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20000立方米汽油储罐区消防安全设计






本设计在分析论证油库地理位置的基础上,根据规范要求确定了油库选址的正确 性。完成了汽油储罐的选型和相应的平面布置,对罐区防火堤和消防道路进行设计。在 此基础上,重点完成了油罐区泡沫灭火系统设计和油罐区喷淋冷却系统设计。主要确定 了泡沫灭火系统的形式及组成,系统管线的管径、泡沫储罐的容量、泡沫喷头的数量、 消防水量及水泵规格等。针对喷淋冷却系统确定了消防用水量、消防水池的大小、喷头 数量、冷却管网的布置和管径大小、冷却用消防泵的规格等。 关键词:消防安全 储罐区 泡沫灭火 喷淋冷却





第 1 章 绪论 .............................................................. 1 1.1 储罐区消防安全设计的必要性 ....................................... 1 1.2 油库消防安全的国内外发展概况 ..................................... 1 1.2.1 国外油库消防安全的发展概况 .................................. 1 1.2.2 国内油库消防安全的发展概况 .................................. 2 1.3 汽油可能引起的事故 ............................................... 3 1.4 储罐区风险因素分析 ............................................... 3 1.5 储罐区消防安全设计的研究内容 ..................................... 4 1.6 设计依据 ......................................................... 4 第 2 章 油库选址 ......................................................... 5 2.1 油库的等级 ....................................................... 5 2.2 油库地理位置 ..................................................... 5 2.2.1 油库选址的相关规定 .......................................... 5 2.2.2 油库地理位置 ................................................ 6 2.3 油库与道路的安全距离 ............................................. 6 第 3 章 储罐区的设计布置 ................................................. 7 3.1 油罐设计 ......................................................... 7 3.1.1 汽油的特点、性质和储存要求 .................................. 7 3.1.2 油罐选型 .................................................... 7 3.1.3 油罐布置 .................................................... 8 3.2 防火堤设计 ....................................................... 9 3.2.1 防火堤的功能 ................................................ 9 3.2.2 防火堤选型构造 .............................................. 9 3.2.3 防火堤平面布置 ............................................. 10 3.2.4 防火堤高度计算 ............................................. 11 3.2.5 防火堤剖面图 ............................................... 12 3.3 消防道路设计 .................................................... 13 第 4 章 油库总平面布置 .................................................. 14 4.1 一般要求 ........................................................ 14 4.2 油库各分区布置 .................................................. 14 4.2.1 分区划分 ................................................... 14 4.2.2 防火间距的相关规定 ......................................... 14 4.2.3 防火间距确定 ............................................... 15 4.3 油库的平面布置图 ................................................ 16 第 5 章 油罐区泡沫灭火系统设计 ........................................... 17 5.1 泡沫灭火系统形式选择 ............................................ 17 5.1.1 泡沫灭火系统形式 ........................................... 17 5.1.2 泡沫灭火系统设施的设置方式 ................................. 17 5.2 泡沫灭火系统设计内容 ............................................ 17

5.2.1 沫灭火系统设计基本参数 ..................................... 17 5.2.2 最大一个油罐用泡沫液的贮备量计算 ........................... 18 5.2.3 储罐所需泡沫混合液在管道内流量 ............................. 19 5.3 中倍数泡沫产生器 ................................................ 19 5.3.1 泡沫产生器的设置方式 ....................................... 19 5.3.2 中倍数泡沫产生器个数确定 ................................... 20 5.4 泡沫枪 .......................................................... 20 5.4.1 泡沫枪所需混合液的流量 ..................................... 20 5.4.2 扑救流散火灾所需泡沫混合液体积 ............................. 21 5.4.3 泡沫栓 ..................................................... 21 5.5 泡沫混合液的总流量 .............................................. 21 5.5 泡沫管道 ........................................................ 22 5.5.1 确定泡沫混合液在管道内流速 ................................. 22 5.5.2 泡沫干线管 ................................................. 22 5.5.3 泡沫支线管 ................................................. 23 5.6 泡沫储罐 ........................................................ 23 5.7 泡沫比例混合器 .................................................. 24 5.7.1 安装方式和工作原理 ......................................... 24 5.7.2 环泵式泡沫比例混合器的选型 ................................. 25 5.8 泡沫泵 .......................................................... 25 5.8.1 确定泡沫泵的扬程 ........................................... 25 5.8.2 确定泵的流量 ............................................... 27 5.8.3 泵的型号的选择 ............................................. 27 5.9. 泡沫系统用水贮备量计算 ......................................... 27 第 6 章 油罐区喷淋冷却系统设计 .......................................... 29 6.1 消防冷却系统形式 ................................................ 29 6.2 消防冷却水量 .................................................... 29 6.2.1 消防冷却用水的时间 ......................................... 30 6.2.2 固定式冷却水量 ............................................. 30 6.2.3 移动式冷却水量 ............................................. 31 6.3 冷却水管道 ...................................................... 32 6.3.1 基本参数的确定 ............................................. 32 6.3.2 消防冷却水干线管 ........................................... 32 6.3.3 消防冷却水支线管 ........................................... 33 6.4 确定冷却水泵规格 ................................................ 33 6.4.1 确定冷却水泵的扬程 ......................................... 33 6.4.2 确定冷却水泵的流量 ......................................... 34 5.8.3 泵的型号的选择 ............................................. 34 6.5 消防水池 ........................................................ 35 6.5.1 相关规定 ................................................... 35 6.5.2 消防水池大小 ............................................... 35 6.5.3 消防水池平面图 ............................................. 36 第 7 章 小结 ............................................................ 37 参考文献 ................................................................. 38

致 谢 .................................................................. 1 附录 ...................................................................... 1 附表 1 DN 管道直径表 .................................................. 1 附表 2 IS 系列常用水泵规格、型号、参数一览表 .......................... 1

第1章

绪论

1.1 储罐区消防安全设计的必要性
据统计,在油库事故中,火灾爆炸事故占事故总数的 42.4%以上。而在油库着火爆炸 事故中,油罐着火爆炸事故数占总爆炸事故数的 25.6%[1]。目前我国油库的重大事故基本 上都在 20 世纪 80 年代后发生,这与我国的储油设施规模越建越大有关[2]。对于管理有 素的现代石化企业来讲 ,尽管油罐火灾爆炸事故的发生几率很低 , 甚至可以说是百年不 遇。然而,此类事故一旦发生,处理起来较为麻烦。稍有不慎,便会使企业遭受重大损失, 甚至可能会给企业带来灭顶之灾[1]。因此,在建设油库时,也应考虑配套的安全措施, 研究应采取的安全手段,一旦发生事故时应采取的扑救方法,防止事故的扩大,防止造 成重大伤亡事故。近几年来随着我国经济的发展,人们生活水平的提高,人民的安全意 识也越来越高。一旦储罐区发生火灾或爆炸,造成的经济损失将是灾难性的。所以对油 库罐区的消防安全设计极其必要[3]。

