可燃液体储罐的泡沫灭火系统的设计与计算

（天津市化工设计院，天津 300193）

随着经济的发展，许多企业在生产中对石油、液体化工原料及化工产品需求量也日益增加，随之而来的是液体化工品库、石油库等甲乙丙类可燃液体储罐区大量兴建。但是油品及大多数化工品的特点是易燃、易爆、有毒，火灾危险性极大，一旦起火，火势猛烈，火焰温度高，热辐射强烈，蔓延极其迅速，若扑救不及时，灭火方法不得当，则会给国家和企业造成严重经济损失，甚至危及人的生命安全。因此，甲乙丙类可燃液体储罐火灾（以下简称储罐火灾）的消防设计工作是相当重要的，应切实做到设计本质安全。

1 空气泡沫的灭火机理及基本概念

燃烧的三个必备条件：可燃物，氧化剂和温度（引火源）。这里所说的可燃物即储罐内所储存的可燃液体，氧化剂是指空气中的氧气。空气泡沫的主要灭火机理是窒息，即用空气泡沫将可燃液体表面完全覆盖，使其与空气隔绝，也就切断了氧化剂的来源，使燃烧停止，这一过程是相当迅速的。对于扑灭储罐火灾，低倍数空气泡沫灭火系统具有操作简单，管理方便，造价低，灭火迅速等优点，因此，对于油品、化工品储罐的火灾应当选首选低倍数泡沫灭火系统。

在计算泡沫灭火系统之前，先要区分三个概念，即泡沫液、泡沫混合液和泡沫。其中泡沫液是指可按适宜的混合比与水混合形成泡沫溶液的浓缩液体；泡沫混合液是指泡沫液与水按特定混合比配制成的泡沫溶液；泡沫是泡沫混合液经泡沫产生装置吸入空气后形成的灭火泡沫。

2 系统形式的选择、储罐的分类、泡沫灭火系统保护面积的确定

低倍数泡沫灭火系统分为固定式、半固定式和移动式三种形式。不同的规范对系统的选择有不同的要求，如《石油化工企业设计防火规范》和《石油库设计规范》等均对不同罐容所应采取的灭火形式提出了相应的要求，设计时应根据项目的生产工艺性质，确定应采用的规范。

储罐分为固定顶罐和浮顶罐，浮顶罐又分为内浮顶和外浮顶罐，当内浮顶罐的浮盘为浅盘式和浮盘采用易熔材料制作时，其设计按照固定顶罐对待。固定顶储罐的保护面积按其横截面积确定，浮顶罐的保护面积按罐壁与泡沫堰板间的环形面积确定。

3 固定顶储罐泡沫灭火系统计算

3.1 采用的规范：《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008，《泡沫灭火系统设计规范》，GB 50151-2010。

3.2 该罐区设有4座储罐，直径24m，高23m，罐基础高度0.8m。

3.3 储罐的保护面积F(单位m2):F=π/4xD2=452.16 m2，式中 D—储罐的直径（m）。

3.4 灭火所需泡沫混合液量Q计算 （单位L/s）：Q计算=qxF=37.68L/s，式中q—泡沫混合液强度L/min×m2,采用水成膜泡沫液时的强度为5 L/min×m2。

3.5 根据上面第3.4项确定出采用2个PCL24型立式泡沫产生器，每个泡沫产生器的混合液流量为24 L/s，则储罐灭火实际所需的泡沫混合液流为Q灭=48L/s。

3.6 根据规范，直径D＞20m及D≤30m的储罐应配置2支移动式泡沫枪，用于扑灭流散液体火灾，型号为PQ4，每支泡沫枪的混合液流量位4 L/s,则泡沫枪需混合液量为：Q枪=8L/s。

3.7 根据规范要求，系统的泡沫混合液流量及配泡沫用水的流量应有不小于5%的裕度，所需泡沫混合液流量为：Q混=（Q灭+Q枪）×1.05=58.8L/s。

3.8 配置泡沫混合液所需泡沫液量Q1液（单位L/s）：Q1液=0.03×Q混=0.03×58.8=1.77 L/S，式中 0.03 为泡沫液混合液中所占的比例，则水占0.97。

3.9 配置泡沫混合液所需水量Q1水（单位L/s）：Q1水=0.97×Q混=0.97×58.8=57.04L/s

3.10 一次灭火所需泡沫液的储备量V液（单位m3）：V1液=1.05×0.03×(Q产×T灭×60+Q枪×T枪×60)/1000=1.05×0.03×(48×45×60+8×20×60)/1000=4.39 m3，式中 T灭—灭火延续时间，采用 45min，T枪—扑灭流散液体火灾延续时间，采用20min。

3.11 一次灭火配置泡沫混合液所需水储备量V水（单位 m3）：V1水=1.05×0.97×(Q产×T灭×60+Q枪×T枪×60)/1000=1.05×0.97×(48×45×60+8×20×60)/1000=141.77 m3。

3.12 本例中，从泡沫站至罐区的泡沫混合液2根干管长度均为180m，直径为DN200，着火罐2个产生器连接支管总长度为140m，直径为DN125，计算出一次灭火充满管道所需泡沫混合液为13.03m3,则泡沫液及水的储备量分别为：V2液=4.39m3，V2水=12.64m3。

