白酒储罐区消防给水系统设计初探

2020-04-17郭爽张秋生潘峰

化工与医药工程 2020年1期

郭爽，张秋生，潘峰

（吉林医药设计院有限公司，长春 130021）

白酒储罐区是由一个或者多个白酒储罐组成的露天储酒罐区[1]。白酒储罐区是酒厂的重要组成部分。目前酒厂白酒储罐区消防给水系统设计大都采用泡沫灭火系统。然而，扑救酒类火灾，必须在满足食品安全要求的前提下，寻求环保、高效、可靠的灭火剂和灭火系统[2]。由于泡沫灭火剂不符合食品安全要求且灭火后会造成严重的环境污染。因此，不到万不得已不宜选用泡沫灭火剂灭火[2]。近年来，笔者参与了多个白酒储罐区消防给水系统设计项目。建设单位根据食品卫生要求提出白酒储罐区消防给水系统采用水喷雾灭火系统，取消泡沫灭火系统，因此，根据GB 50694—2011《酒厂设计防火规范》，第7.2.2条“下列场所应设置水喷雾灭火系统或泡沫灭火系统第6 条白酒储罐区、食用酒精储罐区”规定，设计上尝试采用水喷雾灭火系统扑救白酒储罐区火灾。

1 白酒储罐区概况

某药酒企业的白酒储罐区占地面积920 m2，总储罐容积900 m3，共18 个金属储罐，每个金属储罐容积为50 m3，火灾危险性类别为甲B 类。白酒金属储罐均为固定顶储罐，罐顶开检查口，储罐直径3.7 m，高度5 m，储罐9 排布置，每排设2 个储罐，储罐均设于防火堤内，储罐四周设有导液沟，防火堤外设有环型消防车道，如图1所示。

图1 白酒储罐区剖面Fig.1 Section of liquor storage tank farm

2 消防给水系统设计

白酒储罐区消防给水系统由灭火系统、消防冷却水系统和室外消火栓系统组成。本工程白酒储罐区的灭火系统采用水喷雾灭火系统。根据GB 50694—2011《酒厂设计防火规范》，第7.2.4 条规定，本工程白酒储罐区的储罐为多排布置，需要设计固定式消防冷却水系统。实际上本工程白酒储罐区“白酒金属储罐”已采用水喷雾灭火系统，根据上述规范规定，水喷雾灭火系统可兼作消防冷却水系统。所以，本工程白酒储罐区每个白酒金属储罐上只设计一套水喷雾灭火系统，水喷雾灭火系统兼作消防冷却水系统。设计上需满足水喷雾灭火系统的灭火要求和防护冷却要求，如图2所示。

2.1 水喷雾灭火系统设计

白酒储罐区水喷雾灭火系统的灭火设计如下：

图2 白酒储罐区水喷雾灭火系统立面Fig.2 Elevation of water spray fire extinguishing system in liquor storage tank farm

白酒储罐罐顶开口，开口面积很小，为检查口。根据GB 50219—2014《水喷雾灭火系统技术规范》，第3.1.7 条“开口容器的保护面积应按其液面面积确定”规定，白酒储罐液面面积为3.14×( 3.7÷2 )2= 11 m2。根据GB 50694—2011《酒厂设计防火规范》，第7.2.6 条“水喷雾灭火系统用于灭火时，其设计喷雾强度为20 L/（min·m2），持续喷雾时间0.5 h”规定，估算本工程白酒储罐灭火设计流量Q= 220 L/ min = 3.7 L/s，其消防用水量为6.7 m3。根据GB 5135.3—2003《自动喷水灭火系统》第3 部分：“水雾喷头”相关规定，水雾喷头有效射程2.5 m，最大保护距离5 m。白酒储罐区白酒金属储罐直径大于8 m，罐顶检查口宜增设水雾喷头，如图3所示。

图3 水雾喷头安装详图Fig.3 Installation details of spray nozzle

2.2 消防冷却水系统设计

白酒储罐区消防冷却水系统采用水喷雾灭火系统，其防护冷却设计如下：

根据GB 50219— 2014《水喷雾灭火系统技术规范》，第3.1.9 条规定，本工程白酒储罐区的储罐为固定顶储罐，着火罐的保护面积为S= 3.14×3.7×4.5 = 53 m2。三个临近罐的保护面积合计为159 m2，由于本工程白酒储罐均为50 m3，容积比较小，所以临近罐保护面积取1 倍罐壁外表面面积，这样可以减少电动阀门井数量。

由于水喷雾灭火系统的响应时间，当用于灭火时，不应大于45 s；当用于防护冷却时，不应大于180 s[2]。响应时间不大于120 s 的系统，应设置雨淋报警阀组[3]，但对于大型立式常压储罐区等场所，采用雨淋报警阀有一定难度，该类场所一般允许系统具有较长的响应时间，采用电动阀或气动阀也能满足系统要求[3]，所以本工程白酒储罐区水喷雾灭火系统供水控制阀采用防爆型电动控制阀，电动阀井布置图如图4所示。

