石油储罐消防安全设计

周方媛，张巨伟

（辽宁石油化工大学 机械工程学院， 辽宁 抚顺 113001）

石油储罐消防安全设计

周方媛，张巨伟

（辽宁石油化工大学 机械工程学院， 辽宁 抚顺 113001）

消防系统分为灭火系统和安全疏散系统。随着人们对火灾安全重视度的提高及科技的不断发展，我们在灭火系统设计，设备研究，疏散软件研发及性能化防火等方面都有了很大的提升。其目的就是为了确保消防设施在工业企业中能真正有效的应用，起到预防，灭火，减少损失的作用。石油化工企业在生产过程中存在着一系列的安全问题，因为其生产过程中常伴随着高温、高压、氧化、还原或临氢等化学反应。如果遇到操作不当或失误，引起的火灾和爆炸的危险性比非化工企业要大，容易发生更为严重的安全事故。根据多起消防火灾案例及消防法规，结合国内外油品防火设计思路，我们从石油储罐的危险性研究和消防系统布置为主进行了合理化设计。

消防系统；安全管理；石油储罐；火灾控制

近年来，伴随着世界经济的发展，科技的进步，石油化工等领域在人们的日常生活中占领着十分重要的作用。这是一个特殊的领域，由于其物品种类繁多，易燃易爆，工艺过程复杂，工艺控制参数多，操作要求高，生产规模大型化等特点在安全领域也是重中之重。石化领域安全事故多为爆炸性火灾，火势发展迅速，易发生连锁式爆炸及立体性火灾[1]。由此可知消防安全常常是石油化工领域发生严重人身伤害，财产损失的原因。根据近几年我国油气泄露，石油化工设备故障，原料爆炸等多起事故特点进行分析不难看出加强消防工作管理的重要性。然而人们在只追求一时企业利益的同时，往往会忽略消防安全的管理工作，留下了一系列的安全消防隐患，造成了违背消防法规的行为，甚至给人们生活生产带来了严重而不可挽回的后果。

1 液化石油储罐区安全系统

1.1 液化石油储罐区火灾隐患

液化石油气（LPG）,也叫液化气，由挥发性丙烯、丙烷、丁烯和丁烷几个液体组成的可燃性混合物[2]。液化石油气在储存过程中稍有不慎，泄露逸散到空气中，遇到火源，就会发生火灾爆炸事故，甚至造成更大伤亡和损失。这种火灾已被证明是一种池火，我国消防实验室对池火火灾模型化进行分析，研究池火燃烧火焰的基本特性以及热辐射传播规律。基于池火热辐射的危害性，引入点火源模型计算法和Mudan计算法[3]两种模型化的热辐射计算分析方法。美国这项工作是委托卫生和安全俩个部门执行，以协助评估火灾对石油气装置导致沸腾液体扩展蒸汽爆炸（BLEVE）事故的风险。通过模拟实验研究了液态丁烷，丙烷喷射火焰的不同特点和对储罐的影响（Billinge,Moodie,Beckett,1986）[4]。国内外液化石油气（LPG）储罐通常采用水喷雾来保护，但不确定性仍能造成喷射火从液体或液化石油气两个阶段释放并造成损失。液化石油气储罐发生火灾的原因是多方面的，概括起来主要有以下几种情况。

（1）储罐区的布置和防火间距不符合规范要求，易受外来因素的影响，导致火灾，爆炸事故的发生并蔓延扩大[5]。例如，储罐或罐区与明火或散发火花地点的间距不合理，储罐区选址不当等。

（2）设备质量以及安装存在技术问题。储罐、管道、阀门等设备质量或安全不符合安全技术要求，易造成泄漏事故。

（3）储罐的检测仪表、安全装置及消防设备等不可靠。例如液化石油气储罐夏季受太阳直晒、罐体气相部分温度升高，液体大量蒸发，压力上升；由此引起的温度和压力的变化会造成应力，严重时会使储罐产生裂纹或脆裂。在这种情况下，若无冷却降温喷淋设施，或该设施不能正常运行，均可能导致事故的发生。

