卧式液氨储罐夏季降温及消防冷却设计

鲁晓鹏 王桂彩

（秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司 秦皇岛 066001）

0 引言

在玻璃工业生产中，液氨被经常用来分解制氢。液氨具有腐蚀性，有毒，易挥发，液氨储罐属于乙类，为确保夏季炎热气温下及发生火灾时液氨储罐罐壁温度不致过高，应对液氨储罐分别设置夏季降温冷却用水系统及消防冷却用水系统。

本文参考GB 50016—2014《建筑设计防火规范》，GB 50160—2008《石油化工企业设计防火标准》及地上式卧式储罐有关的消防规定，对某玻璃厂二座15 m3无保温卧式液氨储罐进行夏季降温及消防冷却设计。

1 系统简介

夏季降温冷却用水由设在罐区的集水坑及潜水泵供给。当罐内温度超过35 ℃时，启动潜水泵降温，水经储罐表面换热后流至排水沟，再回到集水坑，形成循环。

储罐消防冷却采用固定式水喷雾和移动水枪冷却方式。固定式水喷雾用水由厂区消防泵房的喷淋泵供给。液氨罐区外设两个室外消火栓，作为消防冷却移动水枪的水源。当发生火灾时，探测器联动打开储罐水喷雾系统入口雨淋阀同时启动喷淋泵，系统喷水冷却，液氨罐区外移动水枪也可进行喷水冷却。消防用水排入罐区围堰及事故池，待火灾过后由专业人员将事故水转运处理。

2 系统设计

2.1 设计参数

夏季降温冷却用水依GB 50160—2008《石油化工企业设计防火标准》（2018年版），供给强度为消防冷却强度的一半，为3 L/（min·m2）（即0.18 m3/（h·m2））。

固定式水喷雾依GB 50160-2008《石油化工企业设计防火标准》（2018年版）第8.10.13条，供给强度6 L/（min·m2）（即0.36 m3/（h·m2））。

消防冷却移动水枪依GB 50016—2014《建筑设计防火规范 》（2018年版）表3.4.5-2，设计流量为15 L/s。

单罐长度5.2 m，单罐直径2 m。

2.2 系统布置及设计计算

夏季降温冷却及固定式冷却平面示意见图1，剖面示意见图2。

图1 夏季降温冷却及固定式冷却平面示意

图2 夏季降温冷却及固定式冷却剖面示意

2.2.1 单罐夏季降温冷却系统

在管顶沿罐长方向设置两根DN50的内外壁热浸镀锌钢管，管中心高出罐顶0.3 m，管道每隔200 mm开一个f4 mm的小洞，开洞方向与竖直方向夹角45°并指向罐体（图3）。每根管道尽头设置一个DN50的闸阀，当管道及小孔被体积较大的杂物堵塞时，打开尽头的闸阀进行疏通。夏季降温冷却水流经管壁发生热交换后，沿管壁流至地面，后又流至液氨罐区四周设置的排水沟，最后流回集水坑，经集水坑内设置的潜水泵加压后，循环使用。排水沟沟宽200 mm，起点深0.2 m，坡度1%，上设不锈钢或铸铁箅子，防止较大杂物进入集水坑，在排水沟与集水坑交接处设置一道细格栅，防止较小杂物进入集水坑。栅条采用直径8 mm的圆钢，栅条中心间距25 mm，格栅倾角120°。集水坑设置DN25的自来水补水管并设浮球阀，为防止回流污染，自来水补水管管口最低点高出集水坑溢流边缘的空气间隙≮150 mm。集水坑内设置2台潜水泵，一用一备，并设高低水位报警及低水位自动停泵控制装置。最低水位的设置需满足潜水泵吸水要求，一般≮200 mm，最低报警水位一般为高出坑底150 mm，目的是为了防止控制故障时水泵空转而烧毁电机。集水坑有效容积应不小于一台水泵5 min的出水量。潜水泵出水管上设软接头、止回阀、检修闸阀及压力表。潜水泵总水管还应设置一泄污管，用于清洗集水坑时排出其中污水。

