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        儲罐兩環(huán)段噴淋圈管對供給強度的影響

        2019-02-14 03:15:04李新川
        安全 2019年1期
        關(guān)鍵詞:火罐罐壁冷卻水

        李新川

        (新疆油田公司消防支隊,新疆 克拉瑪依 834000)

        0 引言

        油罐是用來儲存原油或其他石油產(chǎn)品的容器,大型石油儲罐區(qū)儲存容量大,設(shè)備眾多且功能復雜,出入管線布置繁多,存在較大的火災危險性。隨著國內(nèi)原油輸送及儲備庫逐步建立,各類油罐數(shù)量迅速增加,儲量大于5×104m3、10×104m3及以上容積的,為了提高運行安全水平,減少蒸發(fā)損耗,基本以外浮頂形式為主。對于5×104m3以下的儲罐以固定頂油罐為主。同時,油罐火災危險性大,儲罐發(fā)生火災后,如果固定消防設(shè)施設(shè)置不合理、冷卻水供給強度不夠或者損壞,一旦發(fā)生爆炸或者沸溢噴濺,嚴重影響鄰近油罐和生產(chǎn)設(shè)施的安全,需要調(diào)集大量移動消防力量參與撲救。例如:2010年4月19日18時37分,中石油西北銷售公司商業(yè)儲備庫20000m3內(nèi)浮頂汽油罐發(fā)生火災,由于消防系統(tǒng)損壞無法有效滅火,共調(diào)集40多輛消防車開展火災撲救;2010年7月16日18時12分,大連中石油國際儲運有限公司保稅區(qū)油庫輸油管線爆炸起火,消防設(shè)施被破壞,通過17個消防支隊、220臺消防車、1380余名消防官兵開展滅火,共調(diào)用泡沫液1300余噸,歷時15小時撲滅火災,此次事故造成了巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。

        1 消防冷卻水系統(tǒng)及供給強度的要求

        儲罐消防冷卻水系統(tǒng)有固定、半固定式,罐發(fā)生火災后,啟動消防泵將冷卻水通過消防管網(wǎng)送達罐頂,儲罐頂部設(shè)置環(huán)形噴淋圈管,圈管均勻布置噴頭,通過噴頭噴灑水流,對著火罐和鄰近罐罐壁進行冷卻,控制著火罐火勢、減少熱輻射,保護鄰近罐[1]。

        儲罐固定式消防冷卻水系統(tǒng),冷卻固定頂著火罐冷卻范圍為罐壁外表面,供給強度為2.5L/(min·m2);冷卻外浮頂罐、內(nèi)浮頂罐冷卻范圍為罐壁外表面積,供給強度為2.0L/(min·m2);冷卻相鄰罐冷卻范圍為罐壁外表面積的1/2,供給強度為2.0L/(min·m2)[2]。

        2 儲罐冷卻水噴灑試驗

        選取對象:4座5×103m3儲罐組,單盤易熔內(nèi)浮頂罐,直徑D=24m,罐壁高H=12m,環(huán)形噴淋圈管采取兩環(huán)段形式,如圖1。選擇非收發(fā)油品儲罐,環(huán)境溫度應(yīng)大于消防水結(jié)冰溫度,以免造成管線凍堵。

        圖1 儲罐冷卻情況確定(4座儲罐都需要冷卻)Fig.1 Cooling necessity of the tanks

        冷卻水供給強度:根據(jù)《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》:外浮頂罐、內(nèi)浮頂為2.0L/(min·m2),固定頂罐著火罐2.5L/(min·m2),其鄰近罐2.0L/(min·m2)[3]。

        冷卻范圍:對于外浮頂罐來說,只需冷卻著火罐罐壁表面積,對于地上固定頂油罐來說,需要冷卻著火罐罐壁全部表面積及距著火罐罐壁1.5倍直徑范圍內(nèi)的相鄰地上油罐的一半受熱面[4]。

        時間要求:消防泵啟動后,5min內(nèi)冷卻水送達最不利點。

        打開假設(shè)事故罐的噴淋以及相鄰罐的受熱面噴淋,在罐區(qū)選取位置觀察冷卻水噴淋的工作情況[5],如圖2;啟動消防泵,開始計時,記錄最不利點冷卻水噴淋圈管開始噴水時間,見下表,最后根據(jù)現(xiàn)場冷卻儲罐的總表面積、消防泵流量等參數(shù)核算供給強度是否滿足規(guī)范要求。

        圖2 儲罐固定消防冷卻水系統(tǒng)現(xiàn)場測試Fig.2 Field test of the fixed cooling water system of the tanks

        表 實驗數(shù)據(jù)記錄表Tab Experiment data sheet

        2 消防冷卻水圈管設(shè)置情況分析

        上述案例中,罐區(qū)為4座5×103m3單盤易熔內(nèi)浮頂罐組,環(huán)形噴淋圈管采取兩環(huán)段形式。其中鄰近罐需要開啟全部噴淋才能冷卻受熱輻射面。5×103m3固定頂罐參數(shù)為:直徑D=24m,罐壁高H=12m。