（4）工作人员缺乏安全知识，违规操作。例如不了解液化石油气的性质，对液化石油气的危害没有足够的认识；罐区擅自动用明火或使用时无专人看管；不按安全操作规程，违章作业等，具体如下：

（a）充装过量或罐体受到外界高温作用；

（b）防雷，防静电措施不当，引起火灾；

（c）管理不善，各项规章制度不健全。

2 液化石油气储罐区消防系统设计

2.1 液化石油储罐区消防报警系统设计

可燃气体/火灾监测报警系统由火灾报警控制器、红外火焰探测器及报警器、固定点式可燃气体检测器及报警器、点型感烟探测器、线性感温探测器、信号传输控制电缆、输入输出模块、手动报警按钮、声光报警器等设备组成。

2.2 系统工艺流程

火灾自动报警系统应具有自动和手动两种触发装置[6]。在自动操作方式下，按系统设定的联动动作顺序和时间间隔自动启动联动控制设备。在手动操作方式下，操作员可直接操作所有的联动控制设备。在火灾报警系统中，当发生火灾时，防护对象区域会发生声、光、温、烟等火灾参数的变化。而各个参数都有一定的探测标准，当防护区温度达到报警热度，或产生的烟雾的浓度达到报警标准值时，探测器变立即发生响应，联动向火灾报警控制器发出信号。工作人员会在发现现场火灾时迅速按下手动报警按钮，这个联动系统启动。火灾报警控制器发出火灾信号，火灾报警控制器发出火灾报警声，显示报警点，启动现场声光报警器并打印出输出火警发生时间及部位，同时可根据需要联动相关设备，如空调、风机。当防护对象区域发生可燃气体泄漏时，区域可燃气体浓度上升，可燃气体检测器可将可燃气体你那个度转换成4～20 mA模拟量信号和无源触点信号输送给可燃气体报警器；可燃气体报警器发火警报警声显示，同时，将浓度信号以无源触点信号方式传送给火灾报警控制器，火灾报警控制器能进行信号处理，启动声光报警器，同时打印输出。当防护对象区域发生火灾时，区域会产生火焰，火焰探测器将火焰频率信号转换成4～20 mA模拟量信号和无源触点信号输送给火焰报警器；火焰报警器发火警，报警系统信号经处理后启动声光报警器，同时打印输出。

2.3 液化石油气储罐区消防设备设计

2.3.1 储罐区消防设备规定

石油库应设消防设施，石油库的消防设施设置应根据石油库等级、储罐型式、液体火灾危险性及邻近单位的消防协作条件等因素综合考虑确定，储罐应设消防冷却水系统[7]。

2.3.2 储罐区防火设计

为了减少液化石油储罐设备的风险，需要按设计要求进行综合性的考虑，如布局，防火间距，供水系统，火灾危险性等因素。合理给排水性的控制将有助于限制火焰的伤害程度，系统中救灾能力及设备的完整性也是有效减少风险的重要因素。储罐区保护系统是否需要冷却水，需要知道一个相邻油罐的预期辐射热通量，如果最高容器罐体温度没有没被冷却水降低，则必须引进其他特定的风险管理方法并进行分析。一般来说，有三种主要方法适用于石油储罐区的冷却或灭火：雨淋系统灭火，固定检测和水喷雾系统。此外，也可用便携式设备，如地面和拖车式灭火器。

第一种方法涉及使用雨淋灭火系统及某些形式的水分配器作为配套，这可能包括高容量喷头，多孔管。下溢或上溢使水均匀地分布在球体的表面上;水通过管道网络向上流动，在球体的顶部溢出。这种类型的水分配器是常用的，但很容易产生腐蚀从而造成积水和堵塞，并且需要增加预防性维护。

第二种方法是固定检测，允许使用固定消防栓安装监视器或把火区各个显示器连接到火灾链上并把水供给到火灾区域。在这种情况下，由操作人员手动打开阀以允许水流到石油气储罐。此过程在高温，高热量下进行，很容易在着火条件下发生危险。同时设计过程中需要仔细研究厂房及容器的布局。固定显示器位置和数量必须进行审查和实地测试，以确保正确的应用过程中水能均匀分布到储罐处。

