燃?xì)夤?yīng)站儲(chǔ)罐噴淋供水控制閥設(shè)計(jì)

周 春，汪玲玲，張 前

(中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司華東分院，江蘇 南京 210023)

1 噴淋供水控制閥設(shè)置現(xiàn)狀

2021年，全國(guó)城市天然氣供氣總量1 721.1×108m3，液化石油氣供氣總量860.7×104t[1]，全年進(jìn)口天然氣1 680×108m3[2]。燃?xì)夤?yīng)站中LPG或者LNG儲(chǔ)罐都需要根據(jù)容積設(shè)置固定水噴霧系統(tǒng)。固定水噴霧系統(tǒng)主要由消防水池、泵房、消防環(huán)網(wǎng)、供水控制閥、供水支管網(wǎng)、水霧噴頭等組成。其中，供水控制閥對(duì)發(fā)揮整個(gè)固定水噴霧系統(tǒng)的消防功能起到關(guān)鍵的作用。

根據(jù)多次江蘇省燃?xì)夤?yīng)站安全檢查結(jié)果的匯總，目前已建成的燃?xì)夤?yīng)站儲(chǔ)罐噴淋供水控制閥主要有3種：手動(dòng)控制閥、電動(dòng)控制閥或氣動(dòng)控制閥、雨淋報(bào)警閥。其中，設(shè)置手動(dòng)控制閥作為儲(chǔ)罐噴淋供水控制閥的廠站很多，這些燃?xì)夤?yīng)站大都是建站時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10～20 a的LPG供應(yīng)站。采用電動(dòng)控制閥或氣動(dòng)控制閥作為儲(chǔ)罐噴淋供水控制閥的情況在比較新的LPG或LNG供應(yīng)站最為常見(jiàn)。采用雨淋報(bào)警閥作為儲(chǔ)罐噴淋供水控制閥的情況較少，主要出現(xiàn)在近3 a新建的LPG或LNG供應(yīng)站內(nèi)。

從使用效果來(lái)看，手動(dòng)控制閥的反應(yīng)最慢，發(fā)生火災(zāi)時(shí)必須人員到現(xiàn)場(chǎng)操作才能實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)罐噴霧防護(hù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)閉或者與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟。氣動(dòng)控制閥采用壓縮空氣或氮?dú)庾鳛榭刂茪庠矗ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)供氣管道上的電磁閥從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)閉或者與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟，反應(yīng)時(shí)間較快，一般需要設(shè)置備用氣源。雨淋報(bào)警閥反應(yīng)最快，通過(guò)控制電磁閥實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的迅速開(kāi)啟和關(guān)閉，無(wú)須設(shè)置備用動(dòng)力源。

2 現(xiàn)行規(guī)范下供水控制閥的選用

2.1 現(xiàn)行規(guī)范下設(shè)計(jì)選用

根據(jù)GB 51142—2015《液化石油氣供應(yīng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(2020年版)，總?cè)莘e大于50 m3或單罐容積大于20 m3的LPG和LNG儲(chǔ)罐均應(yīng)設(shè)置固定噴淋裝置。在工程實(shí)踐中，常采用固定水噴霧系統(tǒng)。LPG和LNG都屬于液化烴，根據(jù)GB 50219—2014《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，供水控制閥應(yīng)該選用電動(dòng)控制閥、氣動(dòng)控制閥或雨淋報(bào)警閥。與電動(dòng)控制閥和氣動(dòng)控制閥相比，雨淋報(bào)警閥具有操作方便、開(kāi)啟迅速、可靠性高等特點(diǎn)。對(duì)于要求快速響應(yīng)的固定水噴霧系統(tǒng)，供水控制閥應(yīng)選用雨淋報(bào)警閥。

GB 50219—2014第3.1.2條規(guī)定，對(duì)用于防護(hù)冷卻的液化烴或類(lèi)似液體儲(chǔ)罐，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不大于120 s。第4.0.3條規(guī)定，響應(yīng)時(shí)間不大于120 s的系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置雨淋報(bào)警閥組。因此，燃?xì)夤?yīng)站的LPG或LNG儲(chǔ)罐設(shè)置的固定水噴霧系統(tǒng)中供水控制閥應(yīng)選用雨淋報(bào)警閥，并根據(jù)要求設(shè)置滿(mǎn)足功能的雨淋報(bào)警閥組。根據(jù)GB 50219—2014第4.0.3條，雨淋報(bào)警閥組的功能及配置應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

