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南京工业大学课程设计,储罐泡沫灭火器


化工安全

课程设计

设计题目 学院 专业 姓名 班级 学号 指导教师

2014



7 月

10



8000m 柴油储罐区安全设计 目录 第 1 章项目概述及设计依据…………………………………………………………1
1.1 项目概述………………………………………………………………………1 1.2 设计依据……………………………………………………………………1

3

第 2 章泡沫灭火系统设计……………………………………………1
2.1 泡沫灭火剂的灭火原理………………………………………………………1 2.2 泡沫灭火剂的分类……………………………………………………………2 2.3 泡沫灭火系统的组成…………………………………………………………2 2.4 泡沫灭火系统的分类及原理…………………………………………………2
2.4.1 按泡沫喷射方式分类……………………………………………………………………2 2.4.2 按设备安装情况分类……………………………………………………………………2

2.5 泡沫灭火系统的设计计算……………………………………………………3
2.5.1 泡沫混合液流量的计算…………………………………………………………………3 2.5.2 泡沫产生器数量的计算…………………………………………………………4 2.5.3 泡沫液的管径计算………………………………………………………………5 2.5.4 绘制图纸…………………………………………………………………………5 2.5.5 沿程压力损失计算………………………………………………………………5 2.5.6 局部压力损失计算………………………………………………………………7

第 3 章泡沫消防泵的选型……………………………………………7
3.1 泡沫消防泵扬程计算……………………………………………………7 3.2 泡沫消防泵的选型………………………………………………………8 3.3 确定泡沫液和水的量……………………………………………………8

第 4 章结束语…………………………………………………………8
4.1 自我总结…………………………………………………………………8 4.2 参考文献…………………………………………………………………9

第一章项目概述及设计依据
1.1 项目概述
本次设计为 8000 m?柴油储罐区的安全设计。本次设计内容有选择设计参数、确定泡 沫灭火系统的形式、计算泡沫混合液用量、确定泡沫发生器数量、布置管网、确定管线的 管径、泡沫储罐大小、消防水量及水泵规格等。

1.2 设计依据
(1)GB50151-2010,泡沫灭火系统设计规范[S] (2)GB50160-2008,石油化工企业设计防火规范[S] (3)GB50016-2006,建筑设计防火规范 [S] (4)GB50351-2005,储罐区防火堤设计规范[S] (5)GB 50074—2002,石油库设计规范 [S]

第二章泡沫灭火系统设计
为做到迅速、方便、有效地保护大型油库,消防设计应力求安全、可靠、适用。油罐 区的火灾事故不能直接用水扑救,必须采用适宜的灭火方法。泡沫灭火系统则是油库生产 和存储场合设置的主要灭火设施。

2.1 泡沫灭火剂的灭火原理
泡沫是一种体积较小,表面被液体包围的气泡群,比重在0.001~0.5之间。由于泡沫 的比重远远小于一般可燃液体的比重, 因而可以漂浮于液体的表面, 形成一个泡沫覆盖层。 同时,泡沫又具有一定的粘性,可以粘附于一般可燃固体的表面泡沫灭火剂的灭火原理主 要有: 1.覆盖作用:灭火泡沫在燃烧物表面形成的泡沫覆盖层可使燃烧物表面与空气隔离。 2.封闭作用:泡沫层封闭了燃烧物表面,可以遮断火焰对燃烧物的热辐射,阻止燃烧 物的蒸发或热解挥发,使可燃气体难以进入燃烧区。 3.冷却作用:泡沫折出的液体对燃烧表面有冷却作用。

4.窒息作用:泡沫受热蒸发产生的水蒸气有稀释燃烧区氧气浓度的作用。

2.2 泡沫灭火剂的分类
1.按发泡机理分类:空气泡沫和化学泡沫。 2.按发泡倍数分类:低倍数泡沫 n〈20、中倍数泡沫 20 ≤ n〈200和高倍数泡沫n≥ 200。 3.按用途型号分类:普通泡沫灭火剂、抗溶性泡沫灭火剂和通用泡沫灭火剂。