1.2 油库消防安全的国内外发展概况
1.2.1 国外油库消防安全的发展概况 油库是收发和储存原油、汽油、煤油、柴油、喷气燃料、溶剂油、润滑油和重油等 整装、散装油品的独立或企业附属的仓库或设施[4]。确保安全是油库最关键的工作。由 于国外的油库消防安全发展较早,尤其是美国、日本等发到国家,油库消防安全技术早 已成熟。受占地材料的影响,其消防安全设施已经偏向高效、占地小等方向发展。例如, 我国现行的规范规定,闪点超过 120℃的液体,且储罐容量大于 1000m3 时,其储罐之间 间距一定要大于或等于 5m[5]。而国外发达国家对土地的概念比较强,制度规范和项目 设计也偏向也省土地、节省资源,如美国在同类情况下,其储罐之间间距标准为 2.0m, 日本和东南亚则为 1.5m;消防水池由于占地面积大,在国外也不允许采用,一般用储水 罐代替[6]。国外关于油库消防安全的法规起草的也比较早,例如,在自动喷水灭火系统 方面,世界上最早的自动喷水灭火系统的规范是 1885 年由英格兰曼彻斯特的约翰· 沃曼
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德起草的,联合火灾保险公司的沃曼德看到了建立喷水灭火系统规范的需要,于 1888 年被伦敦的防火协会(FOC)采用, 至 1892 年, 由防火协会起草的第一部规范正式出版了。 为了适应新的发展,这一规范反复进行修订,1979 年扩充形成英国标准 BS5306。在北 美,自动喷水灭火系统规范的建立也比较早,早在 19 世纪末,1895 年和 1896 年,来自 20 个北美保险公司的代表召开了一系列会议, 起草了北美共同的自动喷水灭火系统规范
[7]



1.2.2 国内油库消防安全的发展概况 自 20 世纪 80 年代, 我国油库的消防达到了一定的水平。 中国石化销售公司自 1966~ 1986 年调查了 10 个省(自治区)、3 个直辖市和 3 个直属分公司共 16 个单位所属的 1~3 级油库共 2292 个油罐的消防情况消防设施完好率为 8O%~95%,实有消防人员为应配 备的 8O%~94%。消防组织和机构健全的单位占 92%~95%。在 10 个省属单位中达到 训练要求的单位占 56%,3 个直辖市属单位和 3 个直属分公司达到训练要求的单位占 95%。与地方消部门密切联系的单位占 80%[8]。可以说我国油库消防系统从无到有,已 发展到一个具有较完整的预防为主的消防体系。消防装备从初期的天然水和沙子,到从 前苏联引进的化学泡沫、烟雾灭火系统,到 90 年代的引进安装日本干燥化学公司和香 港集宝公司油库消防自动化系统,该系统包括火灾报警系统、工业电视监视系统、泡沫 自动灭火系统、自动喷淋冷却系统、控制系统、动力系统等六个支系统,使油库的消防 安全管理水平达到一个比较先进的新水平[9]。这些设施对保障油库的安全、防止意外事 故的发生起到了一定的作用, 但也存在着一些缺憾:一是消防设施的可靠性差, 火灾情况 下操作困难,扑救率不高,而且扑救率取决于泡沫、水源、泵、阀、人员、报 警、组 织等综合因素,如黄岛油库火灾就是典型一例,黄岛油库 5 油罐于 1989 年 8 月 20 日 遭雷击发生火灾,其油罐上所设置的固定泡沫灭火系统和冷却水系统未发挥作用,致使 损失惨重,共牺牲 20 多人,受伤 28 人,烧毁车辆数十台,烧掉漏掉原油近 4 万吨,烧 毁 5 个油罐及全部辅助设备[10];还有南京炼抽厂 310 油罐于 1993 年 10 月 21 日发生火 灾,其(半)固定泡沫灭火系统也失效[11]。二是系统的管理、维护、保养工作量大,费用 高。三是油库消防系统投资大,效益差。根据中国石化销售公司对其属下的 16 个单位 的 2292 个油罐自 1966 年~1986 年的消防情况的调查,共发生火警、火灾 5 次,其中 2 次火灾还是发生于没有消防设施的覆土油罐,可见其消防设施的实际效益很低,几近为 零[8]。所以我国油库消防安全的发展道路任重而道远。
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1.3 汽油可能引起的事故
长期以来,汽油都是人们使用的最主要燃料之一,属于易燃易爆物质,如果在工业 生产或存储中因为管理不当或设备故障可能造成火灾爆炸事故。 火灾爆炸事故类型包括 油池火灾、喷射火灾、沸腾液体扩展蒸汽爆炸和未封闭蒸汽云爆炸 4 种[12]。沸腾液体扩 展蒸汽爆炸事故是当储罐在外部火焰的烘烤下突然破裂, 使储罐内物质的压力平衡被破 坏,造成介质急剧汽化, 并随即被火焰点燃时发生沸腾液体扩展蒸汽爆炸。 未封闭蒸汽云 爆炸是指泄漏出来的介质与空气形成的混合气体中可燃物质的浓度在爆炸极限范围内, 并遇到延迟点火的情况下所导致蒸汽云爆炸[13]。汽油的沸点在 30~205℃,常温下是液 态,不能在空气中形成蒸汽云,发生蒸汽云爆炸和沸腾液体扩展蒸汽爆炸事故的可能性 极小[14]。

1.4 储罐区风险因素分析
(1)基础问题 不均匀沉降将使储罐倾斜,导致平底储罐底板开裂、连接管道断裂,引起成品油 泄漏。 (2)安全附件 油罐的液位报警系统失灵时,易引起成品油泄漏。成品油外输时,可能由于储罐的 液位仪表失灵或操作失误的情况下,造成储罐抽空发生危险。 (3)呼吸阀、阻火器失效 若油罐的呼吸阀、阻火器被堵塞,或进出油量过大而超过呼吸阀的能力时,引起油 罐内外压力不平衡,造成胀罐或瘪罐事故。 (4)安装隐患 若储罐安装、施工过程中存在许多未被发现的装配、焊接缺陷,留下安全隐患,而 使用过程中又疏于检查和管理,易造成安全事故。 (5)腐蚀作用 储罐的罐体特别是罐体底板,由于受到介质沉淀物及土壤的腐蚀,加上检验检测困 难及底板处介质泄漏后不能及时发现,使之成为安全的薄弱环节,容易导致安全事故。 (6)检修事故 检修时,储罐清理不净或成品油挥发出的可燃气体未完全置换,若此时人员进入罐
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内作业则有可能引起火灾、爆炸、人员中毒窒息事故发生。

