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        石油化工管廊下熱油泵的水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2015-05-30 10:48:04王耀東
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年29期
        關(guān)鍵詞:解決方案

        王耀東

        摘 要:針對(duì)石油化工裝置用地緊張,裝置內(nèi)常規(guī)消防保護(hù)設(shè)施存在局限的情況下,文章對(duì)管廊下熱油泵的消防保護(hù),引入水噴霧滅火系統(tǒng),提出了一種安全可行的解決方案。

        關(guān)鍵詞:石油化工裝置;熱油泵;水噴霧滅火系統(tǒng);解決方案

        1 概述

        熱油泵也稱熱油循環(huán)泵,是一種常見(jiàn)的用來(lái)輸送熱介質(zhì)的載熱體輸送泵,因泵內(nèi)可燃液體溫度常常高于自燃點(diǎn),一旦泄露極易引起火災(zāi)事故。

        管廊是石化裝置的重要組成部分,上部集中密集布置著各種管線,下部布置著泵及其他設(shè)備,熱油泵經(jīng)常布置在管廊一側(cè),常規(guī)情況下,多采用在附近道路一側(cè)布置消火栓的方式對(duì)其進(jìn)行保護(hù),但近年來(lái),隨著裝置用地日益緊張,裝置內(nèi)設(shè)備和管線布置的空間被大大縮小,管道和設(shè)備之間互相遮擋嚴(yán)重,無(wú)法達(dá)到有效保護(hù)目的,而且,由于發(fā)現(xiàn)時(shí)火災(zāi)已經(jīng)蔓延,難以控制,這時(shí),尋找一種安全有效的手段來(lái)預(yù)防控制火災(zāi),保護(hù)熱油泵,顯得尤為重要。

        水噴霧滅火系統(tǒng)可用于撲救固體火災(zāi)、閃點(diǎn)高于60℃的液體火災(zāi)和電器火災(zāi)。并可用于可燃?xì)怏w和甲、乙、丙類(lèi)液體的生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置或裝卸設(shè)施的防護(hù)冷卻。某些危險(xiǎn)固體如火藥和煙花爆竹引起的火災(zāi)。它是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細(xì)小的水霧滴進(jìn)行滅火或防護(hù)冷卻的一種固定式滅火系統(tǒng)。其特點(diǎn)是水的利用率極大提高,細(xì)小的水霧滴幾乎可完全汽化,冷卻效果好,產(chǎn)生膨脹約1680倍的水蒸汽可形成窒息的環(huán)境條件。其滅火機(jī)理主要是表面冷卻、蒸汽窒息、乳化和稀釋作用等。

        文章就某石化裝置內(nèi)管廊下熱油泵的水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)述,為此類(lèi)設(shè)備的消防保護(hù)提供參考和借鑒。

        2 工程介紹

        某裝置內(nèi)有2組4臺(tái)熱油泵溫度均大于300℃,根據(jù)工藝要求這兩組泵就近布置,共用一臺(tái)雨淋閥,因裝置空間緊張,管道管架布置較密,無(wú)法選用固定水炮進(jìn)行保護(hù),根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008中8.6.3條規(guī)定,工藝裝置內(nèi)固定水炮不能有效保護(hù)的特殊危險(xiǎn)設(shè)備及場(chǎng)所宜設(shè)水噴淋或水噴霧系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用水噴霧滅火系統(tǒng)。

        水噴霧滅火系統(tǒng)是一種局部滅火系統(tǒng),一般由火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)、水霧噴頭、雨淋閥、過(guò)濾器、減壓閥和管道等組成。水噴霧工藝流程如圖1所示。

        3 設(shè)計(jì)要求

        3.1 相關(guān)規(guī)范要求

        《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008中規(guī)定,水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求:(1)系統(tǒng)供水的持續(xù)時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間及控制方式等應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的性質(zhì)、操作需要確定;(2)系統(tǒng)的控制閥可露天設(shè)置,距被保護(hù)對(duì)象不宜小于15m;(3)系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)及工作狀態(tài)應(yīng)在控制室控制盤(pán)上顯示;(4)本規(guī)范未作規(guī)定者,應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50219)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

        《石油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3011-2011中5.9.7條規(guī)定,“液化烴泵、操作溫度等于或高于自燃點(diǎn)的可燃液體泵不宜布置在管廊或可燃液體設(shè)備的下方,否則應(yīng)設(shè)置水噴霧(水噴淋)系統(tǒng)或用消防水炮保護(hù)?!?/p>

        3.2 流量及強(qiáng)度要求

        根據(jù)《霧規(guī)》(GB50219-1995)3.1.5.1條,“當(dāng)保護(hù)對(duì)象外形不規(guī)則時(shí),其保護(hù)面積應(yīng)按包容保護(hù)對(duì)象的最小規(guī)則形體的外表面面積確定”。