2.3 泡沫灭火系统的组成
1.基本组成:(1)消防水源(2)消防水泵 (3)管道系统 (4)泡沫液油罐 (5) 比例混合器 (6)泡沫产生装置 (7)报警控制装置。 2.系统组件:(1)比例混合器(环泵式、管线式、压力式、平衡压力式) (2)泡 沫产生器(低倍数、中倍数、高倍数) (3)泡沫液油罐 (4)泡沫混合液管道和泡沫管 道系统 (5)泡沫泵站 (6)系统的操作与控制方式。

2.4 泡沫灭火系统的分类及原理
2.4.1 按泡沫喷射方式分类 1.液上喷射泡沫灭火系统 液上喷射泡沫灭火系统一般采用普通蛋白泡沫灭火剂,发泡倍数约为6~8倍,与液下 喷射泡沫灭系统相比,造价稍低,安装方便,过去使用的比较多。 2.液下喷射泡沫灭火系统 液下喷射泡沫灭火系统是将泡沫通过泡沫喷射口由油罐的下部喷射到油品中,在油品 的浮力作用下,泡沫上浮到油面扩散将整个液面覆盖。 3.泡沫喷淋系统 泡沫喷淋系统是通过泡沫喷头将泡沫均匀喷洒在物体表面上的泡沫灭火系统。 2.4.2 按设备安装情况分类 1.固定式泡沫灭火系统

固定式泡沫灭火系统具有永久固定的泡沫消防泵、 比例混合器、 泡沫产生装置和管道、 管件、阀门等完整的组成设施,并有完善的消防水源。发生火灾后,只需启动系统即可实 施灭火。 2.半固定式泡沫灭火系统 仅设有固定的泡沫产生装置及引至防火堤外的连接管道等。灭火时,消防车或机动消 防泵利用水带通过预先安装好的接口将混合液打入实施灭火。 3.移动式泡沫灭火系统 移动式泡沫灭火系统就是在油罐上不安装任何固定泡沫灭火设备。火灾时,完全靠由消防 车或机动消防泵、泡沫比例混合器、泡沫枪或泡沫炮等组成,通过水带连接的移动式泡沫 灭火力量扑救火灾。

2.5 泡沫灭火系统的设计计算
2.5.1 泡沫混合液流量的计算 混合液流量可按下式计算:

Q=F×I
式中,Q——扑救油罐火灾混合液流量[L/s];
F ——油罐的横截面积[ m 2 ];
I ——泡沫液的供给强度[L /(min ? m 2 ) ]。

(2-1)

表 2-1

又表 2-1 得泡沫液的供给强度为 6 L /(min ? m 2 ) ,则混合液的流量为 15.7L/s。

2.5.2 泡沫产生器数量的确定 配置发生器的个数应保证其提供的流量应保证其提高的混合液流量大于或者等于保 护对象所需要的混合液流量,发生器数量可按下式计算:

n1 ?
式中, n1 ——发生器数量;

Q1 q1

(2-2)

Q1 ——泡沫混合液流量[L/s];

q1 ——每个发生器的流量[L/min]。

表 2-2

泡沫产生器 混合液流量 型号 (L/min)

供给强度 (L/min·m )
2

连续供给时间 保护周长(m) (min)

PC4
PC8

240 480

12.5 12.5 表 2-3

18 36

30 30

根据表公式(2-3)可知,储罐选择 PC4 型泡沫发生器时,通过上述公式 n 1 =3.925,设计值 取 4。满足表 2-2 中规定的最小值。 根据实际采用的泡沫发生器的个数 n 1 , 可求出油罐设计供给的泡沫混合液流量 Q1 , 即

Q1 = n1 × q1
式中, Q1 ——油罐设计供给的泡沫混合液流量[L/s];

(2-3)]

n1 ——发生器数量;

q1 ——每个发生器的流量[L/min]。
根据公式(,2-3)计算储罐供给的泡沫混合液流量的设计值为 16L/s 系统所需的泡沫混合液的流量可按下式计算:

