摘要：球罐在油氣田工廠、液化氣及輕烴液體儲存中試經常使用的一種容器。近年來，球罐已越來越向大型化發展。

　　根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008第8.10.2條規定，液化烴儲罐容積大于100m3時，且小于1000m3，應設置固定式消防冷卻水系統或固定式水炮和移動式消防冷卻水系統。第8.10.8條規定，固定式消防冷卻水系統可采用水噴淋或水噴霧等形式;但當儲罐儲存的物料燃燒，在罐壁可能生成碳沉積時，應設置水噴霧系統。

　　關鍵詞：液化烴球罐,消防設計

　　下面，通過實例，淺談一下液化烴球罐的幾種消防冷卻水系統形式。

　　一、概述

　　液化輕烴的主要成分是：乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烴類組成，在氣態時比重比空氣重，(是空氣的1.5~2.0倍)。液化烴儲罐發生火災的根源是液化烴泄漏。液化烴一旦泄漏，迅速汽化且難以控制。汽化時，從周圍環境吸收大量的熱量，使空氣中的水份冷卻成為細小霧滴，形成液化烴的蒸氣云。液化烴的蒸氣云從泄漏點沿地面向下風向或低洼處漂移、積聚。液化輕烴爆炸極限低(2%~10%體積比)，如大量泄漏遇明火可造成大面積的火災或可燃蒸氣云爆炸事故。液化輕烴的燃燒熱值高，爆炸迅速、威力大，破壞性強，其火焰溫度達200℃以上，極易引起鄰罐的爆炸。

　　二、多齒堰式消防冷卻水系統

　　1. 多齒堰式消防冷卻水系統的組成

　　多齒堰式消防冷卻系統主要由水源、供水設備、供水管道、過濾器等組成，設有自動控制、手動控制和應急操作3種控制方式。系統的控制設備應具有選擇控制方式的功能，并且具有重復顯示保護對象狀態，控制消防水泵啟動狀態，監控主、備電源自動切換功能;除應能啟動著火罐的閘閥，且應能啟動距著火罐1.5倍罐直徑范圍內鄰近罐的閘閥。系統的響應時間不大于60s。

　　2. 多齒堰式消防冷卻水系統的設計計算

　　以廣西防城港某工程3500m3液化烴球罐(R=9467mm)為例:

　　a. 消防冷卻水用水量

　　根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008第8.10.4條規定：

　　著火罐冷卻水供給強度，不應小于9L/min·m2;

　　距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內的鄰近罐的冷卻水供給強度不應小于9L/min·m2;

　　著火罐冷卻面積應按其罐體表面積計算;鄰近罐冷卻面積應按其半個罐體表面積計算;

　　距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內的鄰近罐超過3個時，冷卻水量可按3個罐的使用量計算。

　　b. 多齒堰設計

　　罐頂圓形圍堰直徑D=4400mm，圍堰高度H=400mm，設三角堰寬度b=150mm，堰角度為90°，過堰水深h=75mm。

　　三角堰過堰流量Q1=1.4h5/2=1.4·0.0755/2=0.0022 m3/s

　　三角堰個數N=Q/Q1=77個

　　堰中心間距179.4mm

　　c. 進水管段設計

　　圍堰進水管2根，管徑DN200鍍鋅鋼管，流速V=2.73m/s，損失i=65.2 ‰

　　3. 多齒堰式消防冷卻水系統的優勢

　　a. 系統結構簡單。多齒堰式消防冷卻系統主要由水源、供水設備、供水管道、堰板組成。相對其他固定式消防冷卻水系統供水管應采用兩條的規定，罐頂多齒堰式淋水是其優勢之一，此外系統省去了噴頭、閥組、過濾器等組件，使系統更簡單，施工簡便、易于操作。

　　b. 經濟。系統結構簡單決定了系統具有投資少的優勢。

　　c. 可靠。根據API2510介紹，消防冷卻水的設置方式按可靠性排序為固定淋水—固定水炮—水噴霧。尤其在用海水作為消防水源的場所，該方式避免了因海水的腐蝕作用，管道及管件發生銹蝕或沉垢，造成噴頭、穿孔孔口的堵塞現象，有效地提高了消防冷卻水的安全性和可靠性。

　　d. 維修簡便。系統工藝簡單，維護方便。

　　4. 多齒堰式消防冷卻水系統的劣勢

　　a. 國內對于多齒堰式消防冷卻系統的設計尚且沒有詳細的標準規范，大多數情況下都是憑借前輩的實際經驗和相關圖紙資料，因此對于多齒堰式冷卻系統尚有很多值得討論之處。

　　b. 由于多齒堰式消防冷卻系統依靠水自身的重力使冷卻水沿罐壁流下，在罐壁上形成水膜堆罐體進行冷卻，對于球罐赤道以下的區域冷卻效果不好，需配合水噴霧消防冷卻水系統進行保護。

　　c. 根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008第8.10.8條條文解釋，丁二烯或比丁烷分子量大的碳氫化合物燃燒時，會在鋼的表面形成抗濕的碳沉積，應采用具有沖擊作用的水噴霧系統。因多齒堰式冷卻系統依靠水自身的重力使冷卻水沿罐壁流下，在罐壁上形成水膜，不具備沖擊力，難以將碳沉積層驅散，從而使冷卻效果大大降低。