3.13 合计应储存的泡沫液量和水量分别为：V2液=V1液+V2液=4.78m3，V2水=V1水+V1水=154.41 m3

3.14 泡沫产生器的工作压力为0.50MPa，其安装高度约为23.8m。根据管道的实际布置情况，经过水利计算，确定出最不利处产生器所需泡沫混合液供给设备提供的最低压力约为0.86MPa。

4 泡沫消防设备及泡沫站

4.1 选用YPHN-64/55压力式胶囊泡沫比例混合装置，该装置包含有泡沫液储罐、胶囊、比例混合器等主要部件，其泡沫混合液流量为64L/s，泡沫液储量为5.5m3，压力损失按进口压力的10%计，则其进口压力为0.95MPa。

4.2 本例中配泡沫消防水泵与罐壁冷却水泵共用，水泵流量按照火灾时冷却水与配泡沫用水量之和确定，其流量约为260L/s,其中配泡沫用水量为62L/s,扬程则应符合二者最高的要求，为1.20MPa。消防水池储存水量除罐壁冷却水外还应包含不小于160m3的配泡沫用水量。

4.3 按照规范要求泡沫消防泵站或泡沫站设置的位置必须保证在设备启动后的5min之内将泡沫混合液或泡沫输送到被保护对象，当管路如“图1”布置时，管道系统于节点A处分为2个支管，由于在设备启动初期是泡沫液充满管道的阶段，每个支管内的流量为总流量的1/2，其管内流速也仅为干管内的1/2，这样出现了泡沫混合液输送超时的结果，因此我们要对管路系统进行优化，如“图2”所示，可以在泡沫比例混合装置上设置2个比例混合器，每个流量为62L/s,并分别引出2个管道通往两个分区，使得每根管道内都达到了设计流量，既能符合了输送时间的要求，又能在正常灭火时泡沫混合液的满足流速不超过3m/s的要求。当一台泡沫比例混合装置保护多个罐区时，可以在比例混合器出水管上引出多个管道通向各自的保护区，并分别设置阀门，其中某个罐区发生火灾时，开启相应管道上的阀门。

图1

图2

4.4 在泡沫比例混合装置的进水管及混合液出管上设置电动阀门，这些阀门可以通过设在罐区防火堤的报警按钮以及消防值班室的手动按钮遥控启动。

4.5 泡沫站可以设置在消防泵房内，但当泵房的位置不利于泡沫输送或遇有多个罐区，一处泡沫站不能满足要求时，可另建泡沫站或根据罐区布置情况设置多个泡沫站，但是泡沫站不得设置在防火堤内、围堰内、泡沫灭火系统保护区或其它火灾及爆炸危险区域内，且距甲乙丙类液体储罐的罐壁应大于20m。本例中由于消防水泵房的位置不能满足输送时间的要求，因此在罐区附近安全区域内设1座泡沫站。

5 罐区泡沫系统管线的布置

5.1 当一个储罐采用多个泡沫产生器时，应选用同规格泡沫产生器，且应沿罐周均匀布置，每个泡沫产生器分别用独立的混合液管道引至防火堤外，并在防火堤外设置独立的阀门。连接泡沫产生器的泡沫混合液立管用管卡固定在罐壁上，其间距为3m。

5.2 泡沫混合液立管下端设有锈渣清扫口。

5.3 泡沫混合液立管用金属软管与水平管连接起来。

5.4 防火堤内的泡沫混合液水平管均用管墩或管架支撑，且设有3‰的放空坡度。

5.5 在防火堤外的泡沫混合液管上均匀布置泡沫栓，其间距不大于60m，用于扑灭流散液体火焰。

5.6 防火堤以外的泡沫混合液水平管道上设有2‰的坡度坡向放空阀。

5.7 在泡沫混合液管道上预留检测仪表的接口。5.8 在通往泡沫产生器的支管上设置带闷盖的管牙接口。

6 在设计计算中应注意的问题

6.1 本文所举例子为柴油储罐，柴油是不溶于水的液体，当可燃液体是甲醇、乙醇等溶于水的液体时，其计算强度、灭火时间另有规定，且必须采用抗溶性泡沫液。当泡沫站保护的罐区内同时设有水溶性和非水溶性的液体储罐时，应采用抗溶性泡沫液。

6.2 当采用海水作为系统水源时，应选用适合于海水的泡沫液。

6.3 当罐区内有多种规格容量的储罐时，其泡沫混合液流量，泡沫栓数量及泡沫液、水储备量等均应满足用量最大的储罐的要求。

总之，消防工作的重要不仅体现在设计阶段，企业的日常防火工作也是非常重要的，应做到预防为主，防消结合。除按设计要求配备必要的灭火设施外，企业还应制定相应的防火制度，加强员工安全教育，提高员工素质，增强员工责任心，严格执行操作规程，加大防火工作检查力度，将火灾发生的可能性减到最低限度，为企业的稳定和发展提供安全保障。