图3 夏季降温冷却管开孔示意

夏季降温冷却系统计算：

规范规定供给强度为3 L/（min·m2）（即0.18 m3/（h·m2））。

罐表面积为：2p·r（r＋h）＝2×3.14×1×（1＋5.2）＝38.94（m2）

则规范规定单罐夏季降温总流量Q1＝0.18×38.94/3.6＝1.947（L/s）

单个小孔处的流量及流速，可根据穿孔管孔口自由出流公式（1）计算：

取孔口流量系数 m＝0.6，孔口断面 f ＝19.625 mm2，流速系数 j＝0.97，g＝9.81 m/s2，h取5 m

计算得：q＝0.075 L/s，v＝9.60 m/s。

单罐小孔个数n＝5.2/0.2×2＝52（个）

则实际单罐夏季降温的总流量Q2＝0.075×52＝3.9 L/s＞Q1，满足规范要求，罐区2个液氨罐夏季降温的总流量Q3＝3.9×2＝7.8 L/s。

2.2.2 单罐固定式水喷雾系统

沿罐长方向设置6排喷头，每排喷头间距1.2 m，单排喷头环向布置，对罐体进行全覆盖保护，喷头之间夹角120°（图2），采用ZSTWB/SLS232-40-120型喷头，流量系数18.9，喷射角120°，有效距离1.8 m，工作压力0.2 MPa。喷头环向半径1.8 m，管道环向半径2.3 m。固定式水喷雾系统在最低点设DN20泄水阀，管道安装完毕进行水压试验合格后及冬季使用后应及时通过泄水阀将系统内的水排出，以防管道冻裂。发生火灾时，罐体探测器联动打开罐区水喷雾系统入口雨淋阀同时启动喷淋泵，系统喷水冷却，此时罐体有可能发生局部泄漏，因此消防冷却水与液氨的混合液体及罐体本身存放的液氨应妥善处置，一般在液氨罐区附近设置一事故池，事故池应分为两格，一格为事故时专门接受罐体存放的液氨，另一格为存放消防冷却水与液氨的混合液体。事故池的有效容积一般为“罐组内最大储罐容积泄漏量＋初期雨水＋消防废水-装置或罐区围堰内净空容量-事故废水管道容量”。罐区围堰与事故池之间设置连接管并设置一个电动控制阀，发生火灾时，打开此阀门，消防废水则进入事故池，待灭火完毕后，由专业人员将消防废水转运并进行专业的无害化处理。事故池池顶设置人孔，一般为800 mm×800 mm，人孔下设不锈钢爬梯，事故池池底设置一集水坑，方便专业人员使用专业设备将消防废水抽出。事故池池顶设置一DN150的通气管，用来排出消防废水流入事故池时池内的空气，通气管高出地面应≮4.5 m，是为了防止氨气溢出从而产生危害。通气管四周设混凝土墩，用来拉紧通气管。事故池应做防液氨腐蚀及防漏处理。事故池周围也应设置危险警示牌，严禁无关人员靠近。

固定式水喷雾系统计算：

规范规定供给强度为6 L/（min·m2）（即0.36 m3/（h·m2））。

罐表面积为：2p·r（r＋h）＝2×3.14×1×（1＋5.2）＝38.94（m2）

则规范规定单罐固定冷却流量Q4＝0.36×38.94/3.6＝3.894（L/s）

单喷头流量及流速，可根据式（2）计算：

K＝18.9，P取0.2 MPa

单罐喷头个数n＝6×3＝18个

则实际单罐固定冷却流量Q5＝0.45×18＝8.1 L/s＞Q4，满足规范要求，罐区2个液氨罐的总流量Q6＝8.1×2＝16.2 L/s。

移动水枪设计流量为15 L/s，火灾延续时间为6 h，则总消防用水量为（16.2＋15）×3.6×6＝674 m3＞500 m3，消防水池宜设两格能独立使用的消防水池。

3 系统安装要求

3.1 管材

消防给水管和夏季降温冷却循环水管采用内外壁热镀锌钢管，需拆卸部位采用管卡或法兰接，其它部位螺纹连接。管道工作压力为0.35 MPa。法兰与管道焊接处，应进行热防腐处理；集水坑补水管采用S4级PP-R管，热熔连接；排水管道采用柔性铸铁管，承插连接。泄污管采用无缝钢管，焊接；其他采用不锈钢管，焊接。

3.2 阀门

管径>50 mm时采用蝶阀，其它管径采用全铜质截止阀。公称压力均为1.6 MPa。固定式水喷雾灭火系统入口采用 ZSFY/SL-S360雨淋阀。

3.3 管道安装及试压

管道采用的托架及支架，不允许焊接在罐体上，可沿罐体作弧形托架，支架宜放在地面。管道安装完毕后，应进行试压。消防固定式喷雾系统试验压力1.4 MPa，其他系统0.9 MPa。

4 结语

液氨作为一种化工原料，在工业上应用广泛，而其又具有腐蚀性，有毒，易挥发，时有事故发生。因此应重视液氨罐区的消防措施，系统投入运行后，应安排专业人员定期巡检，保证消防设施的正常运行，从而能及时发现险情，大幅度提高罐区的安全性。