沈宏偉

(山西省化工設計院， 山西 太原 030024)

水幕系統(tǒng)在液氨罐區(qū)的應用

沈宏偉

(山西省化工設計院， 山西 太原 030024)

液氨罐區(qū)為使用液氨工廠內(nèi)的重大危險源，容易發(fā)生泄露、爆炸等事故，因氨氣具有很強的毒性和腐蝕性，發(fā)生事故后會對人員造成很大傷害。所以為了確保液氨儲罐安全運行和事故時減少傷害，需要對液氨罐區(qū)的消防設計加以改進，在規(guī)范原有規(guī)定的基礎上再增加水幕設計，使液氨罐區(qū)更加安全、可靠的運行。

液氨儲罐區(qū)；水幕系統(tǒng)；消防設計；泄露；自噴系統(tǒng)

液氨是一種易燃、易爆、有毒的化學危險品，易溶于水。液氨揮發(fā)出的氨氣與空氣形成的混合物的爆炸極限是15.7～27.4%，其火災危險性類別屬于乙類第2項。根據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》(GB18218-2009)的規(guī)定氨的臨界重量為10噸。電廠、化工廠等的液氨罐區(qū)儲存容量一般都遠超臨界重量，所以使用液氨的工廠內(nèi)液氨儲罐區(qū)屬于重大危險源。

1 水幕系統(tǒng)簡介

水幕系統(tǒng)是由雨淋閥、水幕噴頭或開式灑水噴頭、水流報警裝置、信號閥、除污器、管網(wǎng)、消防水泵及水池等組成的一種開式消防給水系統(tǒng)。水幕消防給水系統(tǒng)是通過消防水泵從水池吸水加壓后送至管網(wǎng)，從特制的噴頭處以一定的壓力將水噴出灑成幕簾狀，用于擋煙阻火和冷卻分隔物的自動噴水系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以提高分隔物的耐火性能或阻止煙氣和火焰從開口部位穿過。消防水幕按照其作用，大致可以分為2個類型: 第一類是防火分割型水幕，它通過噴頭的密集噴灑形成水墻或水簾，阻止煙氣或火焰通過防止火焰蔓延擴大，或降低通過水幕的火焰和煙氣溫度。第二類是防護冷卻型水幕，也就是起冷卻保護作用的。它是用以冷卻防火卷簾、儲罐外壁等分隔物的水幕。所以水幕消防系統(tǒng)在防火、滅火中主要承擔阻火、隔火和冷卻作用。近年來，水幕消防系統(tǒng)在液氨泄漏事故處理和救援中所顯現(xiàn)的對氨氣吸收、稀釋的效果，引起了相關部門的關注，實踐證明消防水幕既有滅火、阻火的作用，又有吸收稀釋氨氣，防止氨氣擴散的作用。

該系統(tǒng)為穩(wěn)壓系統(tǒng)，即正常情況下通過穩(wěn)壓設備來維持系統(tǒng)的壓力，事故時通過壓力自動連鎖開啟水幕水泵，實現(xiàn)實時供水。水幕系統(tǒng)的主要部件為雨淋閥，此閥正常情況時常閉，閥前為壓力水，閥后為開式系統(tǒng)。設計通過雨淋閥來控制系統(tǒng)的開、停。雨淋閥的控制方式靈活，有多種不同的控制方式，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況來操作。雨淋閥大致有三種啟動方式：1)通過罐區(qū)設置的氨氣濃度檢測儀來自動控制，即設定一個值當氨氣濃度檢測儀檢測到氨氣濃度超過了這個值就自動開啟雨淋閥。2)控制室手動遠程啟動，即在控制室設置專用線路連接的手動直接啟動按鈕。3)現(xiàn)場手動開啟，即在現(xiàn)場直接開啟雨淋閥。

2 水幕系統(tǒng)設計

通過現(xiàn)場實際考察，液氨儲罐區(qū)一般都設有遮陽棚。液氨泄漏出來以后會瞬間氣化，迅速擴散至整個罐區(qū)。如果不在罐區(qū)周圍設置水幕，氨氣會很快擴散至遮陽棚外。所以設計思路為在罐區(qū)四周，遮陽棚下設置開式灑水噴頭，這樣遮陽棚和四周的水幕就可以組成一個封閉的空間把泄露出來的氨氣封存在這個空間內(nèi)，阻止它外泄，最大限度減少損失，為事故處理贏得時間[1-2]。

參考《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50084-2001)[3]規(guī)定，用于防火分隔水幕系統(tǒng)的噴水強度為2L/s.m，下面以山東魏橋鋁電公司熱電廠技改二廠氨區(qū)水幕裝置工程為例進行水幕系統(tǒng)設計。

