丙烯球罐区的消防安全设计方案.docx

丙烯球罐区的消防平安设计方案一、球罐区消防平安的考前须知1、消防给水系统在消防用水由工厂水源直接供给时，工厂给水管网的进 水管不应少于两条。当其中一条发生事故时，另一条应能通 过100%的消防用水和70%的生产、生活用水的总量。在消防用水由消防水池供给时，工厂给水管网的进水 管，应能通过消防水池的补充水和100%的生产、生活用水 的总量。(1)水池的容量，应满足火灾延续时间内消防用水总量 的要求。当发生火灾能保证向水池连续补水时，其容量可减 去火灾延续时间内的补充水量；(2)水池的容量小于或等于1000立方米时，可不分隔， 大于1000立方米时，应分隔成两个，并设带阀门的连通管;(3)水池的补水时间，不宜超过48小时；(4)当消防水池与全厂性生活或生产平安水池合建时，应有消防用水不作他用的技术措施；(5)寒冷地区应设防冻措施。2、罐区的消防护层的球罐钢支柱和罐体液位计、阀门等处应设水雾喷头保 护。(1)经线方向喷头布置(水雾锥宜相接)假设设置10圈水平环管，喷头与罐外壁间距为0.65m,喷头的雾化角p的计算如下：每圈环管上均匀分布的喷头均指向球心，那么冷却保护的 罐壁为对应球心角为a的环状罐壁。当n=10时,a=18°,球罐半径r=8.31/2=4.155m,那么喷头 的雾化角B见以下图：图：喷头的雾化角sin(a/2)=R/rR=0.156x4.155=0.648mtg(p/2)=R/0.65+r-rcos(a/2)=0.648：0.65+ (4.155-4.155x0.988)=0.9257p/2 = 42.79°0= 85.58。因此选取雾化角为90。的喷头，设置10圈水平环管，可以满足要求。(2)纬线方向喷头布置(水雾锥应相交)纬向水雾喷头按矩形布置，喷头之间的间距按1.4倍的水雾锥底圆半径，即水雾喷头之间的距离(近似弧长) D=0.648xl.4=0.90(m)o4、设计冷却水喷雾强度核算水喷雾冷却系统的设计流量按下式计算：Qs=kQj式中：Qj系统的计算流量，L/min；Qs系统的设计流量，L/min；k平安系数，取值范围1.05 1.10。0 砺式中：K-水雾喷头的流量系数，由生产厂提供。P-水雾喷头的工作压力，MPa0着火罐冷却水供给强度，不应小于9L/ (min-m2)。下面 以喷头菱形布置的球罐为例，核算单位外表积的设计水喷雾 强度是否到达规范规定的要求。图1喷头菱形布置2喷头矩形布置(1)喷头菱形布置时，每个喷头的有效保护面积S为外 接圆半径等于水雾锥底圆半径R的正六边形的面积，即图1 中阴影局部的面积。S菱=-j Vi/?2 =g保护对象的设计水喷雾强度：W=Qs/S 菱二kQj/S 菱式中：W系统的设计水喷雾强度，L/ (min-m2)o按最不利情况，B=0.65m, 9=90。，k=1.05, P=0.35 MPa代人，得：W= (1.05-K-1.87) / 2-tg245°) =1.7888K因 为 W=1.7888K ,应大于9L/min . m2 ,所以 K>9-1.7888=5.03可见，只要选用K>5.03的水雾喷头，即可满足规范要求。(2)喷头矩形布置时，每个喷头的有效保护面积S为外接圆半径等于水雾锥底圆半径R的正四边形的面积，即图2中 阴影局部的面积。S矩= 27? 2 =2B2fg2 亨保护对象的设计水喷雾强度：W=Qs/S 矩=kQj/S 矩按最不利情况，B=0.65m, 0 = 90°, k= 1.05, p=0.35MPa 代人，得：W= (1.05-K-1.87) / (2065*45。) =2.3237K因 为 W=2.3237K 应大于 9L/min . m2 所以 K>9/2.3237=3.87可见，只要选用K>3.87的水雾喷头，即可满足规范要 求。