應(yīng)能電動(dòng)開(kāi)啟；應(yīng)具有遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急機(jī)械啟動(dòng)功能；在控制盤(pán)上應(yīng)能顯示雨淋報(bào)警閥的開(kāi)、閉狀態(tài)；宜驅(qū)動(dòng)水力警鈴報(bào)警；雨淋報(bào)警閥進(jìn)出口應(yīng)設(shè)置壓力表；電磁閥前應(yīng)設(shè)置可沖洗的過(guò)濾器。

2.2 雨淋報(bào)警閥組固定水噴霧系統(tǒng)

① 雨淋報(bào)警閥的組成

雨淋報(bào)警閥屬于一種消防專(zhuān)用的水力快開(kāi)閥。一旦開(kāi)啟，可使水流在瞬間達(dá)到額定流量。雨淋報(bào)警閥組固定水噴霧系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 雨淋報(bào)警閥組固定水噴霧系統(tǒng)

雨淋報(bào)警閥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。雨淋報(bào)警閥閥腔分為上腔、下腔和控制腔3部分?？刂魄弧⑾虑慌c供水側(cè)管道連通。上腔與系統(tǒng)側(cè)管道相連?？刂魄缓拖虑怀錆M(mǎn)消防水?？刂魄挥捎谑芄┧畟?cè)的消防水和隔膜(或杠桿、活塞)重力的共同作用，使雨淋報(bào)警閥處于密封關(guān)閉狀態(tài)。一旦控制腔放水泄壓，隔膜(或活塞、杠桿)失去作用，被供水側(cè)管道中的消防水沖開(kāi)，雨淋報(bào)警閥開(kāi)啟。

圖2 雨淋報(bào)警閥結(jié)構(gòu)

常用的雨淋報(bào)警閥有隔膜型、杠桿型、活塞型3種。隔膜型雨淋報(bào)警閥主要由閥體、閥瓣、橡膠膜片等組成。隔膜型雨淋報(bào)警閥只有一個(gè)活動(dòng)部件，故動(dòng)作靈敏、迅速，動(dòng)作后能自動(dòng)復(fù)位且不需經(jīng)常保養(yǎng)維修，是一種比較理想的雨淋報(bào)警閥。杠桿型雨淋報(bào)警閥主要由閥體、閥瓣、推桿、搖臂等組成。平時(shí)靠著力點(diǎn)力臂的差異，使推桿所產(chǎn)生的力矩足以將搖臂隔板鎖緊，使其保持在關(guān)閉位置?；钊陀炅軋?bào)警閥的原理與隔膜型相同，只是在結(jié)構(gòu)上用活塞代替了隔膜。

② 雨淋報(bào)警閥組固定水噴霧系統(tǒng)工作原理

正常情況下，雨淋報(bào)警閥組處于伺應(yīng)狀態(tài)，電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)的雨淋報(bào)警閥處于密封關(guān)閉狀態(tài)。供水側(cè)管道充滿(mǎn)消防水，系統(tǒng)側(cè)管道充滿(mǎn)空氣。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過(guò)遠(yuǎn)程或連鎖打開(kāi)電磁閥對(duì)雨淋報(bào)警閥的控制腔放水泄壓，雨淋報(bào)警閥被供水側(cè)管道中的消防水沖開(kāi)，消防水立刻充滿(mǎn)系統(tǒng)側(cè)管道，從而實(shí)現(xiàn)固定水噴霧系統(tǒng)的啟動(dòng)。

3 供水控制閥的實(shí)際應(yīng)用探討

GB 50219—2014認(rèn)為，雨淋報(bào)警閥屬于水力快開(kāi)閥，不通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)開(kāi)啟閥門(mén)，一般用于對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求短的水噴霧系統(tǒng)。電動(dòng)控制閥或氣動(dòng)控制閥開(kāi)啟時(shí)間長(zhǎng)，不適用于要求快速響應(yīng)的系統(tǒng)，僅適用于允許響應(yīng)時(shí)間大于120 s的系統(tǒng)。

從圖1可以看出，雨淋報(bào)警閥的開(kāi)關(guān)是通過(guò)開(kāi)啟供水管道的電磁閥實(shí)現(xiàn)水力快開(kāi)，而一般的氣動(dòng)控制閥或電動(dòng)控制閥是通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟閉閥門(mén)。兩者又有不同，電動(dòng)控制閥是利用電力直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)控制閥是通過(guò)啟閉外部氣源供氣管道上的電磁閥實(shí)現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)關(guān)。電動(dòng)控制閥一般啟閉時(shí)間多達(dá)10～30 s，供電電源的電壓較高且需要設(shè)置備用消防電源，較為復(fù)雜。因此本文僅對(duì)氣動(dòng)控制閥是否適合作為儲(chǔ)罐噴淋供水控制閥進(jìn)行探討。

