浅谈可燃液体立式常压储罐消防冷却水系统设计

闫志刚

(海工英派尔工程有限公司，山东 青岛 266101)

有关可燃液体立式常压储罐消防计算目前有6种规范，即，《建筑设计防火规范》(GB50016-2014,简称“建规”)、《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB50974-2014,简称“消规”)、《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-2008,简称“石化规”)、《石油库设计规范》(GB50074-2014，简称“库规”)、《石油储备库设计规范》(GB50737-2011，简称“储备库规”)、《石油天然气工程设计防火规范》(GB50183-2004现行，简称“石油天然气规”)。这6种规范对可燃液体立式常压储罐的消防系统计算参数不同。本文以“建规”、“消规”、“石化规”为设计依据，结合某工程案例，介绍了消防冷却水系统设计与计算。

1 工程概况

1.1 储罐参数

本工程为石油化工企业2014年新建工程，单个储罐消防设计参数见表1。

表1 单个储罐消防设计参数

1.2 平面布置

该罐区共6个储罐，单罐单隔，其平面布置见图1。

图1 储罐平面布置图(单位：mm)

2 消防冷却水系统设计

2.1 规范选用

本工程建在石油化工企业内，应遵循“消规”、“石化规”。

依“建规”1.0.2条[1]，“人民防空工程、石油和天然气工程、石油化工工程和火力发电厂与变电站等的建筑防火设计，当有专门的国家标准时，宜从其规定。”因此，本工程应遵循“石化规”。

依“石化规”第8.4.5条[2]，本项目储罐介质为92#汽油，闪点为0 ℃～28 ℃，按“石化规”表3.0.2，本工程储罐生产的火灾危险性为甲B类，且储罐高度为17.82 m，大于17 m，故本工程应选用固定式消防冷却喷淋装置。

2.2 参数选用

2.2.1 供水强度

根据“消规”表3.4.2-1及“石化规”表8.4.5，选用着火罐供水范围为罐壁表面积；邻近罐供水范围为罐壁表面积1/2。

根据“消规”表3.4.2-1注：1及“石化规”表8.4.5注：1，该内浮顶储罐内浮顶储罐为易溶材质，应按固定顶罐计算。着火罐和邻近罐的供水强度为2.5 L·min-1·m-2，即q着火罐=q邻近罐=2.5 L·min-1·m-2。