针对丙烯储罐火灾特点，水喷雾系统可有效地控制丙烯 储罐初期火灾，防止恶性爆炸事故发生。在进行水喷雾冷却 系统工程设计计算时，将罐上喷头的工作压力设为一定值， 水量及管径的计算和管道布置均按这一设定运作，这样简化 了设计计算。因固定式消防用水量为着火罐和邻近罐用水量 之和，邻近罐的用水量是着火罐的1/2,在配管时应考虑如 何才能实现这种水量的关系，本设计将每座球罐的环状管网 分为互不连通的4段，每段环管单独一个立管引出防火堤外, 在距被保护罐15m以外设有雨淋阀组间，控制喷淋系统。着 火时可以控制邻近罐的喷淋水量，保证了消防用水量，这样也满足了夏季防晒喷淋降温的要求。四、球罐区消防系统的监督与维护减少球罐区的火灾危害，除了在硬件上下功夫外，更重 要的是以人为本，在管理上下功夫，制定一整套球罐区平安 防范措施。对于关键机组，如压缩机、冷冻机，实行特护机 组维护制度，使机、电、仪、操、管五位一体化。(1)建立罐区各级管理人员和操作人员的岗位平安责任 制，明确“谁的岗位，谁负责”。加强职工的技术培训，提供 操作技能，坚持平安生产思想教育，提高责任心，防止误操 作。(2)球罐区要严格按压力容器平安检查规程定期进行 检查，其平安附件也须定期检查核对，设备部门必须确保密 封点泄漏率小于0.5%。，仪表完好率、使用率95%以上，自 控率达90%以上，并有设备抢修措施。(3)定期对球罐的压力、液面、温度进行检查分析，对查 出的隐患和问题及时整改。每年在雷雨季节到来之前，请有 资质的避雷静电检测中心对所有球罐的避雷静电设施进行 测试，对不合格的及时进行整改。(4)球罐区属特级动火区，如需动火，须由企业主管领导 或其委托人特批，落实平安措施，方可动火。(5)建立液态燃应急处理预案，尤其是泄漏应急预案更是 至关重要。罐区应设置消防冷却水系统，储罐容积大于lOOn?时， 应设置固定式消防冷却水系统和移动式消防冷却供水系统。 当储罐容积小于或等于lOOn?或储罐设有隔热层时，可不设 固定式消防冷却水系统。移动式消防冷却供水系统应能满足 消防冷却总用水量的要求。罐区的消防冷却总用水量，应按 储罐固定式消防冷却用水量和移动式消防冷却用水量之和 计算。（1）固定式消防冷却水系统的用水量计算，应符合以下 规定：1）着火罐冷却水供给强度，不应小于9L/min.m2；2）距着火罐1.5倍着火罐直径范围内的邻近罐冷却水供 给强度，不应小于4.5L/min-m2；3）着火罐和邻近罐的冷却面积，应按其外表积计算。（2）移动式消防冷却用水量，应按罐区内最大一个储罐 用水量确定，并应符合以下规定：1）储罐容积小于400立方米时，不应小于30L/s,大于 或等于400立方米时，不应小于45L/S；2）当罐区只有一个储罐时，计算用水量可减半；3）当设有可供消防车取水的消防循环水池时，移动式冷 却用水量可不计入消防冷却总用水量中。固定式消防冷却水系统可采用水喷雾、多孔管式水喷淋 或多齿堰式淋水等型式；但当储罐储存的物料燃烧，在罐壁 可能生成碳沉积时，应设水喷雾。3、球罐的平安措施(1)储罐强度应符合设计要求，要把好罐体的选材、材 料制作工艺、焊接工艺和壁厚关，罐材应用16MnR> 16MnV 钢，不准使用A3钢、沸腾钢和含碳量大于0.24%的材料， 罐体应进行热处理，以消除焊接过程中造成的应力变化，焊 接要经过100%的无损探伤，安装时应选择刚性不燃的坚固 基础作为罐体基座，罐距地面的高度一般不小于1.5 m,以 便接管操作和检修。(2)储罐应设液位计、压力表、平安阀、紧急切断装置 及防冻排污阀、温度计，以及高液位、超压报警装置，储罐 的平安阀及放空管应接入全厂性火炬。