1.5 储罐区消防安全设计的研究内容
本设计拟从两个个方面研究储罐消防安全设计 (1)储罐区的设计布置 根据汽油的特点、性质、储存要求等对油罐设计,确定油罐的型式、容量、数量以 及相应的平面布置。然后对罐区防火堤和消防道路进行设计。 (2)储罐区的消防设计 储罐区的消防设计包括油罐区泡沫灭火系统设计和油罐区喷淋冷却系统设计。 消防 系统的见图 1-1。
消防 水源 消防 水罐 冷却水系 统供水泵 油罐冷却 水环状管 油罐冷却 喷头

消防泡沫系 统供水泵
图 1-1

泡沫 液罐
消防系统流程图

油罐区泡沫混 合液环状管

油罐泡沫产 生器

针对所设计的油罐区,完成油罐区泡沫灭火系统设计和油罐区喷淋冷却系统设计。 确定泡沫灭火系统的形式及组成,以此为基础进行水力计算,确定管线的管径、泡沫储 罐大小、泡沫喷头的数量、消防水量及水泵规格等。然后在水力计算的基础上,确定消 防用水量、消防水池的大小、喷头数量、冷却管网的布置和管径大小、冷却用消防泵的 规格等。

1.6 设计依据
(1) 《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 (2) 《石油库设计规范》GB50074-2002 (3) 《建筑设计防火规范》GB50016-2006 (4) 《低倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50151-92 (5) 《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50196-93 (6) 《储罐区防火堤设计规范》GB50351-2005 (7) 《管道元件 DN(公称尺寸)的定义和选用》GB/T1047-2005
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第2章

油库选址

库址的选择是油库建设中至关重要的工作, 不仅直接影响到油库建设者的基本投资 和总平面分区布置,而且对投产后油库的管理使用、改建、扩建和安全经营都将产生长 远的影响。因此,库址选择在满足油库的业务和所承担任务的前提下,必须综合考虑区 域的地理环境、水电供应、交通运输等因素,严格执行有关安全防火和环境保护规定, 才能确定最佳库址。

2.1 油库的等级
根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 3.0.1 条规定,石油库的等级划分,应符 合表 2-1 的规定。
表 2-1 等 一 二 三 四 五 级 级 级 级 级 级 石油库的等级划分 石油库总容量 TV(m3) 100000≤TV 30000≤TV<100000 10000≤TV<30000 1000≤TV<10000 TV<1000

表中总容量系指油罐容量和桶装油品设计存放量之总和, 不包括零位罐和放空罐的 容量。当石油库储存液化石油气时,液化石油气罐的容量应计入石油库的总容量。本设 计中汽油库的总容量 TV 为 20000m3,通过查表 2-1 可知,满足 10000≤TV<30000,所 以 20000m3 汽油库为三级油库。

2.2 油库地理位置
2.2.1 油库选址的相关规定 三级石油库的库址,不得选在地震基本烈度为 9 度及以上的地区。石油库的库址应 具备良好的地质条件,不得选择在有土崩、断层、滑坡、沼泽、流沙及泥石流的地区和 地下矿藏开采后有可能塌陷的地区。当库址选定在靠近江河、湖泊等地段时,库区场地 的最低设计标高,应高于计算洪水位 0.5m 及以上,三级石油库计算洪水位采用洪水重 现期为 50 年的防洪水标准。 油库宜位于邻近城镇或居民区全年最小频率风向的上风侧。
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2.2.2 油库地理位置 油库所在城市地处长江中游,该地区地震烈度为 8 度,土层地质以沙土层为主,全 年主导风向是东南风,油库位于该市西北临江地区。通过对相关规定进行分析,油库地 理位置符合要求。

2.3 油库与道路的安全距离
根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 4.0.7 条和 5.0.3 条规定,三级油库与公 路的安全距离不小于 15m,三级油库与国家铁路线的安全距离不小于 50m,三级油库与 装卸码头的安全距离不小于 37.5m。因此,油库南面距其 100m 处是油品装卸码头,西 面距油库 180m 处有一铁路线通过,东北面距油库 45m 处是一条国道,安全距离符合要 求。

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第3章

储罐区的设计布置

储罐区的设计布置根据汽油的特点、性质、储存要求等对油罐设计,确定油罐的型 式、容量、数量以及相应的平面布置,然后对罐区防火堤和消防道路进行设计,对油库 进行总平面布置。

3.1 油罐设计
3.1.1 汽油的特点、性质和储存要求 汽油是油品的一大类,碳原子数约 4 ~ 12 的复杂烃类混合物,易燃 , 为色至淡 黄色的易流动液体。汽油的闪点为-50 度,初馏点范围在 30 ℃至 205 ℃,空气中含 量为 74g~ 123g/m 3 时遇火爆炸。与汽油存储要求有关的规定,《石油化工企业设计 防火规范》GB50160-2008 第 3.0.2 条和 6.2.2 条的规定,汽油属于甲 B 类液体,存储汽 油选用金属浮舱式的内浮顶罐, 《石油库设计规范》GB50074-2002 第 6.0.2 条规定,储 存甲类和乙 A 类油品的地上立式油罐,应选用浮顶油罐或内浮顶油罐,浮顶油罐应采用 二次密封装置。 3.1.2 油罐选型 根据汽油的存储要求和设计需要,汽油油罐选用二次密封装置的内浮顶油罐。内浮 顶储罐是在拱顶储罐内部增设浮顶而成,罐内增设浮顶可减少介质的挥发损耗,外部的 拱顶又可以防止雨水、积雪及灰尘等进入罐内,保证罐内介质清洁。这种储罐主要用于 储存轻质油,例如汽油、航空煤油等。内浮顶储罐采用直线式罐壁,壁板对接焊制,拱 顶按拱顶储罐的要求制作。目前国内的内浮顶有两种结构:一种是与浮顶储罐相同的钢 制浮顶;另一种是拼装成型的铝合金浮顶。 钢制浮顶的材质为非易熔材料,而铝合金浮顶的材质属于易熔材料。根据法规,如 将内浮顶储油罐浮盘由易熔材料改为非易熔材料,例如钢制材料,这样储罐可以按照浮 顶油罐考虑平面布置和消防设置,具有以下几方面的优势: (1)减小占地,油罐之间的防火距离可由 0.6D(罐直径)变为 0.4D,单罐容积越 大越有利。
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(2)储罐安全性提高,危险性减小,着火后灭火容易。 (3)由于内浮顶储罐危险性小,消防设置可以降低。 (4)消防冷却水供给范围、供给强度和连续供给时间降低 (5)泡沫灭火系统:着火罐的保护面积减小,由其横截面积变为罐壁与泡沫堰板之 间的环形面积。泡沫混合液的连续供给时间降低。油罐上每个空气泡沫产生器出防火堤 管线数量减少。 (6)消防设施及其配套设施相应减少或减小[15]。 所以汽油储罐的浮盘为钢制单盘。本设计的汽油储罐区容量为 20000m3,根据任务 需要和受占地面积影响, 选用二个有效容积为 4000m3 和二个有效容积为 6000m3 内浮顶 油罐。储罐主要参数见表 3-1。
表 3-1 有效容积/m3 油罐直径/mm 油罐高度/mm 罐壁与泡沫堰板距离/mm 储罐主要参数 4000 16000 20000 800 6000 19600 20000 1000