        本次實驗,噴淋圈管在儲罐設(shè)計和施工階段都遵循在儲罐頂部設(shè)置兩個及以上環(huán)段的規(guī)范要求。但通過測試,儲罐消防冷卻水系統(tǒng)噴淋圈管設(shè)置不合理。對于四罐布置在一個罐組內(nèi)的情況,鄰近罐只開啟一半冷卻水環(huán)段是無法滿足對受熱輻射面全部冷卻的需求,而且環(huán)段末端正對著火罐,那么鄰近罐需要開啟全噴淋才能滿足規(guī)范規(guī)定的冷卻要求,如果開啟鄰近罐的全部噴淋,造成供給強度不足和延續(xù)滅火時間不足的問題,如圖3。

        按照規(guī)范要求:著火罐冷卻全表面,供給強度為2.5L/(min·m2),鄰近罐冷卻表面積的一半,供給強度為2.0L/(min·m2)。

        圖3 儲罐冷卻水圈管環(huán)段設(shè)置情況Fig.3 Ring loop of cooling water system for heat exposure protection

        在設(shè)計過程中進行總用水量計算時,按照固定頂罐著火罐2.5L/(min·m2),其鄰近罐2.0L/(min·m2)參數(shù)進行計算,儲罐實際冷卻水供給強度應(yīng)該小于2.5L/(min·m2),大于2.0L/(min·m2)。著火罐表面積為75.36m2,著火罐供給強度為R1=2.5L/(min·m2),需要冷卻水流量為188.4L/min。

        3座臨近罐各需要冷卻一半表面積:113.04m2,鄰近罐供給強度為R2=2.0L/(min·m2),需要冷卻水流量為226.08L/min;總的冷卻水流量為414.48L/min:

        4×5000m3罐區(qū)實際需要冷卻的鄰近罐表面積為150.72m2,4×5000m3罐區(qū)實際冷卻水供給強度為1.83L/(min·m2),著火罐和鄰近罐的供給強度均達不到規(guī)范中2.5L/(min·m2)的要求。

        3 對冷卻水圈管設(shè)置的建議

        現(xiàn)行規(guī)范《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》中對儲罐消防冷卻水系統(tǒng)噴淋圈管應(yīng)該設(shè)置要求兩個及以上環(huán)段,且每一個環(huán)段都要有獨立的立管從環(huán)網(wǎng)連接出來,送至罐頂。為了節(jié)省投資,設(shè)計部門往往只選擇兩個環(huán)段,這種設(shè)計滿足規(guī)范要求。

        從本次抽樣測試來看選擇測試的4座容積為5×103m3的儲罐,噴淋圈管環(huán)段均為兩個環(huán)段。在著火罐冷卻要求方面,《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》要求儲罐間距在著火罐半徑1.5倍范圍內(nèi)的,均需要進行冷卻,著火罐需要冷卻全部表面,臨近罐只需冷卻靠近著火罐的一半表面,然而通過實際測試來看,作為臨近的3號罐卻需要打開了全噴淋,主要原因是3號罐的兩段噴淋圈管末端斷開處正對1號著火罐,只有開啟全噴淋才能夠滿足冷卻受輻射熱一半罐壁的要求,這樣就造成總的冷卻表面積增加了1/2罐壁表面積,造成冷卻水供給強度不足。著火過程中,如果冷卻強度不夠,會造成火勢擴大或者其他次生災害。

        建議在儲罐噴淋圈管設(shè)計的時候,一個罐組只有兩座儲罐時,可以考慮設(shè)置兩個環(huán)段,只要任一儲罐的環(huán)段末端沒有正對其臨近罐,就滿足設(shè)計要求和工程實際要求。但是,更加常見的每個罐組4個以上儲罐的,這種情況下仍然選用兩個環(huán)段,就會造成總的冷卻面不符合規(guī)范要求,當冷卻面積達到規(guī)范要求時,供水強度就無法達到設(shè)計值的要求。

        建議對規(guī)范中著火罐和臨近罐供水強度均要求為2.5L/(min·m2),冷卻水噴淋圈管設(shè)置為四段以上。

        4 結(jié)論

        對4座5×103m3儲罐進行了消防冷卻水系統(tǒng)噴灑實驗發(fā)現(xiàn):

        (1)儲罐冷卻水噴淋圈管設(shè)置不合理,通過噴灑實驗分析計算,著火罐實際冷卻水供給強度為1.83L/(min·m2),小于規(guī)范要求的2.5L/(min·m2)。

        (2)對油罐固定消防冷卻水系統(tǒng)的噴灑實驗,可以對系統(tǒng)整體性能進行檢驗,及時診斷系統(tǒng)存在的問題。

        本文通過對4罐罐組冷卻水系統(tǒng)實際測試,發(fā)現(xiàn)其設(shè)計中存在不足,希望設(shè)計、施工部門能引起重視,共同促進石油化工單位油罐的消防安全管理和技術(shù)工作。

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