独立的放空管应通往 平安地带。(3)储罐应设置静电接地及防雷设施，储罐防雷接地点 不应少于2个，接地点离储罐周边的间距不宜小于30 m,接 地电阻不应小于10Q,为了便于正确检测，接地线应作可拆 装处理。止匕外，为消除由于管内液态垃流动与管壁摩擦产生 的静电，液态烧工艺管道，不带电的金属局部，都应可靠接 地保护，接地电阻不得大于10Q,所有法兰及丝扣连接处应 焊上导线或用铜片跨接。(4)紧急泄压放空设施，采取的措施有两种：一种是有 平安泄压阀和放空管经密闭管道泄放至火炬系统燃烧放空； 二是倒罐泄压，即设置应急管线，使物料平安转移至备用储 罐。(5)储罐脱水应该用二次脱水装置，储罐根部阀不能常 开，脱水系统应有伴热功能。(6)液态燃类罐组应该按规范要求设置可燃气体检测报 警器，罐区内电器设备均应防爆。(7)为防止火灾时储罐超温超压而引发爆炸，要对着火 罐及周边罐及时降温，固定喷淋装置是行之有效的措施之 一。一般供水压力不得小于0.2 MPa,供水强度为0.15 L/s-m2, 着火罐和相邻罐分别按其全外表和一半外表计算用水量。目 前，该装置大多采用盘管或喷头两种方式。(8)罐区消防供水应采用环状管网，给水干管不应少于 二条，管径不小于150 mm。为便于消防车向管网供水，还 应设水泵接合器，且至少2个。罐区内应设消火栓，其一般 间距为60 m,装罐区、增压泵房、加热气化区等重点部位附 近应设置箱式消火栓，其保护半径约为30 m,消火栓用水量 为20 L/s45 L/s(视储罐大小而定)。大型罐区应设固定带架 水枪，其供水压力对球罐不小于0.35 MPa,对卧罐不小于0.25 MPa,该水枪具有射程远、流量大、旋转灵活等特点，是罐 区消防的重要设施之一。(9)罐区消防用电应为二级负荷，并采用单独供电回路, 所有储罐的金属设备、容器、管道等都应具有良好的电器连 接和接地，电器连接的跨接线应用截面不小于6 mm2的铜线, 静电接地的电阻值应小于100 Q。二、水喷雾消防冷却系统的介绍1、水喷雾系统的作用(1)水喷雾的冷却降温作用水喷雾系统是利用水雾喷头在一定的水压下将水流分解 成细小水雾滴进行灭火或防护冷却的一种固定式灭火系统。 从水雾喷头喷出的雾状水滴，粒径细小，外表积很大，遇火 后迅速汽化，带走大量的热量，使燃烧外表迅速降温，燃烧 体到达冷却的目的。采用水喷雾型式，是因为水喷雾能够较 好地抑制火势。当丙烯储罐发生火灾时，消防喷淋水雾化后, 雾状水滴的外表积远远大于等量的喷淋水珠的外表积，因雾 状水滴能迅速蒸发为水蒸气，其间吸收大量的气化热，降温 效果显著。雾状水滴蒸发为水蒸气时，体积急剧膨胀，可隔 绝球罐与周围空气的接触，从而大大降低燃烧区域中氧气的 含量。因此，水喷雾灭火系统较水喷淋系统更加平安可靠。 水雾还会在罐壁外表形成一层水膜，使罐壁温度不再升高， 防止了罐壁发生热塑裂口，从而保护了储罐。(2)对碳沉积的冲刷作用丙烯燃烧后，会在罐壁外外表产生碳的沉积，因碳沉积的抗湿性，水流难以在罐壁上形成水膜，导致水对罐壁的冷 却效果降低或不起作用。水喷雾系统高速喷出的水雾滴有一 定的冲击作用，能将沉积碳冲掉，并在罐壁外外表形成一层 水膜。因此对丙烯储罐，水喷雾系统比水喷淋系统具有较好 的消防冷却效果。(3)水喷雾灭火系统的组成及操作与控制水喷雾系统的组成主要由水源、供水设备、供水管道、 雨淋阀组、过滤器、减压孔板和水雾喷头等组成。水喷雾灭 火系统应设有自动控制、手动控制和应急操作三种控制方 式。水喷雾灭火系统的控制设备应具有选择控制方式的功 能；并且具有重复显示保护对象状态；控制消防水泵启动状 态；监控雨淋阀启、闭状态，监控主、备电源自动切换功能; 除应能启动着火罐的雨林阀，尚应能启动距着火罐1.5倍罐 直径范围内邻近罐的雨林阀。