Q 系统=Q+Q1
式中,Q 系统——系统所需的泡沫混合液的流量[L/s]; Q——为混合液流量最大一个罐的设计流量[L/s],设计值为 15.7L/s; Q1 ——扑救流散火灾混合液流量[L/s],设计值为 16L/s。 由公式(2-4)可以确定系统所需的泡沫混合液的流量为 31.7L/s 。 2.5.3 泡沫液的管径计算

(2-4)

根据泡沫混合液的流量, 确定泡沫混合液管的直径 D, 其管道的设计流速不应大于 3m/s。 直径可按下式计算:
v? Q A

(2-5)

式中, v ——管道流速[m/s];
Q ——泡沫混合液流量[L/s];
A ——对应管道截面积[m ]。
2

根据公式(4-5)计算泡沫混合液管的直径 D 为 0.08m,即 80mm 。 2.5.4绘制图纸 本次设计的图纸是由4个规格相同的固定顶储罐、消防管道、两个泡沫液储罐、多个 阀门和一个28m3的水池组成。储罐的直径为15m,高度为11.5m,每个储罐上装有4个泡沫产 生器,在整个管道上设置了3个节点,使用两个泡沫液储罐是为了防止其中一个储罐发生 故障不能继续使用,两条管道最后都连接到水池。 2.5.5 沿程压力损失计算 沿程压力损失计算可按下式计算:

hy ? i ? l
式中, hy ——管段的沿程压力损失 MPa;
i ——管道单位长度压力损失 MPa/m;

(2-6)

l ——计算管段长度[m]。
管段 G 1-2 G 2-3 G 3-4

管段 DN200 型号 管段 27 长(m) 表 2-4 泡沫管道规格 3.2 200.2 DN200 DN200

计算油罐的泡沫沿程压力损失通常以最不利油罐为设计对象,由罐区泡沫灭火系 统图可知 4 号罐为设计中的最不利罐。由表 2-3 可知节点 G1 处的泡沫混合液流量为 240L/min 即 4L/s,泡沫混合液的公称直径为 80mm,即 0.08m。所以由公式(2-5)可以 算得 G1 处的流速 v=0.8m/s。因为当 v<1.2 m/s,时管道单位长度压力损失可按下式 计算:
v 2 ? 0.867 ? i ? 0.00000912 1.3 ?1 ? ? v ? dj ?
0.03

(2-7)

式中, v ——管道计算流速[m/s];

d j ——管道内径[m]。
当 v ? 1.2 m/s 时,管道单位长度压力损失可按下式计算:
i ? 0.0000107 v2 dj
1。 3

(2-8)

式中, v ——管道计算流速[m/s];

d j ——管道内径[m]。
因为 G1 处的流速 v=0.8m/s,所以根据公式(2-7)得 i1=0.00016MPa/m。由表 2-4 可知 G1 到 G2 的管段长为 27m,所以由公式(2-6)可以计算 h12=0.00432MPa。 同理,节点 G2 处的泡沫混合液流量为 16L/s,泡沫混合液的公称直径为 0.08m, G2 处的流速 v=3.2m/s,i23=0.00296 MPa/m,h23=0.00947MPa 节点 G3 处的泡沫混合液流量为 31.7L/s,泡沫混合液的公称直径为 0.12m,G1 处 的流速 v=2.8m/s,i34=0.0014 MPa/m,h34=0.28MPa
2-5 泡沫混合液管道的沿程压力损失 管段号 流量(L/S) G1 4 G2 16 G3 31.7

管径(m) 流速(m/s)

0.08 0.8

0.08 3.2

0.12 2.8

单位长度压力损失(MPa/m)

0.00016

0.00296

0.0014

管段长度(m)

27

3.2

200.2

压力损失(MPa)

