事故罐的噴淋以及相鄰罐的受熱面噴淋，在罐區(qū)選取位置觀察冷卻水噴淋的工作情況[5]，如圖2；啟動消防泵，開始計(jì)時，記錄最不利點(diǎn)冷卻水噴淋圈管開始噴水時間，見下表，最后根據(jù)現(xiàn)場冷卻儲罐的總表面積、消防泵流量等參數(shù)核算供給強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求。

圖2 儲罐固定消防冷卻水系統(tǒng)現(xiàn)場測試Fig.2 Field test of the fixed cooling water system of the tanks

表 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表Tab Experiment data sheet

2 消防冷卻水圈管設(shè)置情況分析

上述案例中，罐區(qū)為4座5×103m3單盤易熔內(nèi)浮頂罐組，環(huán)形噴淋圈管采取兩環(huán)段形式。其中鄰近罐需要開啟全部噴淋才能冷卻受熱輻射面。5×103m3固定頂罐參數(shù)為：直徑D=24m，罐壁高H=12m。

本次實(shí)驗(yàn)，噴淋圈管在儲罐設(shè)計(jì)和施工階段都遵循在儲罐頂部設(shè)置兩個及以上環(huán)段的規(guī)范要求。但通過測試，儲罐消防冷卻水系統(tǒng)噴淋圈管設(shè)置不合理。對于四罐布置在一個罐組內(nèi)的情況，鄰近罐只開啟一半冷卻水環(huán)段是無法滿足對受熱輻射面全部冷卻的需求，而且環(huán)段末端正對著火罐，那么鄰近罐需要開啟全噴淋才能滿足規(guī)范規(guī)定的冷卻要求，如果開啟鄰近罐的全部噴淋，造成供給強(qiáng)度不足和延續(xù)滅火時間不足的問題，如圖3。

按照規(guī)范要求：著火罐冷卻全表面，供給強(qiáng)度為2.5L/（min·m2），鄰近罐冷卻表面積的一半，供給強(qiáng)度為2.0L/（min·m2）。

圖3 儲罐冷卻水圈管環(huán)段設(shè)置情況Fig.3 Ring loop of cooling water system for heat exposure protection

在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行總用水量計(jì)算時，按照固定頂罐著火罐2.5L/（min·m2），其鄰近罐2.0L/（min·m2）參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，儲罐實(shí)際冷卻水供給強(qiáng)度應(yīng)該小于2.5L/（min·m2），大于2.0L/（min·m2）。著火罐表面積為75.36m2，著火罐供給強(qiáng)度為R1=2.5L/（min·m2），需要冷卻水流量為188.4L/min。

3座臨近罐各需要冷卻一半表面積：113.04m2，鄰近罐供給強(qiáng)度為R2=2.0L/（min·m2），需要冷卻水流量為226.08L/min；總的冷卻水流量為414.48L/min：

4×5000m3罐區(qū)實(shí)際需要冷卻的鄰近罐表面積為150.72m2，4×5000m3罐區(qū)實(shí)際冷卻水供給強(qiáng)度為1.83L/（min·m2），著火罐和鄰近罐的供給強(qiáng)度均達(dá)不到規(guī)范中2.5L/（min·m2）的要求。

3 對冷卻水圈管設(shè)置的建議

現(xiàn)行規(guī)范《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中對儲罐消防冷卻水系統(tǒng)噴淋圈管應(yīng)該設(shè)置要求兩個及以上環(huán)段，且每一個環(huán)段都要有獨(dú)立的立管從環(huán)網(wǎng)連接出來，送至罐頂。為了節(jié)省投資，設(shè)計(jì)部門往往只選擇兩個環(huán)段，這種設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

從本次抽樣測試來看選擇測試的4座容積為5×103m3的儲罐，噴淋圈管環(huán)段均為兩個環(huán)段。在著火罐冷卻要求方面，《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求儲罐間距在著火罐半徑1.5倍范圍內(nèi)的，均需要進(jìn)行冷卻，著火罐需要冷卻全部表面，臨近罐只需冷卻靠近著火罐的一半表面，然而通過實(shí)際測試來看，作為臨近的3號罐卻需要打開了全噴淋，主要原因是3號罐的兩段噴淋圈管末端斷開處正對1號著火罐，只有開啟全噴淋才能夠滿足冷卻受輻射熱一半罐壁的要求，這樣就造成總的冷卻表面積增加了1/2罐壁表面積，造成冷卻水供給強(qiáng)度不足。著火過程中，如果冷卻強(qiáng)度不夠，會造成火勢擴(kuò)大或者其他次生災(zāi)害。

建議在儲罐噴淋圈管設(shè)計(jì)的時候，一個罐組只有兩座儲罐時，可以考慮設(shè)置兩個環(huán)段，只要任一儲罐的環(huán)段末端沒有正對其臨近罐，就滿足設(shè)計(jì)要求和工程實(shí)際要求。但是，更加常見的每個罐組4個以上儲罐的，這種情況下仍然選用兩個環(huán)段，就會造成總的冷卻面不符合規(guī)范要求，當(dāng)冷卻面積達(dá)到規(guī)范要求時，供水強(qiáng)度就無法達(dá)到設(shè)計(jì)值的要求。

建議對規(guī)范中著火罐和臨近罐供水強(qiáng)度均要求為2.5L/（min·m2），冷卻水噴淋圈管設(shè)置為四段以上。

4 結(jié)論

對4座5×103m3儲罐進(jìn)行了消防冷卻水系統(tǒng)噴灑實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

（1）儲罐冷卻水噴淋圈管設(shè)置不合理，通過噴灑實(shí)驗(yàn)分析計(jì)算，著火罐實(shí)際冷卻水供給強(qiáng)度為1.83L/（min·m2），小于規(guī)范要求的2.5L/（min·m2）。

（2）對油罐固定消防冷卻水系統(tǒng)的噴灑實(shí)驗(yàn)，可以對系統(tǒng)整體性能進(jìn)行檢驗(yàn)，及時診斷系統(tǒng)存在的問題。

本文通過對4罐罐組冷卻水系統(tǒng)實(shí)際測試，發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)中存在不足，希望設(shè)計(jì)、施工部門能引起重視，共同促進(jìn)石油化工單位油罐的消防安全管理和技術(shù)工作。