大型可燃液体罐区消防及自动控制设计.pdf

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1、大型可燃液体罐区消防及自动控制设计摘要:我国2 0世纪7 0年代建设的消防系统存在消防设施落后、自动化程度低、灭火反应时间较长等问题。以某油库罐区为例,说明了大型可燃液体罐区设置消防自动控制系统的必要性,并对罐区进行了消防系统改造设计,同时对消防系统设计中应注意的一些问题作了介绍。关键词:可燃液体;油罐区;消防;自动控制中图分类号:T U 9 9 8.1文献标识码:B文章编号:!1 0 0 9-2 4 5 5(2 0 0 7)0 6-0 0 9 7-0 4刘建兴(中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司,北京1 0 0 0 8 5)可燃液体贮罐区的特点是易燃、易爆、有毒;如果出现火灾事故,将

2、对周围人民的生活、生产和环境造成极大的危害。由于火灾危险性大,贮罐除了必要的安全布置、保证防火间距等措施外,消防冷却设施的配备尤为重要。随着我国石油工业的发展,原油、成品油储量的增加,国内大型油库、油罐区越来越多。这样的罐区多数是改扩建而成,消防设施比较落后。由于油罐数量较多,需控制的设备、阀门数量较多,操作时间长,且流程复杂,极易发生误操作,必须引起设计人员高度重视。1消防系统的组成1.1水消防系统水消防系统在可燃液体贮罐区消防中的主要作用是对着火罐、邻近罐进行冷却。该系统的消防水源有3种:一是外部的给水管网;二是天然水源;三是自备消防水池。由于可燃液体贮罐区的火灾危险性大,涉及范围广,根据

3、目前各工程的实际情况及消防主管部门的要求,消防水源一般采用自备消防水池贮水1。按照 石油库设计规范 规定,单罐容量不小于5 0 0 0 m3或罐壁高度不小于1 7 m的油罐应设固定式消防冷却水系统2。1.2泡沫消防系统泡沫灭火剂按发泡倍数分类,可分为低倍数泡沫、中倍数泡沫和高倍数泡沫3类3。可燃液体贮罐消防主要靠泡沫消防设施来完成,它的作用是利用空气泡沫漂浮在可燃液体的表面,切断可燃液体与空气的接触,从而达到灭火的目的,而消防冷却水则起辅助的冷却作用。泡沫消防按化学药剂的不同,分为化学泡沫消防和空气泡沫消防两大类。化学泡沫消防设施灭火性能好,但该系统设备复杂、投资和经常维护费用高、劳动强度大、

4、操作要求高,目前一般已很少采用。同时,近年来的实践证明,空气泡沫消防设施对可燃液体贮罐也能起到良好的灭火效果,该系统设施简单、操作方便、投资和经常费用都比较低。因此,目前的可燃液体贮罐区一般采用空气泡沫消防系统。空气泡沫消防系统分为固定式、半固定式和移动式。固定式系统安全可靠、操作方便、劳动强度低。按照 石油库设计规范 规定,单罐容量大于1 0 0 0 m3的油罐应采用固定式空气泡沫消防系统2。1.3消防系统供水压力形式选择泡沫消防系统目前均采用临时高压系统,即消防时临时开启泡沫灭火设备,向贮罐供给泡沫混合液。消防冷却水系统可分为稳高压给水系统、临时高压给水系统和低压给水系统。对可燃液体贮罐区

5、的消防冷却水而言,提倡采用临时高压给水系统。因为,稳高压给水系统虽然安全可靠,但系统组成复杂、维护费用高、投资大;低压给水系统消防时必须借助消防车或机动消防泵对消防管网进行临时加压,该系统安全性差、操作麻烦、劳动强度大。收稿日期:2 0 0 7-0 6-2 7;修回日期:2 0 0 7-0 8-2 5工业用水与废水I N D U S T R I A LWA T E R&WA S T E WA T E RV o l.3 8 N o.6 D e c.,2 0 0 79 7工业用水与废水I N D U S T R I A LWA T E R&WA S T E WA T E RV o l.3 8 N