3.1.3 油罐布置 油库以储存汽油为主,面积约 10000m2。,为了减少占地面积,合理利用土地资源, 油罐采用双排布置。根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 6.0.5 条规定,存储甲 B 类液体的浮顶油罐、 内浮顶油罐油罐之间的防火距离为 0.4D。 所以汽油油罐间距为 8m, 油罐的平面布置如图 3-1。

图 3-1 油罐平面布置
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3.2 防火堤设计
随着石油化工事业的发展,大型化工液体原料储运库,化工生产装置的液体原料、 中间体和成品, 都需要数量较多的储罐区。 根据有关规范需要设置防火堤, 亦称防油堤、 防液堤。 3.2.1 防火堤的功能 (1)当储罐一旦破裂或失火,为使储罐内的物料不致漫延到其它范围,减少损失, 并及时处理。 (2)正常生产时,由于储罐内的介质一般属于有污染的液体,操作过程中管道阀 门又有滴漏,设置防火堤便于进行污水处理[16]。 3.2.2 防火堤选型构造 (1)防火堤选型 防火堤的主要类型包括土筑防火堤、 砖混结构防火堤、 毛石防火堤和钢筋混凝土防 火堤[14]。防火堤的选型应在满足各项技术要求的基础上,因地制宜,合理选型,达到安 全耐久、经济合理的效率。由于土筑防火堤占用土地资源多,砖混结构防火堤和毛石防 火堤由于均属脆性材料,使用中容易出现裂缝,耐久性、安全性较差。而钢筋混凝土防 火堤整体性好,强度高,抗震性能好,安全性能好,特别是当罐区下游地区为重要工业 区或生活区时,采用强度和密实性皆佳的钢筋混凝土防火堤更具有明显的安全意义。故 选用钢筋混凝土防火堤。 (2)防火堤构造 根据《储罐区防火堤设计规范》GB50351-2005 规定,钢筋混凝土防火堤的堤身要 构造密实、不渗漏,防火堤内无培土并喷涂隔热防火涂料,耐火极限不宜低于 3 小时。 钢筋混凝土防火堤堤身及基础底板的厚度应由强度及稳定性计算确定且不应小于 200mm,钢筋混凝土防火堤应双向双面配筋,竖向钢筋直径不宜小于 12mm,水平钢筋直 径不宜小于 l0mm, 钢筋间距不宜大于 200mm,竖向钢筋的保护层厚度不应小于 30mm, 基础底板受力钢筋的保护层厚度当有垫层时不应小于 40mm, 无垫层时不应小于 70mm。 堤身的最小配筋率和耐久性要求应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010 执 行。
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进出油罐组的泡沫管线、冷却水管线和电缆线从防火堤的顶部跨越。当管线必须穿 越防火堤时,应设置套管并采取有效的密封措施。如图 3-2,一般在堤壁内预埋一个短 管,然后连接一根 1m 长左右的软管,以便适应罐基的下沉及管道的伸缩,待管道安装 完毕后用非燃烧材料封闭[16]。

图3-2

管线必须穿越防火堤时安装图

3.2.3 防火堤平面布置 根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 第 6.2.13 条规定立式储罐至防 火堤内堤脚线的距离不应小于罐壁高度的一半。由于本设计油罐高度为 20m,所以汽油 储罐到防火堤内堤脚线为 10m。防火堤的平面布置如图 3-3。

防火堤

图 3-3

防火堤的平面布置

由防火堤的平面布置图可知: 防火堤长 L ? 10 ? 19.6 ? 8 ? 19.6 ? 10 ? 67.2 m 防火堤宽 D ? 10 ? 16 ? 8 ? 19.6 ? 10 ? 63.6 m
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3.2.4 防火堤高度计算 防火堤的高度一般考虑两个方面:一方面是在发生事故时,能方便消防员进入事故 区进行消防工作。另一方面是发生事故时,能有效地阻止可燃液体的蔓延。所以,防火 堤的高度不能建的太高, 也不能太低。 根据 《石油化工企业设计防火规范》 GB50160-2008, 防火堤内的有效容积不应小于罐组内 1 个最大储罐的容积并且立式储罐防火堤的高度应 为计算高度加 0.2m,但不应低于 1.0m(以堤内设计地坪标高为准) ,且不宜高于 2.2m (以堤外 3m 范围内设计地坪标高为准) 。防火堤高度下限规定为 1.0m,是为了防止消 防水及泡沫液外溢, 同时也是为了限制罐组占地面积过大。 防火堤高度上限规定为 2.2m, 且从外侧计算,主要考虑满足消防操作视野的要求,同时也考虑到单罐容积和储罐组容 积越来越大,储罐区占地面积急剧增加,为了减少占地,并尽可能增大防火堤的有效容 积。 (1)防火堤的体积 根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 6.2.12 条规定,内浮顶罐罐组防火堤内 的有效容积不应小于罐组内 1 个最大储罐容积的一半。本设计最大储罐体积为 6000m3, 所以有效容积为取 3000m3。 (2)防火堤的高度 根据《储罐区防火堤设计规范》GB50351-2005 第 3.2.6 条规定,油罐组防火堤有效 容积按 3-1 式计算:

V ? A? Hj ? ?V 1 ? V 2 ? V 3 ? V 4 ?
式中:V——防火堤有效容积,m3; A——由防火堤中心线围成的水平投影面积,m3; Hj——设计液面高度,m; V1——防火堤内设计液面高度内的一个最大油罐的基础体积,m3;

(3-1)

