非水溶性可燃液体储罐低倍数泡沫灭火系统设计计算

田婵婵

（天津市化工设计院，天津300193）



·工程与设计·

非水溶性可燃液体储罐低倍数泡沫灭火系统设计计算

田婵婵

（天津市化工设计院，天津300193）

摘要：非水溶性可燃液体储罐的火灾应采用低倍数泡沫灭火系统，本文以天津市某工程内浮顶储罐为例，对液上喷射低倍泡沫灭火系统的设计和计算进行分析研究。

关键词：非水溶性；可燃液体储罐；低倍泡沫灭火系统；内浮顶储罐；液上喷射

可燃液体储罐区的火灾最有效的方法是采用泡沫灭火系统。泡沫灭火系统的原理是利用泡沫液密度比可燃液体密度更小，使其完全覆盖于可燃液体的表面，从而起到隔绝空气、切断氧化剂来源、迅速灭火的作用［1］。低倍数泡沫灭火系统具有救火迅速、操控简便，成本低等优点，因此，被广泛应用于石油化工行业可燃液体储罐的消防灭火。本文以我院设计的天津市某工程为例，重点介绍内浮顶储罐液上喷射低倍泡沫灭火系统的设计计算。

1　概况

工程概况：天津某工程可燃液体储罐区内设置6座4000 m3的柴油储罐，储罐尺寸：Φ×H=16.0×22.0 （m），储罐基础高0.5m；储罐类型：内浮顶罐（浮盘制作材料为铝）；物料性质：非水溶性；火灾危险性类别：丙类。

2　泡沫灭火系统的选择

2.1设计依据

可燃液体储罐（区）消防设计的相关规范有《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）、《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）、《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）及《石油库设计规范》（GB50074-2002）。不同规范对消防冷却系统及泡沫灭火系统选择设置方面各有差异，《石油库设计规范》与其它规范在消防冷却水供水强度、供给范围方面也略有不同，设计时应根据工程类型、工艺生产性质等因素确定适用于本项目的设计规范。

本工程属于中小型石油化工企业，根据工艺生产性质确定设计依据为《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）、《泡沫灭火系统设计规范》（GB50151-2010）。

2.2泡沫灭火系统

本工程储罐区采用固定式液上喷射低倍数泡沫灭火系统，系统采用手动控制，并在罐区设置手动启动消防泵的按钮。本工程固定式泡沫灭火系统构成如图1所示。

图1　固定式低倍数泡沫灭火系统

3　储罐泡沫灭火系统设计计算

3.1设计参数的选用

3.1.1泡沫液类型的选择：要依据泡沫混合液喷射形式、保护对象性质以及配置泡沫混合液水源水质选择泡沫液的类型。规范要求“非水溶性甲、乙、丙类液体，当采用液上喷射泡沫灭火时，应选用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡沫液”。水成膜泡沫液具有灭火性能高、保存期长、密封性及流动性好等优点［2］，因此，本工程选用混合液浓度为6%的水成膜泡沫液，其抗烧水平高于现行国家标准《泡沫灭火剂》GB15308规定的C级的要求。

3.1.2保护面积：内浮顶储罐的浮盘制作材料为铝，属于易熔材料，因此按固定顶储罐设计，保护面积应按横截面积确定，保护面积F：F=π（D/2）2

3.1.3本工程泡沫混合液供给强度q=5.0L/min·m2；连续供给时间t1=30 min；配备泡沫枪PQ4，1支；每支泡沫枪连续供给时间t2=20 min。

3.2泡沫混合液理论设计用量

储罐区泡沫灭火系统扑灭一次火灾的泡沫混合液理论设计用量，应按储罐罐内用量（V1）、该罐辅助泡沫枪用量（V2）、管道剩余量（V3）三者之和最大的储罐确定［3］：

本工程中V1=Fqt1=3.14×（16/2）2×5×30/1000= 30.15 m3；V2=nQft2=1×4×60×20/1000=4.8 m3；根据储罐区管道实际布置情况：着火罐产生器连接支管管径为DN100，长70m；干管管径DN200，总长220m，系统管道内泡沫混合液剩余量V3：V3=π（ri）2Li= 7.46 m3

综上所述：扑救一次火灾的泡沫混合液理论设计用量V：

V=Vi=30.15+4.80+7.46=42.41 m3

3.3泡沫产生器选型及配置

本工程最不利着火罐直径Φ=16.0m，每个储罐配置泡沫产生器2个，则单个产生器流量为：q=V1/ 2/t1=30.15×1000/2/（30×60）=8.37L/s。因此本工程采用的泡沫产生器型号为PC16，单个产生器的实际泡沫混合液量q实际=16L/s，进口压力范围为0.3～0.6MPa。工程设计时若单个储罐设置的泡沫产生器数量大于1个，应选用同规格的泡沫产生器，且沿罐壁均匀布置。

