燃气供应站储罐喷淋供水控制阀设计

周 春，汪玲玲，张 前

(中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院，江苏 南京 210023)

1 喷淋供水控制阀设置现状

2021年，全国城市天然气供气总量1 721.1×108m3，液化石油气供气总量860.7×104t[1]，全年进口天然气1 680×108m3[2]。燃气供应站中LPG或者LNG储罐都需要根据容积设置固定水喷雾系统。固定水喷雾系统主要由消防水池、泵房、消防环网、供水控制阀、供水支管网、水雾喷头等组成。其中，供水控制阀对发挥整个固定水喷雾系统的消防功能起到关键的作用。

根据多次江苏省燃气供应站安全检查结果的汇总，目前已建成的燃气供应站储罐喷淋供水控制阀主要有3种：手动控制阀、电动控制阀或气动控制阀、雨淋报警阀。其中，设置手动控制阀作为储罐喷淋供水控制阀的厂站很多，这些燃气供应站大都是建站时间长达10～20 a的LPG供应站。采用电动控制阀或气动控制阀作为储罐喷淋供水控制阀的情况在比较新的LPG或LNG供应站最为常见。采用雨淋报警阀作为储罐喷淋供水控制阀的情况较少，主要出现在近3 a新建的LPG或LNG供应站内。

从使用效果来看，手动控制阀的反应最慢，发生火灾时必须人员到现场操作才能实现对储罐喷雾防护，无法实现远程开闭或者与火灾报警系统联动开启。气动控制阀采用压缩空气或氮气作为控制气源，通过开关供气管道上的电磁阀从而实现远程开闭或者与火灾报警系统联动开启，反应时间较快，一般需要设置备用气源。雨淋报警阀反应最快，通过控制电磁阀实现阀门的迅速开启和关闭，无须设置备用动力源。

2 现行规范下供水控制阀的选用

2.1 现行规范下设计选用

根据GB 51142—2015《液化石油气供应工程设计规范》和GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》(2020年版)，总容积大于50 m3或单罐容积大于20 m3的LPG和LNG储罐均应设置固定喷淋装置。在工程实践中，常采用固定水喷雾系统。LPG和LNG都属于液化烃，根据GB 50219—2014《水喷雾灭火系统技术规范》，供水控制阀应该选用电动控制阀、气动控制阀或雨淋报警阀。与电动控制阀和气动控制阀相比，雨淋报警阀具有操作方便、开启迅速、可靠性高等特点。对于要求快速响应的固定水喷雾系统，供水控制阀应选用雨淋报警阀。

GB 50219—2014第3.1.2条规定，对用于防护冷却的液化烃或类似液体储罐，系统响应时间不大于120 s。第4.0.3条规定，响应时间不大于120 s的系统，应设置雨淋报警阀组。因此，燃气供应站的LPG或LNG储罐设置的固定水喷雾系统中供水控制阀应选用雨淋报警阀，并根据要求设置满足功能的雨淋报警阀组。根据GB 50219—2014第4.0.3条，雨淋报警阀组的功能及配置应满足以下要求：

应能电动开启；应具有远程手动控制和现场应急机械启动功能；在控制盘上应能显示雨淋报警阀的开、闭状态；宜驱动水力警铃报警；雨淋报警阀进出口应设置压力表；电磁阀前应设置可冲洗的过滤器。

2.2 雨淋报警阀组固定水喷雾系统

① 雨淋报警阀的组成

雨淋报警阀属于一种消防专用的水力快开阀。一旦开启，可使水流在瞬间达到额定流量。雨淋报警阀组固定水喷雾系统见图1。

图1 雨淋报警阀组固定水喷雾系统

雨淋报警阀结构见图2。雨淋报警阀阀腔分为上腔、下腔和控制腔3部分。控制腔、下腔与供水侧管道连通。上腔与系统侧管道相连。控制腔和下腔充满消防水。控制腔由于受供水侧的消防水和隔膜(或杠杆、活塞)重力的共同作用，使雨淋报警阀处于密封关闭状态。一旦控制腔放水泄压，隔膜(或活塞、杠杆)失去作用，被供水侧管道中的消防水冲开，雨淋报警阀开启。

图2 雨淋报警阀结构

常用的雨淋报警阀有隔膜型、杠杆型、活塞型3种。隔膜型雨淋报警阀主要由阀体、阀瓣、橡胶膜片等组成。隔膜型雨淋报警阀只有一个活动部件，故动作灵敏、迅速，动作后能自动复位且不需经常保养维修，是一种比较理想的雨淋报警阀。杠杆型雨淋报警阀主要由阀体、阀瓣、推杆、摇臂等组成。平时靠着力点力臂的差异，使推杆所产生的力矩足以将摇臂隔板锁紧，使其保持在关闭位置。活塞型雨淋报警阀的原理与隔膜型相同，只是在结构上用活塞代替了隔膜。