V2——防火堤内除一个最大油罐以外的其他油罐在防火堤设计液面高度内液体体 积和油罐基础体积之和,m3; V3——防火堤中心线以内设计液面高度内的防火堤体积和内培土体积之和,m3; V4——防火堤内设计液面高度内的隔堤、配管、设备及其他构筑物体积之和,m3。 有效容积V取3000m3。由于汽油储罐的基础高度很低,相对体积很小,汽油储罐基 础体积不计,所以V1取0。本设计选取防火堤内堤脚线为标准,且无培土,故V3取0。防
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火堤内无隔堤,其他体积忽略不计,V4也取0。

? ? ? ? 3000 ? 63.6 ? 67.2 ? H ? ? 0 ? 2 ? ?16 ?16 ? Hj ? ?19.6 ?19.6 ? H ? 0 ? 0 ? 4 4 ? ?
Hj ? 0.84 m

根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008第6.2.17条立式储罐防火堤的高 度应为计算高度加0.2m,防火堤的设计高度 H ? 0.84 ? 0.2 ? 1.04 m。施工时可按1.1m建 造。 3.2.5 防火堤剖面图 根据《储罐区防火堤设计规范》GB50351-200规定,储罐区防火堤的设计宽度为 200mm,基础埋深0.5m。防火堤要承受液体的水平剪切力和弯矩,如图3-4,防火堤内 侧所受的静液压力荷载值可按下列公式计算确定:

图3-4

防火堤内侧所受的静液压力荷载值

pYk ? ryHY
1 ryHY 2

(32)

PYk ?

(3-3)

MYk ?

1 PYkHY 2

(34)

式中:

p Yk ——在液体深度方向防火堤内侧受最大静液压力值,kN/m2;

ry ——堤内液体重度,取10kN/m3;
H Y ——液体最大深度,1.04m;

P Yk ——在液体深度方向防火堤内侧受最大静液压合力值,kN/m2;
12

MYk ——在液体深度方向静液压力对防火堤内侧最大弯矩值,kN/m;
带入数据得: pYk ? 10 ?1.04 ? 10.4 kN/m2
1 PYk ? ?10 ?1.04 ? 5.2 kN/m2 2

1 MYk ? ? 5.2 ?1.04 ? 2.704 kN/m 2

所以防火堤要承受液体的最大静液压力10.4kN/m2,承受的最大弯矩2.704kN/m。防 火堤的设计高度1.04m,防火堤剖面图如图3-4:

地平线

图3-4

防火堤剖面图

3.3 消防道路设计
根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 5.0.9 条规定,油库油罐区应设环行消防 道路,油罐中心与最近的消防道路之间的距离,不应大于 80m。消防道路与防火堤外堤 脚线之间的距离,不宜小于 3m。根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 第 4.3.4 条规定,消防车道的路面宽度不应小于 6m,路面内缘转弯半径不宜小于 12m。故 消防道路宽度设计 6m,消防道路与防火堤外堤脚线之间的距离为 3m,转弯半径 12m。

13

第4章

油库总平面布置

油库的总平面布置是根据油品业务要求和油库的安全要求, 合理确定各项设施的相 对位置,以保证油品的安全储存和收发作业。

4.1 一般要求
进行油库总平面布置时应考虑下列原则: (1)符合油库总工艺流程的要求; (2)分区合理、明确; (3)合理利用地形,又要结合水文及地质要求; (4)油库装卸和发放区要尽可能靠近交通线,使铁路专用线和公路支线较短; (5)油库的铁路专用线不应和油库出入口的道路交叉; (6)库内油品尽量做到单向流动,避免在库内往返、迂回; (7)库内各种设施及建、构筑物之间的防火间距,必须符合的有关规定; (8)油库通向公路的车辆出入口,三级油库不宜小于二处[17]。

4.2 油库各分区布置
4.2.1 分区划分 20000m3 汽油油库包括生产区、辅助生产区和行政管理区,分区及分区内主要建、 构筑物见表 4-1:
表 4-1 分区及分区内主要建、构筑物 序号 1 2 3 分区 生产区 辅助生产区 行政管理区 区内主要建、构筑物 油罐、防火堤、油泵房 消防泵房、消防水池、污水处理 场、变配电站 办公楼、宿舍、食堂

4.2.2 防火间距的相关规定 汽油油泵房的耐火等级为二级,根据《石油库设计规范》GB50074-2002第5.0.3条规 定,油泵房与单罐容量6000m3内浮顶油罐的安全间距为15m。
14

变配电站的耐火等级为二级, 根据 《石油库设计规范》 GB50074-2002第5.0.3条规定, 变配电站与单罐容量6000m3内浮顶油罐的安全间距为15m,与油泵房安全间距为15m。 消防泵房包括泡沫泵站和消防水泵房,泡沫泵站在救火过程中起着心脏作用,这就 要求在救火过程中,不受火灾威胁,所以规定其建筑耐火等级不低于二级,而且距保护 对象的安全距离不小于 30m。泡沫泵站与消防水泵房都需要水源、电源,为了便于管理 和集中控制,并且节省投资,泡沫泵站宜于消防水泵房合建。另外,从救火角度,泡沫 泵站出泡沫时间规定在 5min 以内。 根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 第 5.4.3 条规定,污水处理场内 的设备、建(构)筑物平面布置防火间距不应小于表 4-2 的规定。
表 4-2 污水处理场内的设备、建(构)筑物平面布置的防火间距(m) 变配电所、化 验室、办公室 等 — 15 — 15 15 15 含可燃液体的 隔油池、污水池 等 15 — 15 15 15 — 集 中 布 置 的 水 泵房 — 15 — 15 — — 污油罐、含 油污水调节 罐 15 15 15 — — — 焚 烧 炉 15 15 — 15 — 15 污 油 泵 房 15 — — — 15 —

类别 变配电所、化验室、办公室等 含可燃液体的隔油池、 污水池等 集中布置的水泵房 污油罐、含油污水调节罐 焚烧炉 污油泵房

根据《石油库设计规范》GB50074-2002第4.0.7条规定,三级油库的居住区及公共建 筑物与防火堤的中心线安全间距为80m, 少于1000人或300户的居住区与三级油库的距离 可减少25%,故行政管理区与防火堤的中心线安全间距设计为60m。 4.2.3 防火间距确定 根据防火间距的相关规定,本设计中油库内主要建、构筑物之间的防火间距见表 4-3:
表 4-3 建、构筑物 油泵房 防火堤中心 线 消防泵房 行政管理区 油泵 房 — — — — 15 防火堤 中心线 — — — 60 — 建、构筑物之间的防火间距(m) 消防 泵房 — — — — —
15