2.2.2 火灾延续时间

根据“消规”表3.6.2甲、乙、丙类可燃液体储罐，直径大于20 m的固定顶罐和直径大于20 m、浮盘用易溶材料制作的内浮顶罐，火灾延续时间为6.0 h[3]。

根据“石化规”第8.4.7,直径大于20 m、浮盘用易溶材料制作的内浮顶罐，火灾延续时间为6.0 h。

所以，本工程应选用火灾延续时间t为6.0 h。

2.2.3 着火罐和邻近罐确定

“消规”表3.6.2注：1、4和“石化规”8.4.4条第2、3款，本项目着火罐为1个，邻近罐为3个。

2.3 罐区消防冷却系统用水量初步计算

罐区消防冷却系统计算水量见表2。

1) 着火罐Q着火罐

Q着火罐=q着火罐S全=q着火罐πDH=2.5×π×27.5×17.82+60=64.17 L/s

2) 邻近罐Q邻近罐

Q邻近罐=q邻近罐S半=q邻近罐πDH/2=2.5×π×27.5×17.82+2+60=32.08 L/s

3) 罐区固定式消防冷却系统用水计算流量

Q固定=Q着火罐+3Q邻近罐=160 L/s。

4) 罐区移动式消防冷却系统用水流量

根据“消规”表3.4.2-3，本工程移动式消防冷却系统用水计算流量Q移动=30 L/s。

5) 罐区消防冷却系统计算储水量

V总=(Q固定+Q移动)t=(160+30)×6×3 600=4 104 000 L=4 104 m3。

表2 罐区消防冷却系统计算水量

2.4 罐区消防冷却系统用水量校核计算

本工程单个储罐有加强圈一道，加强圈上表面到罐壁顶的距离为3.8 m。

采用4路立管供水，环管为2层。从上至下第1圈环管中心线至罐壁顶距离为0.5 m，第2圈环管中心线距加强圈下表面0.5 m。喷头选用水幕喷头[4]。

2 .4.1 喷头布置和喷头个数

喷头的平面布置可分为矩形和菱形，本工程采用矩形布置。

本工程选用B=0.6 m，θ=120°。

考虑每个立管两侧喷头的对称性，每层喷头个数选用64个。

2.4.2 喷头选型

1) 喷头保护面积

第1圈喷头保护面积:S1=πDH1=π×27.5×3.8=328.3 m2

第2圈喷头保护面积:S2=πDH2=π×27.5×(17.82-3.8)=1 211.2 m2

2) 喷头计算单个喷头流量

第1圈喷头计算单个喷头流量:

第2圈喷头计算单个喷头流量:

3) 喷头型号及设计单个喷头流量

第1圈喷头选用喷头ZSTM B-L12/120，压力为 0.15 MPa，流量为14.70 L/min。

第2圈喷头选用喷头ZSTM B-L40/120，压力为 0.15 MPa，流量为48.99 L/min。

4) 环管直径及单个立管管径

本工程采用4路立管供水，每个立管等分2支环管，单支环管接出8个喷头，第1圈单支环管需要分担的流量为1.96 L/s (117.6 L/min),第1圈管径选为DN50；第2圈单支环管需要分担的流量为6.53 L/s (391.92 L/min)，第2圈管径选为DN80。单个立管需要分担的流量为16.98 L/s (1 019.04 L/min)，管径选为DN100。单个立管计算简图见图2。

图2 单个立管计算简图

5) 单罐固定式消防冷却系统设计流量(见表3)

=67.94 L/s。

表3 单罐固定式消防冷却系统设计流量

6) 罐区固定式消防冷却系统用水设计流量

7) 罐区固定式消防冷却系统设计储水量

V＇总=(Q＇固定+Q移动)t=(169.8+30)×6×3 600≈4 316 m3

3 问题与建议

1) 储罐固定式喷淋系统应根据现行规范设置。若与选用规范适用范围有冲突，宜从专门的国家标准规定。如，同时遵守“建规”和“石化规”，“建规”第8.1.4条：“高度大于15 m或单罐容积大于2 000 m3的甲、乙类液体地上储罐，宜采用固定式水冷却设施。”而“石化规”第8.4.5条：“高于17 m储罐，容积等于或大于10 000 m3储罐…应设置固定式水冷却水系统。”宜遵循“石化规”，即“高于17 m储罐，容积等于或大于10 000 m3储罐应设置固定式水冷却水系统。”[注： “建规”(GB50016-2014)、“石化规”(GB50160-2008)正在修订，已有报批版，本条按GB50016-2014、GB50160-2008条文内容编写]。

2) 固定式消防冷却水校核时，“石化规”和“消规”设计水量与计算水量的最大比值未设定，可参照“储备库规”实际喷水量不宜超出设计计算水量的20%[4]，设计水量与计算水量的比值不应大于1.2。

3) 管径计算中管道内水流流速宜采用经济流速，必要时可超过5 m/s,但不应大于10 m/s。管径为DN50～DN70时，经济流速≤1.5 m/s；管径≥DN80时，经济流速≤1.8 m/s[5-6]。

4) 储罐若选用固定式消防冷却喷淋装置且储罐容积大(>10 000 m3)，其控制方式宜为远程手动控制、现场手动控制两种控制方式，这样可以减少火灾蔓延，以便尽快在火灾初期将着火罐或邻近罐冷却，控制火情。

5) 消防冷却水储备量应按校核流量(固定式消防冷却喷淋装置设计流量)计算。

6) 水幕喷头需有公安部消防产品合格评定中心的3C认证，即能在“中国消防产品质量信息查询系统”产品信息中查到(具有认证编号，且在有效日期内)。

7) 选用储罐固定式喷淋系统后，应根据在消防状态下消防水泵房出水压力、消防水泵房至储罐最不利点之间的水头损失，核对储罐最不利点喷头处是否满足消防冷却水量和水压的要求。