图4 白酒储罐区电动阀门井布置Fig.4 Layout of electric valve well in liquor storage tank farm

根据GB 50694—2011《酒厂设计防火规范》，第7.2.6 条“水喷雾灭火系统用于防护冷却时，其设计喷雾强度W= 6 L/（min·m2），持续喷雾时间4 h”规定，估算本工程白酒储罐防护冷却设计流量为Q=Q着火罐+Q临近罐= 318 L/min + 954 L/min=1 272 L/ min = 21.2 L/ s，其消防用水量为305 m3。

2.3 水喷雾灭火系统兼作消防冷却水系统设计

白酒储罐区水喷雾灭火系统兼作消防冷却水系统设计如下：

根据上述规范要求，水喷雾灭火系统兼作消防冷却水系统，储罐的消防用水量应按水喷雾灭火系统灭火和防护冷却的最大值确定。由于本工程白酒储罐区水喷雾灭火系统的防护冷却用水量305 m3远大于灭火用水量6.7 m3，所以白酒储罐区的消防用水量应按水喷雾灭火系统防护冷却用水量确定。白酒储罐区消防给水系统设计，要以水喷雾灭火系统用于冷却白酒储罐为主，同时兼顾白酒储罐水喷雾灭火系统的灭火设计要求。

对于应用于甲B、乙、丙类液体储罐的水喷雾系统，不需要靠直接喷射来完成覆盖保护对象[3]。白酒的主要成分为乙醇，乙醇属于甲B 类液体，所以白酒储罐属于甲B 类液体储罐。不论是平面的还是立体的保护对象，在设计水喷雾灭火系统时，按设计供给强度向保护对象表面直接喷雾，并使水雾覆盖或包围保护对象是保证灭火或防护冷却效果的关键[3]。固定顶储罐的冷却水环管宜沿罐壁顶部单环布置[3]。当保护对象为甲、乙、丙类液体储罐时，水雾喷头与保护储罐外壁之间的距离不应大于0.7 m[3]。白酒储罐区白酒金属储罐水雾喷头布置计算如下：水雾锥底圆半径R=Btanθ/2 = 1.2 m，B为水雾喷头的喷口与保护对象之间的距离，取B= 0.7 m，θ为水雾喷头的雾化角，取θ=120°。如果罐顶坡度较小且储罐直径较大宜采用90°雾化角，这样水雾喷头射程较远。本项目白酒储罐区储罐上水雾喷头之间的距离L，取值为不大于1.7 倍水雾喷头的水雾锥底圆半径，即L= 1.7×1.2 = 2.0 m[3]。白酒储罐区白酒金属储罐上水喷雾灭火系统环管周长C= 3.14×( 3.7+0.7+0.7 )≈16 m，一个白酒金属储罐上所需水雾喷头数量为N= 16÷2 = 8 个。

综上所述，白酒储罐区白酒金属储罐水雾喷头布置如图5所示。

图5 白酒储罐区白酒金属储罐水雾喷头平面布置Fig.5 Plan layout of spray nozzle for liquor metal storage tank in liquor storage tank area

水雾喷头的流量按式（1）计算：

式中：q——水雾喷头的流量，L/min；

P——水雾喷头的工作压力，MPa；

K—— 水雾喷头的流量系数，取值由喷头制造商提供。

单个白酒储罐所需水雾喷头计算数量N=SW/q，q= 318÷8 = 39.75 L/min = 0.66 L/s。根据某喷头制造商提供资料样本，选水雾喷头型号ZSTW-A-50-120，P= 0.35 MPa，K= 26.7，q= 50 L/min，雾化角120°，A表示进水口与出水口成90°的水雾喷头。

根据GB 50694—2011《酒厂设计防火规范》，第7.2.6 条“水雾喷头的工作压力，当用于灭火时，不应小于0.4 MPa”规定，白酒储罐区水喷雾灭火系统兼作消防冷却水系统的水雾喷头计算压力采用0.4 MPa。白酒金属储罐单只水雾喷头流量q= 26.7 .10 0 4× =53.4 L/min = 0.89 L/s。水喷雾灭火系统兼作消防冷却水系统的计算流量按系统启动后同时喷雾的水雾喷头流量之和确定。水喷雾灭火系统计算流量Qj= 0.89×8 = 7.12 L/s。水喷雾灭火系统设计流量QS=1.05Qj= 1.05×7.12 = 7.5 L/s。本工程白酒储罐区水喷雾灭火系统兼作消防冷却水系统设计流量Q=Q着火罐+Q临近罐= 30 L/s，供水压力0.60 MPa，火灾延续时间4 h，消防用水量432 m3。

本工程白酒储罐区水喷雾灭火兼作消防冷却水系统地上部分为干式系统（开式水雾喷头），着火时电动阀门井内防爆型电动阀自动打开向水喷雾灭火系统管道冲水，水雾喷头工作压力达到0.4 MPa 时，水雾喷头对白酒金属储罐进行喷雾灭火及冷却降温。