行政管 理区 — 60 — — —

变配电 站 15 — — — —

污水处理场 — — 15 15 15

最大储罐 15 10 30 — 续表 4-3 15

变配电站

污水处理场 最大储罐

— 15

— 10

15 30

15 —

15 15

— 15

15 —

4.3 油库的平面布置图
油库的办公楼、宿舍区等行政管理区和辅助生产区主要集中于油库的北面,而油罐 区则位于油库的南端,总平面布置如图 4-1。
国 道

宿舍

食 堂

办公楼

绿化 污水处 理场
市政给水管

1# 2# 消防水池 消防水池 3# 4# 消防水池 消防水池

变配电站

消防泵房

油泵房

图 4-1

油库平面布置

16

第 5 章 油罐区泡沫灭火系统设计

5.1 泡沫灭火系统形式选择
5.1.1 泡沫灭火系统形式 根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 12.1.3 条规定,内浮顶油罐应设低倍数 泡沫灭火系统或中倍数泡沫灭火系统。由于汽油储罐发生的火灾为 B 类火灾, 《高倍数、 中倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50196-93 第 1.0.4 条规定,汽油、煤油、柴油、工业 苯等 B 类火灾使用中倍数泡沫灭火系统,所以本设计选用中倍数泡沫灭火系统。 中倍数泡沫液为发泡倍数为21~200的泡沫,国产YEZ型中倍数泡沫液是一种氟蛋 白泡沫液,在油面上可流动一分钟左右,泡沫厚度可达5cm,其性能指标如表5-1所示。
表 5-1 性能 相对密度(20℃) pH 值(20℃) 黏度(20℃)/(10-3Pa· s) 流动点/℃ 发泡倍数(20℃) 25%析液时间(20℃)/min 抗烧时间(20℃)/min 中倍数泡沫液性能 指标 >1.11 6~7.5 25~30 ≥-5 >20 >6 >10

5.1.2 泡沫灭火系统设施的设置方式 根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 12.1.4 条规定,单罐容量大于 1000m3 的 油罐应采用固定式泡沫灭火系统。所以本设计采用固定式中倍数泡沫灭火系统。

5.2 泡沫灭火系统设计内容
5.2.1 沫灭火系统设计基本参数 1.泡沫液的选型 根据《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50196—93 第 3.2.2 条,油罐宜 选用混合比为 6%型的中倍数泡沫液。
17

2.泡沫混合液的供给强度 根据《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》GB 50196—93第5.1.2.2条,泡沫混 合液的供给强度为4L/min· m2 。 3.泡沫液的喷放时间 根据《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50196—93 第 5.1.2.3 条,泡沫 的最小喷放时间可按表 4-2 确定。
表 5-2 火灾类别 流散的 B 类火灾, 不超过 100m2 流淌的 B 类火灾 油罐火灾 泡沫的最小喷放时间 时间/min 10 15

由于汽油储罐发生的为油罐火灾,所以泡沫的喷放时间按15min设计。 4.泡沫液储罐至最远一个油罐泡沫发生器之间管道的长度 通过对泡沫管道平面布置图进行分析计算,确定泡沫液储罐至最远一个油罐泡沫发 生器之间管道的长度170m。 5.2.2 最大一个油罐用泡沫液的贮备量计算 根据《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50196-93第5.1.4.2条,最大一个 油罐用泡沫液的贮备量:

WD ? RZ · SZ · K· TZ
式中:WD——油罐用泡沫液的最小贮备量,L; RZ——泡沫混合液的供给强度,L/min· m2 ;

(5-1)

SZ——油罐防护面积,m2;(拱顶油罐、钢制浅盘和铝合金双盘内浮顶油罐的防 护面积可按油罐截面面积计算;外浮顶油罐和钢制单双盘内浮顶油罐的防 护面积可按环形面积计算) K——混合比,当采用混合比为6%型中倍数泡沫液时,蛋白型取0.08,合成型取 0.06。本设计泡沫混合液为蛋白型,所以K取0.08; TZ——泡沫的最小喷放时间,min。 代入数据,得:

WD ? 4 ?

? ? ?19.62 ? 17.62 ?
4

? 0.08 ?15 ? 281L
18

5.2.3 储罐所需泡沫混合液在管道内流量
Q1 ? Rz ? Sz 60

(52)

式中: Q1 ——储罐所需泡沫混合液在管道内流量,L/s; RZ——泡沫混合液的供给强度,L/min· m2 ; SZ——油罐防护面积,m2;
2 2 4 ? ? ?19.6 ? 17.6 ? Q1 ? ? ? 3.9 L/s 60 4

5.3 中倍数泡沫产生器
中倍数泡沫产生器是泡沫灭火系统中产生和喷射中倍数泡沫的设备。 空气泡沫产生 器的作用是将空气与泡沫混合液混合形成灭火泡沫。 常见中倍数空气泡沫产生器型号为 PZ3 和 PZ6。它们的主要参数见表 5-3。
表 5-3 型号 PZ3 PZ6 中倍数空气泡沫产生器主要参数 进口压力 0.6MPa 0.6MPa 泡沫流速 3L/S 6L/S

5.3.1 泡沫产生器的设置方式 空气泡沫产生器按使用位置分为液上空气泡沫产生器和液下空气泡沫产生器, 本设 计采用液上设置。 液上空气泡沫产生器有横式和竖式两种,均安装在油罐壁的上部,它们只是安装形 式不同,构造和工作原理是相同的,本设计采用竖式安装。安装示意图见图 5-1。

19

泡沫室盖 玻璃盖

泡沫导板 过滤网 泡沫室本体

泡沫产生器本体 空气吸入口

罐壁

孔板

图 5-1

竖式安装示意图

5.3.2 中倍数泡沫产生器个数确定 根据公式计算中倍数泡沫产生器个数
N? Q1 q1

(53)

式中: Q1 ——储罐所需泡沫混合液在管道内流量,L/s;
q1 ——单个中倍数泡沫产生器泡沫流速,L/s。

把 q1 =3L/s 和 q1 =6L/s 分别带入公式得: N ?