按照筆者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，LPG或LNG供應(yīng)站儲(chǔ)罐噴淋供水控制閥選用氣動(dòng)控制閥時(shí)，通常選用氣動(dòng)蝶閥。氣動(dòng)蝶閥具有安裝距離小、容易拆裝及維修、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、操作扭矩小、90°回轉(zhuǎn)開(kāi)啟迅速等特點(diǎn)。根據(jù)閥門(mén)廠家提供的參數(shù)，DN 500 mm以下的氣動(dòng)蝶閥無(wú)論是單作用式還是雙作用式，啟閉時(shí)間一般為0.1～1.0 s，最長(zhǎng)不會(huì)超過(guò)5 s。而且氣動(dòng)控制閥與雨淋報(bào)警閥一樣，都是通過(guò)控制管路電磁閥的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)閥門(mén)啟閉。在這樣的啟閉時(shí)間下，從設(shè)計(jì)層面來(lái)講，氣動(dòng)蝶閥能夠滿(mǎn)足固定水噴霧系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間不大于120 s的要求。

經(jīng)筆者的調(diào)研，現(xiàn)有較多的LPG或LNG廠站中儲(chǔ)罐噴淋供水控制閥采用了氣動(dòng)控制閥。根據(jù)廠站運(yùn)營(yíng)人員的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際消防或進(jìn)行消防演練時(shí)，從發(fā)出消防指令到固定水噴霧系統(tǒng)出水，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間均小于120 s。

4 氣動(dòng)控制閥固定水噴霧系統(tǒng)

4.1 氣動(dòng)控制閥固定水噴霧系統(tǒng)的組成

氣動(dòng)控制閥固定水噴霧系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

圖3 氣動(dòng)控制閥固定水噴霧系統(tǒng)

4.2 氣動(dòng)控制閥固定水噴霧系統(tǒng)的工作原理

正常情況下，供水側(cè)管道上的氣動(dòng)控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)，供水側(cè)和系統(tǒng)側(cè)信號(hào)閥處于開(kāi)啟狀態(tài)。供氣管道上的閥門(mén)和電磁閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存有動(dòng)力氣體(壓縮空氣)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)控制閥關(guān)閉。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過(guò)遠(yuǎn)程或連鎖關(guān)閉供氣管道上的電磁閥，停止給氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)供氣。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)失去動(dòng)力氣體驅(qū)動(dòng)，打開(kāi)氣動(dòng)控制閥。消防水立刻充滿(mǎn)系統(tǒng)側(cè)管道，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)。

與雨淋報(bào)警閥組固定水噴霧系統(tǒng)相比，氣動(dòng)控制閥固定水噴霧系統(tǒng)的組成件相對(duì)較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作和保養(yǎng)維修。本系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：

應(yīng)能氣動(dòng)開(kāi)啟；應(yīng)具有遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)和與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)連鎖開(kāi)關(guān)功能；應(yīng)能在消防控制系統(tǒng)中顯示氣動(dòng)控制閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；應(yīng)設(shè)置可靠的儀表氣源；為了保證消防時(shí)控制閥的高可靠性，應(yīng)選用故障開(kāi)型的閥門(mén)；應(yīng)進(jìn)行閥門(mén)防火保護(hù)設(shè)計(jì)。

4.3 氣動(dòng)控制閥的選型

氣動(dòng)控制閥可以選用氣動(dòng)蝶閥、氣動(dòng)截止閥、氣動(dòng)球閥、氣動(dòng)閘板閥等。氣動(dòng)蝶閥具有安裝距離小等諸多特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)一般選用氣動(dòng)蝶閥作為供水控制閥。

5 結(jié)論及建議

① 根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，燃?xì)夤?yīng)站LPG或LNG儲(chǔ)罐固定水噴霧系統(tǒng)中供水控制閥應(yīng)選用雨淋報(bào)警閥，并配置雨淋報(bào)警閥組。

② 氣動(dòng)控制閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間能做到5 s以?xún)?nèi)，與雨淋報(bào)警閥的動(dòng)作時(shí)間相近。實(shí)際應(yīng)用中，以氣動(dòng)控制閥作為供水控制閥的固定水噴霧系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間能夠做到小于120 s。氣動(dòng)控制閥作為燃?xì)夤?yīng)站LPG或LNG儲(chǔ)罐固定水噴霧系統(tǒng)供水控制閥是可行的。

③ 建議GB50219—2014在修訂時(shí)對(duì)供水控制閥的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)一步調(diào)研，調(diào)整相關(guān)內(nèi)容。