　　三、水噴霧式消防冷卻水系統

　　1. 水噴霧式消防冷卻水系統的組成

　　水噴霧式消防冷卻水系統主要由水源、供水設備、供水管道、過濾器、控制閥門、地上消火栓、消防水泡、水霧噴頭、供水環管等設備組成，設有自動控制、手動控制和應急操作3種控制方式。系統的控制設備應具有選擇控制方式的功能，并且具有重復顯示保護對象狀態，控制消防水泵啟動狀態，監控主、備電源自動切換功能;除應能啟動著火罐的閘閥，且應能啟動距著火罐1.5倍罐直徑范圍內鄰近罐的閘閥。系統的響應時間不大于60s。

　　2. 水噴霧式消防冷卻系統的設計計算

　　以河南某工程5000m3液化烴球罐(R=10600mm)為例:

　　a. 確定水噴霧式消防冷卻水系統的計算水量Q

　　Q=4∏R2·q

　　Q—計算水量 L/min

　　R—球罐半徑 m

　　q—供水強度 L/min·m2

　　Q =4×3.14×10.62×9

　　=12701.174 L/min

　　b. 確定水噴霧噴頭的噴霧角度β

　　根據噴頭樣本確定，通常情況下為120o噴頭。若角度特殊，則需要向廠家訂制。

　　c. 確定噴頭與罐壁之間的距離

　　根據《水噴霧滅火系統設計規范》GB50219-95第3.2.6條規定，當保護對象為可燃氣體和甲、乙、丙類液體儲罐時，水霧噴頭與儲罐外壁之間的距離不應大于0.7m。通常情況下可近似于消防環管與儲罐外壁的距離，取值為0.65m。

　　d. 噴淋環管根數

　　N =(180/α)+2 α=14(參見附圖)

　　= 14.8≈15

　　h. 確定供水立管根數及管徑

　　可分為四路供水

　　第1、2、3、4、5圈為一路供水，流量為3840L/min，管徑DN200

　　第6、7、8圈為一路供水，流量為4560L/min，管徑DN200

　　第9、10、11圈為一路供水，流量為4240L/min，管徑DN200

　　第12、13、14、15圈為一路供水，流量為2560L/min，管徑DN200

　　i. 注意事項

　　① 噴頭噴口應面向球心

　　② 噴頭水霧錐沿緯線方向相交，經線方向相接

　　③ 球罐赤道以上的環管間距不應大于3.6m。

　　④ 無防護層的球罐鋼支柱和罐體液位計,閥門等處應設置水霧噴頭保護。

　　3. 水噴霧式消防冷卻水系統的優勢

　　a. 目前國內水噴霧式消防冷卻水系統設計工藝成熟，并且有明確詳細的設計規范及標準，這使得設計工作變得有章可循。

　　b. 水噴霧式消防冷卻水系統對于球罐能夠提供更全面的冷卻水保護。

　　c. 根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008第8.10.8條條文解釋，丁二烯或比丁烷分子量大的碳氫化合物燃燒時，會在鋼的表面形成抗濕的碳沉積，應采用具有沖擊作用的水噴霧系統。水噴霧式消防冷卻水系統中，噴頭的工作壓力通常情況下為0.35Mpa,因此水霧對于碳沉積層具有沖擊力，能夠及時驅散他沉積層，從而使冷卻效果大大提高。

　　4. 水噴霧式消防冷卻水系統的劣勢

　　a. 水噴霧式消防冷卻水系統的工藝比多齒堰式消防冷卻系統要復雜許多，因此投資往往高于多齒堰式消防冷卻水系統。

　　b. 可靠性低，尤其在用海水作為消防水源的場所，因海水的腐蝕作用，管道及管件發生銹蝕或沉垢，噴頭會出現堵塞現象。

　　c. 維護復雜，操作不便。

　　四、固定式消防炮冷卻水系統

　　根據《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008第8.10.2條的規定，當采用固定式消防炮作為固定式消防冷卻設施時，其冷卻用水量不宜小于水量計算值的1.3倍，消防水炮保護范圍應覆蓋每個液化烴罐。在國內，多數情況下固定式消防炮被用以配合輔助多齒堰式消防冷卻水系統和水噴霧式消防冷卻水系統。由于本人經驗尚淺，未接觸到固定式消防炮冷卻水系統，所以不對系統進行詳細闡述。

　　參考文獻

　　[1]《水噴霧滅火系統設計規范》GB50219-95

　　[2]辛志云.淺論水噴霧滅火系統在液化烴儲罐消防中的應用[J].新疆化工,2006 ,(02).