0.000432

0.00947

0.28

根据表 2-5 相关数据可以得出沿程总压力损失为 0.294MPa。 2.5.6 局部压力损失计算 泡沫比例混合器的压力损失按产品样本提供的参数确定。泡沫混合液宜采用当量长度 法计算,泡沫混合液管道上的阀门和管件当量长度可取相应水阀门和管件的当量长度,泡 沫混合液管道的局部压力损失也可按系统管道沿程压力损失值的20%~30%估算。 所以局部压力损失为0.294×20%=0.059 MPa

第三章泡沫消防泵的选型
3.1泡沫消防泵扬程计算
泡沫消防泵扬程可按下式计算:

H P ? ? h ? P ? hZ
式中, H P ——泡沫消防泵扬程[MPa];

(3-1)]

? h ——系统管道的沿程压力损失与局部压力损失之和[MPa];
P ——最不利点处泡沫产生装置的工作压力[MPa];

hZ ——最不利点处泡沫产生装置与消防水池最低水位间的静压[MPa]。
本次设计中将采用地上式消防水池,且欲设 0.5m 深的吸水槽,因为设计中最不利点处泡 沫产生装置距离罐顶长度为 180mm,罐高 11.5m,所以最不利点处泡沫产生装置与消防水 池最低水位间的高度差为 11.82m, 即最不利点处泡沫产生装置与消防水池最低水位间的静 压为 0.1182MPa。根据公式(3-1)可算得泡沫消防泵扬程为

(0.294+0.59+0.5+0/1182)=0.971MPa。

3.2 泡沫消防泵的选型
选择 2 台 XBC8/45 型消防泵,其流量为 50L/s,扬程为 0.8MPa

3.3确定泡沫液和水的量
(1)混合液的总量:W=Q×t=28260L (2)泡沫液的量:WP=W×3%=847.8 (3)水的量:WS=W×97%=27412.2L

第四章结束语
4.1 自我总结
通过课程设计,提高以下几个方面的能力: (1)根据课程设计的题目,熟悉设计系统;查阅文献资料、收集有关数据、正确选 用公式。当缺乏必要数据时,尚需自己通过实验测定或到生产现场进行实际查证。 (2)在兼顾技术上先进性、可行性,经济上合理性的前提下,综合分析设计任务要 求,进行设计计算。 (3)用精炼的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思想和计算结果。 (4)能熟练的运用 CAD 绘制相关图纸。

4.2 参考文献
[1] GB50151-2010,泡沫灭火系统设计规范[S]. [2] GB 50074—2002,石油库设计规范 [S]. [3] 李荫中.石油化工企业防火灭火手册[M].北京:中国石化出版社,2003. [4] GB50160-2008,石油化工企业设计防火规范[S]. [5] GB50016-2006,建筑设计防火规范 [S]. [6] GB50351-2005,储罐区防火堤设计规范[S].

[7] SH/T3007-2007石油化工储运系统罐区设计规范[S]. [8] 郑学志.油罐灭火系统的设计与应用[M].北京:中国石化出版社. [9] 王丰,郭继坤.油库安全技术[M].北京:中国石化出版社,1997.

[10] 邹祥文等.油库仿真系统设计[J].计算机仿真,2004, (1) :127-129. [11] 陈真. 低倍数泡沫灭火系统在石油库消防设计中的技术探讨[J]. 消防科学与技术, 2004,21(5: )467-470. [12] 黄秉政.低倍数泡沫灭火系统在火电厂油库消防中的应用[J].安徽电力,2001, 18(2) :31-32. [13] 曾国保.石油库固定泡沫灭火系统设计要点[J].铁道劳动安全卫生与环保,2003, 30(2) :101-102. [14] 陈金思.油罐水冷却设计计算探讨[J].工业用水与废水,2002, (2) :55-56. [15] 秘义行.谈浮顶储罐泡沫灭火系统设计[J].消防科学与技术,2000, (1) :44-47. [16] 白世贞.石油储运与安全管理[M].北京:化学工业出版社,2004. [17] 李虞庚.石油安全工程[M].北京:石油工业出版社,1991.


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