        根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-2008中8.6.6條規(guī)定,“液化烴泵、操作溫度等于或高于自燃點(diǎn)的可燃液體泵,當(dāng)布置在管廊、可燃液體設(shè)備、空冷器等下方時(shí),應(yīng)設(shè)置水噴霧(水噴淋)系統(tǒng)或用消防水炮保護(hù)泵,噴淋強(qiáng)度不低于9L/m2·min”。

        根據(jù)表1,持續(xù)時(shí)間選擇0.5h。

        3.3 雨淋系統(tǒng)

        雨淋系統(tǒng)是指由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)或傳動(dòng)管控制,由自動(dòng)開(kāi)啟雨淋報(bào)警閥和啟動(dòng)供水泵后,向開(kāi)式灑水噴頭供水的開(kāi)式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),亦稱開(kāi)式系統(tǒng)。本系統(tǒng)的雨淋閥組設(shè)在管橋下熱油泵附近柱子內(nèi)側(cè),進(jìn)水管與地下消防水主管道連接,出水管向上橫跨過(guò)管廊后向下連接噴淋主管。在熱油泵處設(shè)火焰探測(cè)器,并與雨淋閥進(jìn)行聯(lián)鎖,火災(zāi)發(fā)生時(shí),火焰探測(cè)器報(bào)警信號(hào)通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置開(kāi)啟雨淋閥的泄壓電磁閥排水,使雨淋閥自動(dòng)開(kāi)啟。熱油泵的絕緣防護(hù)等級(jí)均按IP55選用,可防止噴淋時(shí)發(fā)生電氣事故。

        3.4 管道及噴頭布置

        水噴霧滅火系統(tǒng)主管從全廠穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)主管接出,圍繞泵體分上下兩層布置,具體如圖2所示,因?yàn)橛玫鼐o張,熱油泵距管橋斜撐較近,這給水噴霧管道的布置與消防噴頭的設(shè)置造成很大的阻礙。因此,必須根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)選擇重點(diǎn)保護(hù)部位,在地面相應(yīng)管道需支位置做埋件以便于支架的焊接,并使固定后管道上的水霧噴頭能夠完全覆蓋重點(diǎn)保護(hù)部位,如介質(zhì)出入口法蘭連接處等易漏油部位增加噴頭保護(hù),同時(shí)還必須考慮熱油泵內(nèi)部流體漏出后的流動(dòng)造成火勢(shì)的蔓延,故在熱油泵底盤(pán)周?chē)丝紤]設(shè)置水霧噴頭,以阻止火勢(shì)的擴(kuò)大。在其他部位設(shè)置較小流量個(gè)數(shù)較少噴頭以達(dá)到整體降溫目的。在現(xiàn)場(chǎng)施工中出現(xiàn)一個(gè)棘手問(wèn)題就是在斜撐阻擋部位的噴頭與被保護(hù)熱油泵的表面距離不能滿足要求,后來(lái)根據(jù)具體情況采取管道繞過(guò)斜撐并從兩側(cè)加設(shè)噴頭并使被保護(hù)位置為兩噴頭噴射夾角最強(qiáng)重合點(diǎn)以達(dá)到完全覆蓋的目的。

        3.5 噴頭布置特點(diǎn)

        水霧噴頭是水噴霧滅火系統(tǒng)的終端元件,是一種開(kāi)式噴頭。水霧噴頭在一定壓力作用下,利用離心或撞擊原理將水流分解為直徑1mm以下的水滴形成水霧,并按設(shè)計(jì)的灑水形狀噴出,直接覆蓋于設(shè)定得保護(hù)物體外表面,促使蒸汽稀釋和散發(fā),起到滅火、控火、封堵隔斷、冷卻、暴露防護(hù)及預(yù)防火災(zāi)的作用。在本設(shè)計(jì)中,由于保護(hù)對(duì)象是可燃液體,主要以滅火、控火為主,要求完全覆蓋保護(hù)對(duì)象,噴頭在噴射時(shí)在保護(hù)對(duì)象表面形成連續(xù)完整的水膜,矩形布置,采用高速水霧噴頭,噴頭之間的距離不大于1.4倍的水霧噴頭的水霧錐底圓半徑,距泵體外壁的距離不大于0.7m。由于噴頭流量較大,選用水霧噴頭霧化角采用120°較合適,為了達(dá)到較好的防護(hù)效果,噴霧保護(hù)范圍要有15%-20%的保護(hù)半徑搭接,具體如圖3所示。