3.9 3.9 ? 2和 N ? ?1。 3 6

根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 12.3.2 条规定,内浮顶油罐泡沫发生器 的数量不应少于 2 个,且宜对称布置。故选用 2 个 PZ3 型中倍数泡沫产生器。

5.4 泡沫枪
5.4.1 泡沫枪所需混合液的流量 设置固定式泡沫灭火系统的储罐区, 应在其防火堤外设置用于扑救液体流散火灾的 辅助泡沫枪,根据《石油库设计规范》GB50074-2002第12.3.5条规定,扑救油品流散火 灾用的中倍数泡沫枪数量、连续供给时间,不应小于表5-4的规定。
20

表 5-4 中倍数泡沫枪数量和连续供给时间 油罐直径/m ≤15 >15
3

泡沫枪流量/L/s 3 3

泡沫枪数量/支 1 2

连续供给时间/min 15 15

6000m 汽油内浮顶罐的直径为 19.6m,故选泡沫枪的数量 2 支。泡沫枪所需泡沫混 合液的流量: Q2=3 ? 2=6 L/S。 5.4.2 扑救流散火灾所需泡沫混合液体积 根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 12.3.5 条规定,泡沫枪的连续供给时间 为 15min。由于泡沫枪所需混合液的流量为 6L/S,扑救流散火灾所需泡沫混合液量:

WA ? t ? ? Q2
式中: Q 2 ——泡沫枪所需泡沫混合液的流量,L/s;
t ? ——泡沫枪的连续供给时间,s。

(54)

带入数据得: WA ? 15 ? 6 ? 60 ? 540 L 5.4.3 泡沫栓 泡沫栓系供应泡沫混合液的消防栓。在泡沫栓上接水带和泡沫枪,用泡沫扑救油品 火灾。根据规定,采用固定式泡沫灭火系统的储罐区,应沿防火堤外侧均匀布置泡沫消 火栓。泡沫消火栓的间距不应大于60m,且设置数量不宜少于4个。本设计共4个储罐, 泡沫消火栓的设置数量为8个。

5.5 泡沫混合液的总流量
泡沫灭火系统的泡沫混合液总流量为单个储罐的泡沫混合液流量与辅助泡沫 枪泡沫混合液流量之和,再乘以裕度系数1.05。泡沫混合液的总流量:

Q ? 1.05 ? ?Q1 ? Q2 ?
式中:Q——泡沫混合液的总流量,L/s; Q1——储罐所需泡沫混合液在管道内流量,L/s; Q2——扑救流散火灾所需泡沫混合液在管道内流量,L/s。 所以得: Q ? 1.05? ?3.9 ? 6? ? 10.4 L/s
21

(5-5)

5.5 泡沫管道
泡沫管道是流通泡沫混合液的通道,包括从消防泵到储罐之间的所有管线,按管径 的不同分为泡沫干线管道和泡沫支线管道。泡沫管径大小的选择要根据《管道元件 DN(公称尺寸)的定义和选用》GB/T1047—2005 确定,DN 系列选用的数值附表 1 所示。 5.5.1 确定泡沫混合液在管道内流速 通常为了及时灭火和满足安全需要, 泡沫泵启动后将泡沫混合液输送到最远油罐的 时间不超过5min的要求,泡沫混合液的流速一般不超过 v ? 2.5 ~ 3.0 m/s。 泡沫混合液的最小流速:
v? L T

(5-6)

式中:S——泡沫液储罐至最远一个油罐泡沫发生器之间管道的长度,170m; T——泡沫混合液输送到最远油罐的最大时间,5min。 所以, v ?
170 ? 0.57 m/s 5 ? 60

考虑到设计需要,泡沫混合液在管道内的流速取 v ? 2.0 m/s。 5.5.2 泡沫干线管 泡沫干线管一般都是围绕着防火堤敷设成环型管网或沿防火堤的长轴作成枝状管 网。其一端与泵出口连接,另一端与油罐顶上的固定空气泡沫产生器的支管线相连,在 连接的支管线上设截断阀门,以便集中地向着火罐供给泡沫。为了保证油罐上某一个空 气泡沫产生器遭到破坏时,其余的空气泡沫产生器仍能使用,故油罐上的每一个空气泡 沫产生器宜用一根单独泡沫混合液管线。 泡沫干线管道的管径与泡沫混合液的总流量有关,计算式为:
Q ? S1 ? v

(57)

式中:Q——泡沫混合液的总流量,L/s; S1——泡沫干线管道截面积,m2; v——泡沫混合液在管道内的流速,m/s。

22

所以, 3.9 ?10?3 ?
D1 ? 50 mm

? ? D12
4

?2

考虑设计余量并参照管道直径表,应该选用 DN 65 的泡沫管径, DN 65 的管径参数 为 De74× 4.5。 5.5.3 泡沫支线管 泡沫支线管其一端与泡沫干线管连接, 另一端与油罐顶上的固定空气泡沫产生器相 连。泡沫支线管的管径受中数泡沫产生器的泡沫流速影响,PZ3 型中数泡沫产生器的泡 沫流速为 3L/s。
q1 ? S 2 ? v

(5-8)

式中:S2——泡沫支线管道截面积,m2; 所以, 3 ?10?3 ?

? ? D22
4

?2

D 2 ? 44 mm

考虑设计余量并参照管道直径表,应该选用 DN 50 的泡沫管径, DN 50 的管径参数 为 De59× 4.5。

5.6 泡沫储罐
系统用于贮存泡沫液的贮罐为常压罐,可用不锈钢、玻璃钢、聚乙烯等材料制作, 贮罐型状、安装方式可根据实际需求进行设计,但所有贮罐必须有检修人孔和通气孔以 及液 位计。 求系统用泡沫液的最小贮备量,根据《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》 GB50196—93 第 5.1.4 条规定,系统用泡沫液的最小贮备量应按下式计算:
W ? WD ? WG ? WA

(59)

式中:W——系统用泡沫液的最小贮备量,L; WD——最大一个油罐用泡沫液的贮备量,L; WG——泡沫液储罐与一个油罐的泡沫发生器之间管道中最大的泡沫液量,L;
23

WA——油罐区内扑救油品流散火灾需用泡沫液的贮备量,L。

? ? ? 0.652 ? 所以: W ? 281 ? ? ?170 ? 540 ? ? 0.8% ? 286 L 4 ? ?
根据设计所需泡沫液量,并考虑在实际灭火中保证泡沫液量充足,本设计选用 300L 不锈钢储罐。

5.7 泡沫比例混合器
泡沫比例混合装置是泡沫灭火系统实现泡沫灭火剂与水按规定比例自动混合成泡 沫混合液, 通过输送管网将其送入泡沫产生设备或泡沫喷射设备喷射泡沫实施灭火的核 心设备。 目前国外的泡沫比例混合装置的型式主要有五种:管线式负压空气泡沫比例混合 装置、环泵式负压空气泡沫比例混合装置、平衡式空气泡沫比例混合装置、压力式空气 泡沫比例混合装置、水轮机驱动泵式泡沫比例混合装置[18]。本设计采用环泵式泡沫比例 混合器。 5.7.1 安装方式和工作原理 环泵比例混合流程是泡沫消防工程上最早的一种流程,其安装见图5-2[19]。虽然在 一些技术先进的国家己开始由其他流程取代, 但在我国目前该流程还是应用较普遍的一 种泡沫消防流程。环泵比例混合器的安装位置必须置于消防水泵进、出口之间的回路管 段上,环泵比例混合器的进口与消防水泵的出水管连接,环泵比例混合器的出口(扩散 管)则与消防水泵的进水管连接,吸泡沫液的口与泡沫管连接。