3.4扑救一次火灾的泡沫混合液实际用量V实际

泡沫产生器的实际总流量为2q实际=32L/s，即V1实际=2q实际t1=57.6 m3，故扑救一次火灾的泡沫混合液实际用量V实际：

V实际=V1实际+V2+V3=57.6+4.8+7.46=69.68 m3

3.5压力式泡沫比例混合装置及消防水泵的选型

3.5.1压力式泡沫比例混合装置：泡沫液用量V泡沫（泡沫混合液浓度按6%计）：V泡沫=69.68×6%= 4.18m3，配制泡沫混合液所需要的用水量V水：V水= 70.17×94%=65.50 m3。泡沫储罐应留有泡沫液热膨胀空间和泡沫液沉降损失部分所占空间，因此本工程选用压力式泡沫比例混合器装置（卧式）PHY-48/ 55型，1套，泡沫储罐有效容量为5.5m3。压力式泡沫比例混合装置置于消防泵房内，泵房环境温度不低于5℃，符合泡沫液使用温度的要求。

3.5.2消防水泵：本工程利用消防水泵出水进入比例混合装置形成泡沫混合液，由泡沫混合液专用管线输送至储罐区泡沫产生器。消防水泵流量应为配制泡沫混合液所需水流量与着火时罐壁冷却水流量之和，其中，配制泡沫混合液所需水流量Q=k′q实际=1.10×36=39.6 L/s，冷却水流量约为150L/s，故消防水泵流量Q=190L/s。

最不利点泡沫产生器的工作压力取0.50MPa，安装高度约为22.53m，经水利计算泡沫系统管道的水头损失为0.10MPa，消防泵房至压力式泡沫比例混合器装置的水头损失为0.06 MPa，压力式泡沫比例混合器装置压力损失按进口压力的10%计，因此泡沫系统所需扬程为0.97 MPa。本工程冷却水系统所需扬程为1.05Mpa，消防水泵扬程应符合冷却水系统与泡沫系统两者最高的要求，故消防水泵扬程取1.05Mpa。设计人员在计算泡沫泵扬程时务必要考虑泡沫比例混合器装置的压力损失，否则会造成系统设计压力偏小，泡沫产生器工作压力不足，影响灭火效果。

4　泡沫管道的布置及管材的选用

4.1管道的布置

防火堤外泡沫混合液管道成环状敷设，从环状管网上分别引出独立的支管连接每个泡沫产生器，且每个泡沫产生器在防火堤外设置独立的控制阀。为了有效的扑救储罐区防火堤内流散的火灾，在防火堤外环状管网上均匀布置泡沫消火栓，型号为SSPS150/65-1.6，间距不应大于60m。

泡沫混合液的立管下端距地面0.5m处设有蝶阀，用于锈渣的清扫。

泡沫混合液水平管道应敷设在管墩或管架上，但不应与管墩、管架固定［4］［5］，水平管道与罐壁上立管之间用不锈钢材质的金属软管连接，防止地面沉降、管道热胀冷缩对管道的影响。

防火堤内的泡沫管道应有3‰坡度坡向防火堤，在防火堤外设放空井。防火堤外的泡沫管道应有2‰坡度坡向放空阀［5］。

固定式泡沫灭火系统应具备半固定的功能，故在防火堤外，距离地面0.7m处设置带闷盖的管牙接口。

泡沫混合液管道上设有试验检测接口，并在防火堤外侧的水平管道上设置检测泡沫产生器工作压力的压力表。

4.2管材

泡沫灭火系统设计时管材选择至关重要，本工程泡沫混合液管道采用内外热镀锌钢管，卡箍连接，阀门处法兰连接。内外热镀锌钢管能有效的预防泡沫混合液管道腐蚀生锈，保证泡沫产生器的正常工作。防火堤内的法兰垫片必须采用不然材料或难燃材料，设计时要注意选用符合要求的垫片材质，不给消防灭火工作带来隐患。

5　结语

（1）泡沫液储罐选型时应根据实际配置的泡沫产生器规格进行核算，最终确定泡沫混合液的实际用量。

（2）泡沫系统同时保护水溶性和非水溶性甲、乙、丙类液体时，必须选用抗溶性泡沫液。配置泡沫混合液水源的水质与水温必须符合要求，水温宜为4～35℃。

（3）泡沫消防泵站的位置必须满足消防设施启动后，泡沫混合液输送至保护对象的时间不大于5min，且与被保护储罐的距离不宜小于30m。

（4）储罐区固定式泡沫灭火系统应具备半固定式系统功能，建议在通向泡沫产生器的支管设置带控制阀的管牙接口。

（5）泡沫液宜储存在通风干燥的房间或敞棚内，储存温度应符合泡沫液的使用温度，一般为0～40℃。设计人员必须考虑存放泡沫液场所的环境温度，防止泡沫液失效，泡沫系统不能有效、及时灭火，造成整个厂区经济损失、人员伤亡。

参考文献：

［1］王春华.固定顶储罐泡沫灭火系统的消防设计和计算〔J〕安全科学技术，2006（2）.

［2］赵晓燕，冯娜.可燃液体储罐区消防系统的设计要点〔J〕.天津化工，2012（2）26.

［3］陈桂凤.低倍数泡沫灭火系统设计探讨〔J〕.轻金属，2009（9）.

［4］秘义行，吴洪有.低倍数泡沫灭火系统设计〔J〕.消防技术与产品信息，1998（51）.

［5］GB50151-2010，中华人民共和国国家标准《泡沫灭火系统设计规范》〔S〕.

［6］GB50160-2008，中华人民共和国国家标准《石油化工企业设计防火规范》〔S〕.

doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.016

中图分类号：TU892

文献标志码：C

文章编号：1008-1267（2016）01-0047-03

收稿日期：2015-07-20