        4 系統(tǒng)計(jì)算

        (1)確定保護(hù)面積。按完全覆蓋對(duì)象布置,分別計(jì)算上、下及側(cè)表面面積。重點(diǎn)保護(hù)部位為泵體及泵進(jìn)出口管道上的易泄漏部位,如法蘭連接處。噴淋強(qiáng)度不低于9L/m2·min。

        (2)計(jì)算設(shè)計(jì)流量。根據(jù)水噴霧滅火設(shè)計(jì)規(guī)范第3.1.2條對(duì)噴霧強(qiáng)度及持續(xù)噴霧時(shí)間的要求,確定對(duì)泵的設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為20L/(min·m2),最小持續(xù)噴霧時(shí)間為0.5h。本項(xiàng)目擬采用ZSTWC型高速水霧噴頭,其流量系數(shù)K=43,噴頭工作壓力P取0.35MPa,故本項(xiàng)目中噴頭的設(shè)計(jì)流量為:

        (6)減壓閥水力計(jì)算

        由于水噴霧系統(tǒng)通過(guò)雨淋閥由全廠穩(wěn)高壓消防系統(tǒng)接出,為滿足噴頭水壓要求,必須通過(guò)對(duì)最不利點(diǎn)噴頭水壓水量的計(jì)算,求出所有支管及主管水壓水量,并根據(jù)管網(wǎng)壓力情況設(shè)置減壓閥。

        根據(jù)水噴霧滅火設(shè)計(jì)規(guī)范4.0.6,管道采用內(nèi)外鍍鋅無(wú)縫鋼管。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)的水流速度宜采用經(jīng)濟(jì)流速,根據(jù)工程算例分析和有關(guān)手冊(cè)及文獻(xiàn)介紹,配水干管和配水支管設(shè)計(jì)流速采用一般不宜超過(guò)3m/s,常用1.3~2.5m/s。

        《噴霧規(guī)范》第3.1.3條規(guī)定“當(dāng)用于滅火時(shí)水霧噴頭的工作壓力不應(yīng)小于0.35MPa”,故最不利噴頭的起始?jí)毫?yīng)按0.35MPa計(jì),計(jì)算公式為q=√BH。因?yàn)閲婎^最小壓力要求為0.35MPa,要求減壓閥后最小壓力為P=0.11375+0.35=0.42375MPa,即為減壓閥后壓力,加上其他噴淋損失,取0.5MPa,因消防水管網(wǎng)壓力范圍為0.8~1.2MPa,故減壓閥閥前壓力取0.8~1.2MPa(閥前壓力損失忽略不計(jì)),閥前后壓力為1.2/0.5,啟閉壓差正常值為0.8-0.5=0.3MPa,啟閉壓差最大值為1.2-0.5=0.7MPa。由于水噴霧系統(tǒng)采用開(kāi)式噴頭,應(yīng)根據(jù)特性系統(tǒng)法計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)際流量、水頭損失等,若用估算法則偏差較大,可能會(huì)導(dǎo)致噴出的不是水霧。

        計(jì)算中應(yīng)隨時(shí)校核噴頭的設(shè)計(jì)值是否在其正常值范圍內(nèi),ZSTG10/114型高速噴射器的正常工作壓力為0.28-0.5MPa,對(duì)應(yīng)的正常流量為1.22范圍內(nèi)。計(jì)算完畢還應(yīng)校核每個(gè)管段流速(見(jiàn)表1)。各管段流速V<5m/s,符合《噴霧規(guī)范》的規(guī)定。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        管廊區(qū)在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中擔(dān)負(fù)主要生產(chǎn)物料的輸送作用,作用至關(guān)重要,同時(shí)也存在較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性和危害性,采用水噴霧滅火系統(tǒng),可以較好地解決局部地區(qū)消防系統(tǒng)無(wú)法覆蓋而造成的火災(zāi)隱患,由火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)監(jiān)視到火災(zāi)后將信號(hào)傳至控制室,進(jìn)而開(kāi)通雨淋閥,噴頭打開(kāi)對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行防護(hù),起到及時(shí)撲滅火災(zāi)并防止火災(zāi)蔓延的作用,為裝置的安全運(yùn)行提供了一種有效的消防保護(hù)方法。

        參考文獻(xiàn)

        [1]GB50219-95.水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,1995.

        [2]GB50160-2008.石油化工企業(yè)防火規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2008.

        [3]SH3011-2011.石油化工工藝裝置布置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)石化出版社,2011.

        [4]GB50084-2001.自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)石化出版社,2005.

        [5]徐文.大型化工裝置水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A].2001年全國(guó)工業(yè)用水與廢水處理技術(shù)交流會(huì)論文匯編[C].

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