储罐两环段喷淋圈管对供给强度的影响

2019-02-14李新川

安全 2019年1期

李新川

（新疆油田公司消防支队，新疆克拉玛依 834000）

0 引言

油罐是用来储存原油或其他石油产品的容器，大型石油储罐区储存容量大，设备众多且功能复杂，出入管线布置繁多，存在较大的火灾危险性。随着国内原油输送及储备库逐步建立，各类油罐数量迅速增加，储量大于5×104m³、10×104m³及以上容积的，为了提高运行安全水平，减少蒸发损耗，基本以外浮顶形式为主。对于5×104m³以下的储罐以固定顶油罐为主。同时，油罐火灾危险性大，储罐发生火灾后，如果固定消防设施设置不合理、冷却水供给强度不够或者损坏，一旦发生爆炸或者沸溢喷溅，严重影响邻近油罐和生产设施的安全，需要调集大量移动消防力量参与扑救。例如：2010年4月19日18时37分，中石油西北销售公司商业储备库20000m3内浮顶汽油罐发生火灾，由于消防系统损坏无法有效灭火，共调集40多辆消防车开展火灾扑救；2010年7月16日18时12分，大连中石油国际储运有限公司保税区油库输油管线爆炸起火，消防设施被破坏，通过17个消防支队、220台消防车、1380余名消防官兵开展灭火，共调用泡沫液1300余吨，历时15小时扑灭火灾，此次事故造成了巨大的经济损失和社会影响。

1 消防冷却水系统及供给强度的要求

储罐消防冷却水系统有固定、半固定式，罐发生火灾后，启动消防泵将冷却水通过消防管网送达罐顶，储罐顶部设置环形喷淋圈管，圈管均匀布置喷头，通过喷头喷洒水流，对着火罐和邻近罐罐壁进行冷却，控制着火罐火势、减少热辐射，保护邻近罐[1]。

储罐固定式消防冷却水系统，冷却固定顶着火罐冷却范围为罐壁外表面，供给强度为2.5L/（min·m2）；冷却外浮顶罐、内浮顶罐冷却范围为罐壁外表面积，供给强度为2.0L/（min·m2）；冷却相邻罐冷却范围为罐壁外表面积的1/2，供给强度为2.0L/（min·m2）[2]。

2 储罐冷却水喷洒试验

选取对象：4座5×103m3储罐组，单盘易熔内浮顶罐，直径D=24m，罐壁高H=12m，环形喷淋圈管采取两环段形式，如图1。选择非收发油品储罐，环境温度应大于消防水结冰温度，以免造成管线冻堵。

图1 储罐冷却情况确定（4座储罐都需要冷却）Fig.1 Cooling necessity of the tanks

冷却水供给强度：根据《石油天然气工程设计防火规范》：外浮顶罐、内浮顶为2.0L/（min·m2），固定顶罐着火罐2.5L/（min·m2），其邻近罐2.0L/（min·m2）[3]。

冷却范围：对于外浮顶罐来说，只需冷却着火罐罐壁表面积，对于地上固定顶油罐来说，需要冷却着火罐罐壁全部表面积及距着火罐罐壁1.5倍直径范围内的相邻地上油罐的一半受热面[4]。

时间要求：消防泵启动后，5min内冷却水送达最不利点。

打开假设事故罐的喷淋以及相邻罐的受热面喷淋，在罐区选取位置观察冷却水喷淋的工作情况[5]，如图2；启动消防泵，开始计时，记录最不利点冷却水喷淋圈管开始喷水时间，见下表，最后根据现场冷却储罐的总表面积、消防泵流量等参数核算供给强度是否满足规范要求。

图2 储罐固定消防冷却水系统现场测试Fig.2 Field test of the fixed cooling water system of the tanks

表实验数据记录表Tab Experiment data sheet

2 消防冷却水圈管设置情况分析

上述案例中，罐区为4座5×103m3单盘易熔内浮顶罐组，环形喷淋圈管采取两环段形式。其中邻近罐需要开启全部喷淋才能冷却受热辐射面。5×103m3固定顶罐参数为：直径D=24m，罐壁高H=12m。

本次实验，喷淋圈管在储罐设计和施工阶段都遵循在储罐顶部设置两个及以上环段的规范要求。但通过测试，储罐消防冷却水系统喷淋圈管设置不合理。对于四罐布置在一个罐组内的情况，邻近罐只开启一半冷却水环段是无法满足对受热辐射面全部冷却的需求，而且环段末端正对着火罐，那么邻近罐需要开启全喷淋才能满足规范规定的冷却要求，如果开启邻近罐的全部喷淋，造成供给强度不足和延续灭火时间不足的问题，如图3。

按照规范要求：着火罐冷却全表面，供给强度为2.5L/（min·m2），邻近罐冷却表面积的一半，供给强度为2.0L/（min·m2）。

图3 储罐冷却水圈管环段设置情况Fig.3 Ring loop of cooling water system for heat exposure protection

在设计过程中进行总用水量计算时，按照固定顶罐着火罐2.5L/（min·m2），其邻近罐2.0L/（min·m2）参数进行计算，储罐实际冷却水供给强度应该小于2.5L/（min·m2），大于2.0L/（min·m2）。着火罐表面积为75.36m2，着火罐供给强度为R1=2.5L/（min·m2），需要冷却水流量为188.4L/min。

3座临近罐各需要冷却一半表面积：113.04m2，邻近罐供给强度为R2=2.0L/（min·m2），需要冷却水流量为226.08L/min；总的冷却水流量为414.48L/min：

4×5000m3罐区实际需要冷却的邻近罐表面积为150.72m2，4×5000m3罐区实际冷却水供给强度为1.83L/（min·m2），着火罐和邻近罐的供给强度均达不到规范中2.5L/（min·m2）的要求。

3 对冷却水圈管设置的建议

现行规范《石油天然气工程设计防火规范》中对储罐消防冷却水系统喷淋圈管应该设置要求两个及以上环段，且每一个环段都要有独立的立管从环网连接出来，送至罐顶。为了节省投资，设计部门往往只选择两个环段，这种设计满足规范要求。

从本次抽样测试来看选择测试的4座容积为5×103m3的储罐，喷淋圈管环段均为两个环段。在着火罐冷却要求方面，《石油天然气工程设计防火规范》要求储罐间距在着火罐半径1.5倍范围内的，均需要进行冷却，着火罐需要冷却全部表面，临近罐只需冷却靠近着火罐的一半表面，然而通过实际测试来看，作为临近的3号罐却需要打开了全喷淋，主要原因是3号罐的两段喷淋圈管末端断开处正对1号着火罐，只有开启全喷淋才能够满足冷却受辐射热一半罐壁的要求，这样就造成总的冷却表面积增加了1/2罐壁表面积，造成冷却水供给强度不足。着火过程中，如果冷却强度不够，会造成火势扩大或者其他次生灾害。

建议在储罐喷淋圈管设计的时候，一个罐组只有两座储罐时，可以考虑设置两个环段，只要任一储罐的环段末端没有正对其临近罐，就满足设计要求和工程实际要求。但是，更加常见的每个罐组4个以上储罐的，这种情况下仍然选用两个环段，就会造成总的冷却面不符合规范要求，当冷却面积达到规范要求时，供水强度就无法达到设计值的要求。

建议对规范中着火罐和临近罐供水强度均要求为2.5L/（min·m2），冷却水喷淋圈管设置为四段以上。