② 雨淋报警阀组固定水喷雾系统工作原理

正常情况下，雨淋报警阀组处于伺应状态，电磁阀处于关闭状态，此时的雨淋报警阀处于密封关闭状态。供水侧管道充满消防水，系统侧管道充满空气。发生火灾时，通过远程或连锁打开电磁阀对雨淋报警阀的控制腔放水泄压，雨淋报警阀被供水侧管道中的消防水冲开，消防水立刻充满系统侧管道，从而实现固定水喷雾系统的启动。

3 供水控制阀的实际应用探讨

GB 50219—2014认为，雨淋报警阀属于水力快开阀，不通过执行机构来开启阀门，一般用于对响应时间要求短的水喷雾系统。电动控制阀或气动控制阀开启时间长，不适用于要求快速响应的系统，仅适用于允许响应时间大于120 s的系统。

从图1可以看出，雨淋报警阀的开关是通过开启供水管道的电磁阀实现水力快开，而一般的气动控制阀或电动控制阀是通过执行机构启闭阀门。两者又有不同，电动控制阀是利用电力直接驱动执行机构，气动控制阀是通过启闭外部气源供气管道上的电磁阀实现阀门开关。电动控制阀一般启闭时间多达10～30 s，供电电源的电压较高且需要设置备用消防电源，较为复杂。因此本文仅对气动控制阀是否适合作为储罐喷淋供水控制阀进行探讨。

按照笔者的设计经验，LPG或LNG供应站储罐喷淋供水控制阀选用气动控制阀时，通常选用气动蝶阀。气动蝶阀具有安装距离小、容易拆装及维修、结构简单紧凑、操作扭矩小、90°回转开启迅速等特点。根据阀门厂家提供的参数，DN 500 mm以下的气动蝶阀无论是单作用式还是双作用式，启闭时间一般为0.1～1.0 s，最长不会超过5 s。而且气动控制阀与雨淋报警阀一样，都是通过控制管路电磁阀的开关实现阀门启闭。在这样的启闭时间下，从设计层面来讲，气动蝶阀能够满足固定水喷雾系统反应时间不大于120 s的要求。

经笔者的调研，现有较多的LPG或LNG厂站中储罐喷淋供水控制阀采用了气动控制阀。根据厂站运营人员的经验，实际消防或进行消防演练时，从发出消防指令到固定水喷雾系统出水，系统响应时间均小于120 s。

4 气动控制阀固定水喷雾系统

4.1 气动控制阀固定水喷雾系统的组成

气动控制阀固定水喷雾系统见图3。

图3 气动控制阀固定水喷雾系统

4.2 气动控制阀固定水喷雾系统的工作原理

正常情况下，供水侧管道上的气动控制阀处于关闭状态，供水侧和系统侧信号阀处于开启状态。供气管道上的阀门和电磁阀处于开启状态，气动执行机构存有动力气体(压缩空气)驱动气动控制阀关闭。发生火灾时，通过远程或连锁关闭供气管道上的电磁阀，停止给气动执行机构供气。气动执行机构失去动力气体驱动，打开气动控制阀。消防水立刻充满系统侧管道，从而实现系统的启动。

与雨淋报警阀组固定水喷雾系统相比，气动控制阀固定水喷雾系统的组成件相对较少，结构简单，容易操作和保养维修。本系统应具备以下功能：

应能气动开启；应具有远程开关、现场手动开关和与火灾报警系统连锁开关功能；应能在消防控制系统中显示气动控制阀的开关状态；应设置可靠的仪表气源；为了保证消防时控制阀的高可靠性，应选用故障开型的阀门；应进行阀门防火保护设计。

4.3 气动控制阀的选型

气动控制阀可以选用气动蝶阀、气动截止阀、气动球阀、气动闸板阀等。气动蝶阀具有安装距离小等诸多特点，设计时一般选用气动蝶阀作为供水控制阀。

5 结论及建议

① 根据现行规范，燃气供应站LPG或LNG储罐固定水喷雾系统中供水控制阀应选用雨淋报警阀，并配置雨淋报警阀组。

② 气动控制阀的开关时间能做到5 s以内，与雨淋报警阀的动作时间相近。实际应用中，以气动控制阀作为供水控制阀的固定水喷雾系统响应时间能够做到小于120 s。气动控制阀作为燃气供应站LPG或LNG储罐固定水喷雾系统供水控制阀是可行的。

③ 建议GB50219—2014在修订时对供水控制阀的实际应用情况进一步调研，调整相关内容。