6、o.6 D e c.,2 0 0 7而临时高压给水系统既能在短时间内就能供给系统所需要的消防水流量和消防水压,安全性能较好。同时,该系统投资省、操作方便、维护费用低,从各方面来看,临时高压给水系统都比较合适。2工程实例2.1工程概况我国某油库,始建于2 0世纪7 0年代,分3期扩建成现有规模。目前罐区内一共有5座2 00 0 0m3钢制浮顶罐,4座5 0 0 0 0 m3钢制浮顶罐,共计3 01 04m3的库容,库区占地面积1 4.81 04m2。原有消防系统为固定式冷却水及固定式泡沫灭火系统,包括1座消防泵房,2座1 0 0 0 m3消防水池和罐区消防管网、罐上消防系统等。消防泵房内设3台消

7、防泵,1台1 4 s h-6型泵为泡沫混合液泵,1台1 2 s h-6型泵为冷却水泵,另有1台1 4 s h-6 B型泵为公共备用泵。以上几台泵所配电机均为6 0 0 0 V高压电机。泵房内所有设备、阀门及罐区分区阀、上罐控制阀均为手动控制。油库周围没有可依托的消防站,但油库内配备有2台泡沫消防车。2.2原有操作方式及存在的问题原有消防系统操作方式:当罐区发生火灾时,消防值班人员接到火警后,立即电话通知消防车值班人员并通知变电所值班人员合闸供电(规定高电压设备不能常合);变电所值班人员合闸后再电话通知消防值班人员;消防值班人员进行试跳、盘车,一切准备就绪后,再用电话通知变电所,由变电所值班人员

8、监护,逐台启泵、开出口阀,整个过程需5 m i n。在以上操作的同时必须有一个对消防流程特别熟悉的消防值班人员(以保证不误操作)迅速跑到罐区,根据着火罐的不同关闭相应的泡沫混合液、冷却水分区截断阀,然后打开泡沫上罐控制阀和冷却水上罐控制阀。距消防泵房最远的9#罐为消防最不利点,经实测以上操作过程需1 2m i n。再加上泡沫、冷却水上罐时间1 m i n左右,共需要1 3 m i n才能使泡沫混合液、冷却水上罐,对油罐进行灭火、冷却。而消防车虽然能在5 m i n到达火灾现场,但只能作为辅助灭火设备,并不能完全满足灭火的需要。由于2 0世纪7 0年代时我国的石油行业整体的自动控制水平较低,相应

9、的标准规范中并没有要求设置自动控制的内容,当时的设计是满足规范要求的。但是按照现在的规范要求存在如下问题:罐区太大,由人工定点巡检不能及时发现火情。不能保证在发现火情后立即启动灭火系统,贻误灭火战机。消防灭火贵在神速,而建于建站初期的消防系统不适合越来越大的罐区消防要求。据资料介绍,油罐一旦发生火灾,罐壁温度迅速升高,油罐钢板强度迅速下降。若罐壁温度升至7 0 0,油罐钢板的强度降低9 0%以上,此时油罐将发生变形和破裂。一旦高温原油溢出,后果不堪设想。火灾在初期容易扑灭,时间越长火势越不容易控制。发生火灾时,需要多人参加操作。消防泵房每班至少要2个值班人员,才能保证在发生火灾时紧急处理,而平

10、时他们又没什么事情可做,这在管理上是非常矛盾的问题。如果一个油罐发生火灾没能及时控制住火情,进而影响到其他油罐,发生类似黄岛油库的火灾事件,损失是相当巨大的,不能不引起重视。2.3改造设计鉴于以上原因,为保证安全生产,根据现行的规范要求,在2 0 0 6年对该罐区进行了消防系统改造设计。原油和天然气工程设计防火规范8.4.3条规定“单罐容量不小于2 0 0 0 0 m3的固定顶油罐,其泡沫系统与消防冷却水系统应具备连锁程序操纵功能。单罐容量不小于5 0 0 0 0 m3的浮顶油罐应设置火灾自动报警系统。单罐容量不小于1 0 0 0 0 0 m3的浮顶油罐,其泡沫灭火系统与消防冷却水系统应具备自