2.4 室外消火栓系统设计及白酒储罐区消防总储水量

白酒储罐区室外消火栓设计流量为15 L/s，火灾延续时间为4 h，白酒储罐区室外消火栓储水量为216 m3。白酒储罐区四周设有室外消火栓，室外消火栓距离储罐罐壁的距离不小于15 m[4]。每个室外消火栓处设置消火栓箱，每个消火栓箱配置φ19 水枪2支，25 m 长φ65 麻织水带2 条。

白酒储罐区消防总储水量：

2.5 其他设计要求

白酒储罐区室外设置的水雾喷头宜带防尘帽。没有设保温层的白酒储罐防日晒措施为气体放空或涂刷合格的隔热涂料。对于设置在白酒储罐区内地上消防干式管道，应采取防静电接地措施；白酒金属储罐的防雷接地装置可兼作防静电接地装置。白酒储罐区水喷雾灭火系统地面上需要进行弯管加工的管道采用无缝钢管，焊接；地面上直管采用内外壁热镀锌钢管，丝接或卡箍连接。地面下管道小于等于DN 80 采用管内外壁热镀锌钢管，做加强级防腐；大于DN 80 采用管内壁衬塑外壁涂石油沥青离心球墨铸铁管，橡胶圈法兰连接。建设单位选择合适白酒金属储罐壁厚，加强板厚与白酒金属储罐壁厚相匹配，要有利于消防给水管道稳固在罐壁上，如图6所示。

图6 立管/环管支架详图Fig.6 Riser support details/ring pipe support details

白酒储罐区内含可燃液体的污水及被严重污染的雨水应排入事故存液池。白酒储罐区内初期雨水经收集后排入污水事故存液池，由槽车定期运输达标处理，后期雨水经收集后排入厂区雨水管网。白酒储罐区内四周设有导液沟，使溢漏酒液能顺利地流出罐区并流入事故存液池内。事故存液池应有符合防火要求的排水措施，采用槽罐车运输达标处理。

白酒储罐区水喷雾灭火系统电动阀井采用φ1 400 阀门井，内设积水坑，井内电动阀均为防爆型。电动阀在中央控制室实现远程启停，现场也可手动开启。电动阀平时为常闭，火灾时打开相应白酒储罐的电动阀，电动阀应设有明显的启闭标志。当值班室收到白酒储罐的火灾信号后，在中央控制室远程启动该罐区水喷雾灭火系统电动阀门井内的电动阀，同时远程开启与着火罐相邻的白酒储罐电动阀门井内的电动阀。电动阀的正常运行或故障信号反馈至中央控制室，并能在中央控制室显示。电动阀门的开启时间不宜大于45 s。消防给水系统的启动，停止控制设备应具有明显的标识，并应有防误操作保护措施。供水装置停止运行应为手动控制方式。

3 工程实例

国内东北地区某保健酒企业白酒储罐区长69.9 m，宽54.5 m，总占地面积4 410 m2，总储罐容积为5 970 m3，白酒金属储罐均为固定顶立式储罐。白酒储罐区生产类别为甲B 类。防火堤内地面标高为0.000，防火堤外地面标高为0.350。白酒储罐区白酒金属储罐参数如表1所示。白酒储罐区水喷雾灭火系统现场施工安装如图7～图9所示。

表1 白酒金属储罐参数Tab.1 Parameter table of liquor metal storage tank

图7 白酒储罐区现场Fig.7 Site general drawing of liquor storage tank farm

本项目白酒储罐区消防给水系统由水喷雾灭火系统和室外消火栓系统组成，其中水喷雾灭火系统兼作消防冷却水系统。

500 m3白酒储罐设有2 个电动阀门井，每个电动阀门井控制8 个水雾喷头，罐壁顶部单环布置，水雾喷头均布，喷头型号为ZSTWA-125-120，水喷雾灭火系统设计流量33.3 L/s，消防用水量480 m3。

200 m3白酒储罐设有2 个电动阀门井，每个电动阀门井控制8 个水雾喷头，罐壁顶部单环布置，水雾喷头均布，喷头型号为ZSTWA-80-120，水喷雾灭火系统设计流量21.3 L/s，消防用水量307 m3。

本项目白酒储罐区按最大设计流量计算，与着火罐500 m3白酒储罐临近的白酒储罐有2 个500 m3储罐和1 个200 m3储罐。若着火罐500 m3白酒储罐起火，3 个临近罐不需要开启全部电动阀门井，只需要开启与着火罐临近的储罐相对应的电动阀门井即可。本项目白酒储罐区电动阀门井共计51 处，如果选用雨淋报警阀组控制水喷雾灭火系统，那么需要选用51 个雨淋报警阀组，这样集中设置雨淋报警阀组有一定难度，系统管线较多并且复杂。若采用电动阀控制相应白酒金属储罐水喷雾灭火系统，系统简单且容易操作，故本工程白酒储罐区水喷雾灭火系统采用电动控制阀代替雨淋报警阀组。