該公司廠址位于山東省鄒平縣，液氨儲罐區(qū)有兩臺單罐容積為150m3的臥式儲罐，占地為長20m，寬15m，遮陽棚高度為9米，該罐區(qū)已有罐體噴淋設施和消防水炮，但泄露試驗效果不太理想，一定距離外氨氣濃度還很高，不能達到《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》(GBZ1-2010)規(guī)定的小于30 mg/m3的安全值，所以決定在原有消防設計的基礎上再增加水幕系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定的噴水強度計算該儲罐區(qū)設置水幕系統(tǒng)需水量為：q=140L/s，在滿足噴水量的前提下，在遮陽棚下儲罐四周布置兩圈消防管道，以滿足規(guī)范中對水幕墻的寬度不小于6米的規(guī)定[4]。系統(tǒng)平面布置如圖1所示。

消防持續(xù)時間參考《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50084-2001)規(guī)定按1小時考慮，所以水幕系統(tǒng)總需水量為：Q=504 m3，配套建一座蓄水池和一座水泵房，事故排水排入現(xiàn)場已有的事故池，處理后回用?，F(xiàn)場施工完畢后系統(tǒng)噴水試驗效果見圖2。

圖1 水幕系統(tǒng)平面布置圖

圖2 水幕系統(tǒng)噴水試驗圖

3 效果檢測

在現(xiàn)場通過試驗的方法驗證水幕系統(tǒng)的效果，在罐區(qū)設置一小容量氨氣氣瓶，假設該氣瓶出口管道上法蘭處墊片出現(xiàn)損壞，發(fā)生了氨氣泄露事故。事故發(fā)生時罐區(qū)的氨氣濃度檢測儀檢測到氨氣濃度超過規(guī)定值，然后開啟原有的噴淋系統(tǒng)，開啟后氨氣濃度還在繼續(xù)升高，當濃度升高到一定值后開啟罐區(qū)原有消防炮，可以看出剛開啟時氨氣濃度出現(xiàn)下降，當下降到一定值后又開始上升，不過上升的速率沒有開啟水炮前大。然后從550s時開始開啟水幕，可以看到氨氣濃度開始明顯下降，到750s時，氨氣濃度處于25mg/m3左右并趨于平穩(wěn)，該濃度符合《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》(GBZ1-2010)規(guī)定的小于30 mg/m3的安全值，由此可見水幕的阻隔效果是十分顯著的。檢測數(shù)據(jù)圖見圖3。

圖3 試驗條件下氨氣濃度隨時間變化圖

4 結論

通過以上驗證，水幕系統(tǒng)對有害氣體的阻隔效果是很明顯的，尤其是對易溶于水的氣體阻隔效果更為明顯。因為易溶氣體在穿越水幕墻時，很大一部分會被溶解稀釋，從而降低氣體的濃度。所以在液氨儲罐區(qū)周圍設置水幕墻能有效地阻擋有毒有害氣體的蔓延，為人員疏散和事故處理爭取寶貴的時間。規(guī)范合理的設計使用消防水幕，可進一步提高事故現(xiàn)場的可控度，把現(xiàn)場處置的功效發(fā)揮到最大，盡可能地減少泄露事故造成的財產(chǎn)損失和人員傷亡。國內(nèi)外的科學家都做過消防水幕對氨氣的阻隔效果的研究，根據(jù)相關文獻報告和研究實驗結果表明水幕對氨的阻隔效果可達到92%。

綜上所述液氨罐區(qū)增加水幕設計是安全可行的，也是合理的。其效果是可靠的、有保證的。

[1] 張 晶.火電廠煙氣脫銷工程液氨儲罐區(qū)消防設計[J].華電技術，2012 , 34 (10) :12-13.

[2] 高 揚，廖 鑫.消防水幕對有害氣體阻隔效果的試驗研究[J].中國安全科學學報， 2011 , 21 (5) :77-82.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB50084-2001，自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2005.

[4] 中國石油化工集團公司.GB50160-2008，石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

(本文文獻格式：沈宏偉.水幕系統(tǒng)在液氨罐區(qū)的應用[J].山東化工，2017，46(20)：107-108，110.)

TheApplicationofWaterCurtainSysteminLiquidAmmoniaTankArea

ShenHongwei

(Shanxi Provincial Chemical Desing Institute，Taiyuan 030024,China)

The liquid ammonia tank area is a major hazard in the plant that Useing ammonia,It is easy to occur leak, explosion and other accidents. Because ammonia have highly toxic and corrosive, it can cause great harm to personnel after the accident. So in order to ensure liquid ammonia tank safe operation and Reduce damage in accidents, Need to improve fire protection design in liquid ammonia tank area, On the original regulation basis add the water curtain design, Make the liquid ammonia tank more safe and reliable to run.

the liquid ammonia tank area；water curtain system; fire protection design; let out; automatic sprinkler system

2017-08-22

沈宏偉(1980—),本科，工程師，2005年畢業(yè)于蘭州交通大學，給排水專業(yè)。

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