11、动操纵功能”4;石油库设计规范1 2.3.3条中规定“单罐容量大于或等于5 0 0 0 0 m3的浮顶油罐,泡沫系统可采用手动操作或遥控方式;单罐容量等于或大于1 0 0 0 0 0 m3的浮顶油罐,泡沫灭火系统应采用自动控制方式”2。而上述两规范中对于单罐容量小于1 0 0 0 0 0 m3,但油罐数量较多、总库容较大的油罐区消防控制方式均没有明确规定。针对该库区库容大,油罐数量多的实际情况,在同甲方充分沟通后设计中增加了消防自动控制系统。该消防系统设计要点:消防泵房位置的选择:根据油罐区油罐布置现状,考虑消防管道的布置、油罐的消防分区、总图布置等因素综合确定消防泵房位置;根据最大的贮罐计算

12、一次火灾所需的泡沫9 8混合液设计用量、冷却水用量,并按满足最不利点灭火泡沫混合液和冷却水5 m i n上罐综合考虑选取设备;根据最大罐实际设计冷却水喷淋量复核消防水池容量;泵出口阀及泡沫混合液和冷却水上罐控制阀、主要分区控制阀选用可远控的电动阀,在消防控制室内实现集中控制;在罐区安装可燃气体报警器,在每个油罐上设感温电缆。当温度达到报警设定值时,报警信号通过电缆传送到消防控制室。当消防控制室的操作人员接到报警信号时,利用电视监视系统进行火灾人工确认,便于及时灭火;消防控制室内设置消防自动控制系统,实现火灾操作规程自动检测、自动控制功能;罐区设置工业电视监视系统,罐区设置摄像头,消防值班室内设

13、监视器,由值班人员全天候监视罐区,以便及时发现火灾,及时报警。3工业电视监视系统由于油库规模越来越大,仅靠管理人员保证油库安全已不能满足现代企业安全生产管理要求。近年来国内一些大型油库设计了工业电视监视系统,可实现对油库内重要的生产设施进行监视,有利于发现初期火灾,以便及时采取有效措施。在火灾状态下该系统可进行监视和录像,电视监视系统与火灾自动报警控制系统以及固定式消防系统构成一套完整的自动消防系统。电视监视系统主要包括室外前端设备、室内前端设备、系统矩阵主机、彩色监视器和摄像部分。室外前端设备是安装在高塔上(4 0 5 0 m)的全天候彩色夜视摄像机,主要监视库区,其扫描半径可达1 k m。

14、室内前端设备设置若干套防爆彩色摄像机,主要监视油泵房和计量间等。4火灾自动检测系统对于大型可燃液体贮罐来说,选择合适的火灾探测器来探测初期火灾主要特征是非常重要的。原油和成品油的燃烧初期最显著特征是释放能量使环境温度升高,因此油库火灾信号探测主要采用温度检测作为火灾探测对象。目前主要应用有以下3种温度探测器:线型感温探测器,通称感温电缆;点型定温式探测器;感温熔塞式氮气检测系统。以上3种感温探测器均以检测温度定值作为火灾信号。即一旦感温探测器安装处温度达到设定值,感温探测器向控制系统发出一个数字量火灾信号,火灾自动报警控制系统对火灾信号处理后,发出声光报警,延时确认后,启动灭火系统对火灾进行灭

15、火5。在每一座罐的浮盘上沿罐壁设一圈感温电缆,发生火灾时由于温度升高,起火点处的感温电缆电阻变小,并迅速发出火警信号传至值班室;在罐区设可燃气体报警器,值班人员通过监视系统确认火灾后,即启动消防系统进行灭火。5消防自动控制程序采用P L C把所有的可燃气体信号、感温信号、消防泵及电动阀门信号收集并编入程序,由人机接口(H M I)与之相联。该P L C软件功能强、速度快,适应消防控制逻辑的需要。人机接口具有可靠、灵活等特点,它用于显示消防工艺流程、设备状态、各种参数,当现场出现报警时,在屏幕上相应点闪烁,并且伴有声音,操作人员通过此设备可以下发各种开关阀、启停泵命令及下发各种启动消防逻辑程序命

16、令,各种命令均在屏幕上,采用触摸屏方式,操作灵活方便。为了避免误操作,对各种操作均有确认并设置不同的级别。操作人员通过H M I对现场情况了如指掌。根据不同着火罐,P L C设有9套控制程序,分别可通过9个紧急按钮或H M I键盘控制启动、或无人干预条件下的自动启动。当现场可燃气体浓度超高或发生火灾时,P L C即发出报警,值班人员可通过监视系统或H M I确认现场情况,通过H M I或按钮启动消防控制系统,即可依次启动消防泵、开启相关阀门进行灭火。6设计中应注意的问题根据规范要求,一组水泵的出水管不宜少于两条,当其中一条发生故障时,其余的应能通过全部水量,因此,泵出口干管管径、罐区管网管径、