第三个方法是使用水喷雾系统。喷头布置在储罐的表面，水则通过管道供给到液化石油气罐区表面。喷雾喷嘴被定位，以形成有利于球体表面区域完全被覆盖的网格图案。

2.4 液化石油气储罐区的安全消防管理

液化石油气储罐周围一旦发生火灾，在火灾环境的影响下储罐区液化石油气的温度和压力会迅速升高，同时便随着强度会迅速下降，在一定条件下储罐即会发生爆炸[8]。因此我们要做好储罐区的安全消防管理工作。

（1）罐区内的操作人员必须熟悉液化石油气有关知识，经有关部门培训考核合格后，方可上岗操作。

（2）每4个小时至少应对罐区巡视检查一次，并认真填写运行记录，要注意检查设备、管道、阀门有无跑、冒、漏、滴现象，发现问题要及时正确处理。

（3）罐区内的阀门、管道等应编号、挂牌，以防误操作。

（4）禁止储罐过量充装，充装量严禁超过罐体容积的85%。

（5）罐区内严禁烟火、严禁一切能够产生火花的作业，进入罐区内的各种机动车辆，必须装有火星熄灭装置，在罐区内不准修车、擦车、放水；不得在罐区抛易燃、易爆或产生火花的物品；严禁闲人进入罐区内等。

（6）要健全安全操作规程和各项安全规定，并严格遵守。

3 结束语

石油化工领域的消防问题关系着整个企业工作有序进行，员工的安全及财产的保证。储罐区域内消防设备的完善，消防系统合理的布置及有效的管理预案对提高石化设备的安全性有着至关重要的作用。一套完善合理的消防系统设计担负着及时发现火灾隐患，减少损失，提高安全意识的重要责任。本文则根据现行的消防法规及石油化工领域安全规范进行整合，提出了对消防安全问题的解决方案。目的在于提高人们的消防意识，正确的进行系统设计，内容包括对油罐之间的防火间距，火灾等级，油品危险性及相关的防火措施进行讨论，更有效的提高整个石化设备的安全性，可靠性。

［1］GB50016-2006 建筑设计防火规范 [S].

［2］Craig Shelley, Anthony Cole. Fire Protection and response for LP G bulk storage installations. [EB/OL] [2005-08-01]. http://www.fir eengineering.com/articles/print/volume-158/issue-8/features/fire-prot ection-and-response-for-lpg-bulk-storage-installations.html.

［3］胡超，朱国庆，吴维华，沈一洲. 池火危害模型化计算分析研究[J]. 消防科学与技术，2011（7）：1-4.

［4］Billinge, Moodie, Beckett. Efficacy of water spray protection against propane and butane jet fires impinging on LPG storage tanks [J]. Journal of Loss prevention in the process Industries, 2004(17): 111-118.

［5］GB50160-2008 石油化工企业防火规范 [S].

［6］GB50116-98 火灾自动报警系统设计规范 [S].

［7］GB50074-2002 石油库设计规范 [S].

［8］徐晓楠. 消防燃烧学[M] .北京:化学工业出版社，2011.

Fire Safety Design of Oil Storage Tanks

ZHOU Fang-yuan，ZHANG Ju-wei
（School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Fire extinguishing system and safety evacuation system are two parts of firefighting engineering. With the increase of people's attention degree to the fire safety and continuous development of the technology, fire extinguishing system design, equipment research, evacuation software development, performance-based fire protection and other aspects have been greatly improved. Its purpose is to ensure that fire safety facilities in industrial enterprises can be effectively applied to realize fire prevention and fire extinguishment function. The production processes in petrochemical enterprises are often accompanied by high temperature, oxidation, reduction, or the presence of hydrogen and other chemical reactions, once out of control, the fire and explosion hazard is higher than other non-chemical companies, the consequences of an accident is more serious. In this paper, according to more than fire cases and fire regulations, the risk of oil storage tanks was studied as well as arrangement of the fire-fighting system, reasonable design was discussed.

Fire systems; Security management; Oil storage tanks; Fire control

TE 821

A

1671-0460（2014）11-2302-03

2014-06-17

周方媛，女，辽宁沈阳人，硕士学位，研究方向：安全科学与工程。E-mail：416886489@qq.com。