水喷雾灭火系统的响应时间不 大于60秒。2、水雾喷头的选型目前，国内生产的水雾喷头类型较多，从使用性能上可 以分为中速水雾喷头、高速水雾喷头。(1)中速水雾喷头主要用于保护闪点在66以下的易燃液体、气体和固体危险区域。特点：1)限止燃烧速度，减小火灾破坏;2）促使水蒸气散发和稀释可燃蒸气，降低爆炸危险。中速水雾喷头工作压力0.14-0.5MPa,水雾粒径不大于 0.3mm。（2）高速水雾喷头主要用于保护闪点在66以上的易燃 液体的危险区域。其特点为：1）利用乳化、冷却和窒息的灭火原理，迅速扑灭燃油火 灾；2）水雾粒径大，冲击力强，火灾扑灭后，复燃的可能性 小。高速水雾喷头工作压力0.25-0.5MPa ,水雾粒径 。由于在丙烯储罐的灭火过程中，水喷雾灭火系统的主要 作用是冷却、降温、窒息，控制火灾蔓延和抑制火灾开展， 且丙烯属于闪点小于66的易燃液体，因此，选用中速水雾 喷头。三、球罐区水喷雾消防冷却系统的设计1、供水管道设计系统管道设计的原那么是压力平衡即同一环管上各喷头工 作压力的平衡，各环管间压力的平衡。只有压力平衡，供水 量才能平衡，布水才均匀。为此在管道设计时，应采取以下 措施：(1)上、下半罐体上的供水环管应尽量对称布置。(2)环管应由两条对称布置的立管供水，以确保同一环管 上喷头的实际工作压力基本相同。特别是对于容积为2000m3 的储罐，环管较长，阻力较大。由两条对称布置的的立管供 水，可降低环管阻力。(3)在环管的第3圈以下，环管与供水立管连接处设减压 孔板，调节各环路水压，使各环路水压基本一致，从而使各 环上喷头的工作压力基本相同，并不小于0.35MPa。(4)对于容积大于1000m3的储罐，罐体直径较大，顶环 与底环之间的高差达十多米，垂直压差较大。为平衡水压， 上、下半罐体应分别由两条对称布置的立管供水，上、下半 罐体的供水管各自独立控制。这一措施还满足了夏季防晒喷 淋只做上半罐体喷淋的要求。水雾喷头内径只有几毫米，容易堵塞，在球罐底部的供 水管上设Y型过滤器，该过滤器不仅起到过滤、防堵的作用, 在系统喷水完毕后，可以将过滤器的后盖翻开，将系统泄空, 防止系统管道因积水结冰而造成管道的损伤。水喷雾灭火系 统只有在发生火灾事故时，才启动运行，因而，系统的管道 通常处于空管状态。管道假设采用普通钢管，管道内壁将因锈 蚀而成片脱落，从而堵塞管道，采用镀锌焊接钢管，由于此 类型钢管内壁和外壁均镀锌，一那么防止管道内壁锈蚀，二来 防止管道外壁腐蚀。考虑水喷雾灭火系统的管道的检修和液化烧储罐的检 测，管道接口型式为螺纹接口，便于拆卸和更换。2、系统控制采用可燃气体报警和火焰探测的自动控制方式，不需要 湿式传动管路，对环境的适应性强，可靠性好。当罐区有气 体泄漏时，可燃气体报警器将泄漏信号传送到火气系统进行 报警，值班人员可现场检查，及时处理。罐区设火灾探测器, 将罐区发生的火灾信号传送到中心控制室的火灾系统进行 报警，并启动消防系统。根据丙烯储罐的火灾特点，水喷雾冷却系统可以采用现 场手动控制。因为储罐区无人值守，采用了气动控制阀。气动阀开启 迅速，系统响应时间短。3、水雾喷头的布置水雾喷头的布置方式可为矩形或菱形，当按矩形布置时, 水雾喷头之间的距离不应大于1.4倍水雾喷头的水雾锥底圆 半径；当菱形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1.7倍 水雾喷头的水雾锥底圆半径。当保护对象为球罐时，水雾喷 头的喷口应面向球心；水雾锥沿纬线方向相交，沿经线方向 相接；水雾喷头与储罐外壁之间的距离不大于0.70m。无防