17、消防水量及压力都是按最不利情况时核算的。而在所有管道都完好的正常情况下,同样流量流经两条管道,等于流量降低一半,摩阻必然降低,管路的工作曲线也必然降低,喷头出水量要大于计算时的水量,从而使总消防水量增加,设计时应引起注意。可考虑在上罐的冷却水管线上加装定压阀来限定流量。低倍数泡沫灭火系统设计规范 中要求,泡沫泵站应满足在泡沫消防泵启动后,将泡沫混合液或泡沫输送到最远保护对象的时间不宜大于5m i m。由于泡沫灭火系统一般为临时高压系统,平刘建兴:大型可燃液体罐区消防及自动控制设计9 9工业用水与废水I N D U S T R I A LWA T E R&WA S T E WA T E RV o

18、 l.3 8 N o.6 D e c.,2 0 0 7时泡沫系统管道中是空的,只在消防灭火时才充满管道。因此灭火时充满泡沫管道需要一定的时间和需要一定量的泡沫混合液。设计为了满足此要求,在泵站位置不变的情况下,一般会提高泵的排量,这样就会造成泡沫混合液供给时间的不足。如果既满足供给时间又要满足5 m i n内到达最不利保护对象,就要增加泡沫混合液的用量,从而增大泡沫液和配置混合液用水量,造成浪费。设计时应结合泵站位置综合考虑,力争做到既满足规范要求,又节约投资。参考文献:1张凤娥,杨建青.消防应用技术M.北京:中国石化出版社,2 0 0 6.2G B5 0 0 7 4-2 0 0 2,石油库设

19、计规范S.3G B5 0 1 5 1-9 2(2 0 0 0年版),低倍数泡沫灭火系统设计规范S.4G B5 0 1 8 3-2 0 0 4,石油和天然气工程设计防火规范S.5吴龙标,方俊,谢启源.火灾探测与信息处理M.北京:化学工业出版社,2 0 0 6.作者简介:刘建兴(1 9 6 5-),男,高 级 工 程 师,(电 话)0 1 0-8 2 7 7 8 2 0 7(电子信箱)l i u-j i a n x i n g 1 6 3.c o m。!催化氧化法处理高浓度、高色度、难降解工业废水成套装置和技术无锡市科林机械设备厂浙江某农药厂催化氧化法废水处理装置无锡市科林机械设备厂是专业从事催化

20、氧化法处理高浓度难降解有机工业废水生产成套设备的企业。该技术装置开发至今十多年来,多次获省市级奖励。2 0 0 0年3月被国家科技部列为向海内外推荐的实用技术。它适用于处理:硝基苯、硝基酚、硝基甲苯、苯酚、苯胺类废水;分散染料、阳离子染料、酸性染料,合成医药废水;农药废水;精细化工废水、合成树脂类废水;及其它如含氰废水、焦化废水和电镀废水等。装置特点:既能使废水C O D去除率达6 5%9 5%,脱色率达9 8%以上,又能提高B O D/C O D比值,与生化法配套性极强,操作可间歇,又可连续,在环境温度和压力下运行,无二次污染,去除1 k g C O D需药剂费约0.8 0元。该装置和技术在

21、江、浙、沪、津等地区已有数十套投入工业化运行,效果满意,基本上都达到了设计要求。此外本厂还生产废水资源化中水回用成套装置(光催化氧化)和常规工艺中高效气浮设备、一体化净水器、离子交换和吸附柱等。厂 址:无锡市江海东路1 8 9 9号南丰工业园A区4 7号邮 编:2 1 4 0 2 6厂 长:周 晖联系人:汝南希圣电 话:0 5 1 0-8 2 6 2 6 6 2 6,1 3 8 6 1 7 2 3 1 1 2,0 5 1 9-8 3 2 7 5 1 7 0,1 3 7 0 6 1 1 5 3 1 7电子邮件:x s z h o u p u b l i c.c z.j s.c n。科林奉献与您共享1 0 0