图5-2 环泵式泡沫比例混合流程安装示意图 1-泵出口管;2-阀门;3-环泵式比例混合器;4-阀门;5-吸液管;6-泡沫液加入口;7-排气
24

口;8-混合器进液管;9-混合器出液管;10-泡沫液储罐;11-消防泵;12-消防泵进水管;13 -泡沫液;14-水源;15-排渣口

工作原理:当水泵启动后,有压力的水流由阀进入泡沫比例混合器,经过喷嘴喷入 扩散管, 再由扩散管经水泵进水管吸入水泵内, 在这样不断循环中, 由于喷嘴口径很小, 水流由喷嘴喷出,流速很快,真空室内造成负压,于是泡沫液罐内的泡沫液在大气压力 的作用下,通过吸管和控制孔被吸进真空室,与水混合形成泡沫混合液,混合液流经扩 散管进入泵的进水管。如果泵是正压进水,当比例混合器进口压力为0.7MPa时,其出口 背压不大于0.02MPa,当其进口压力大于0.9MPa时,其出口背压不大于0.03MPa,,否 则泡沫液就不能够按6%的比例混合,甚至水会从环泵比例混合器扩散管倒流入泡沫液 罐。环泵比例混合器俗称负压空气泡沫比例混合器。 5.7.2 环泵式泡沫比例混合器的选型 根据泡沫混合液流量和泡沫液流量确定环泵式泡沫比例混合器型号。 泡沫液的混合 比为 6%,目前,市场上 PH 系列环泵式泡沫比例混合器型号和规格见表 5-5。
表 5-5 PH 系列环泵式泡沫比例混合器型号和规格 型号 PH16 PH24 PH32 PH48 PH64 混合液流量 (L/s) 16 24 32 48 64 泡沫液流量 (L/s) 0.96 1.44 1.92 2.88 3.84 进口压力 (MPa) 0.6~1.4 0.6~1.4 0.6~1.4 0.6~1.4 0.6~1.4 出口压力 (MPa) 0~0.05 0~0.05 0~0.05 0~0.05 0~0.05

由于泡沫混合液的总流量为 10.4L/s,所以选用 PH16 型环泵式泡沫比例混合器。

5.8 泡沫泵
泡沫泵的选择需根据泡沫混合液的流量、扬程确定。通过计算泡沫混合液所需扬程 和流量,选择泡沫泵的型号。 5.8.1 确定泡沫泵的扬程 泡沫泵扬程的计算公式:
H 1 ? hP ? ?Z ? Pc ?c g
25

(5-10)

式中: H 1 ——泡沫泵的扬程, m ;

hP ——泡沫混合液管线总摩阻损失, m ;
? Z ——空气泡沫产生器入口与消防水池液面和标高差, m ;

Pa ; P c ——空气泡沫产生器进口工作压力,

?c ——泡沫混合液密度(因为其中有 94%的水,所以一般取 ?c ? ?s , ?s 为水的
密度)。 (1)确定摩阻损失系数 ? 确定泡沫泵的扬程, 首先要计算雷诺数 Re 的大小, 确定流体的流动形式。 Re<2000, 层流;Re=2000~4000,过度流;Re>4000,湍流。通过确定流体的流动形式,计算摩 阻损失系数 ? 。雷诺数为:
Re ? dv ?

?

(5-11)

式中 Re——雷若数 d——泡沫管径,0.065m; v——泡沫混合液流速,2m/s; ρ——泡沫混合液密度,1.11× 103kg/m3; μ——泡沫混合液黏度,25× 10-3Pa· s。 所以
Re ? 0.065 ? 2 ?1.11?103 ? 5772>4000 湍流 25 ?10?3

通常泡沫混合液管按旧钢管或铸铁管考虑,一般取绝对粗糙度 ? ? 0.5 mm 。对于粗 糙管,若 Re 值相同,则摩阻损失系数 ? 与

? 值有关,即 d
(5-12)

2? ? ? ? ? ?1.74 ? 2 ? lg ? d ? ?

?2

2 ? 0.5 ? ? 所以: ? ? ?1.74 ? 2 ? lg ? ? 0.035 65 ? ?
(2)管线总摩阻损失 局部组件的当量长度按管线长度的 20%计算: L局 ? 20% L ? 170 ? 20% ? 34 m 管线的总长度: L总=L ? L局 ? 170 ? 34 ? 204 m 所以管路的沿程摩阻为:

?2

hr ? ?

L总 v 2 204 22 ? 0.035 ? ? ? 22.5m d 2g 0.065 2 ? 9.8
26

管线总摩阻损失为:

hp ? 1.01? 22.5 ? 22.8m
(3)空气泡沫产生器入口与消防水池液面和标高差 ?Z ? 21 m 综上将数据代入公式 5-10 得泡沫泵扬程为:

Pc 6 ?105 H 1 ? hP ? ?Z ? ? 22.8 ? 21 ? ? 103.8 m ?c g 1.0 ?103 ?10
5.8.2 确定泵的流量 泡沫泵的设计流量, 应满足一次着火油罐火灾所需的泡沫混合液流量和泡沫比例混 合器动力水的回流损失流量。由于泡沫混合液的总流量为 10.4L/s,PH16 型环泵式泡沫 比例混合器产生的泡沫混合液流量为 16L/s,泡沫液流量为 0.96L/s。则泡沫泵的设计流 量:
Q3 ? 10.4 ? 16 ? 0.96 ? 25.44 L/s

5.8.3 泵的型号的选择 泡沫泵为环泵式泡沫比例混合器提供动力水,并将泡沫混合液输送到泡沫产生器。 泡 沫 泵 选 用 IS 型 离 心 泵 , 由 于 泡 沫 泵 的 扬 程 H 1 ? 103.8 m , 泡 沫 泵 的 设 计 流 量

Q3 ? 88 m3/h ,查 IS 系列常用水泵规格、型号、参数一览表,见 附表 2 ,故选用
IS100-65-315A 型离心泵,离心泵的规格见表 5-6。
表 5-6 IS100-65-315A 型离心泵规格 水泵型号 IS100-65-315A 流量/(m3/h) 100 扬程/m 125 电机功率/kW 75

5.9. 泡沫系统用水贮备量计算
根据《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50196-93第5.1.5条,泡沫系统用 水的最小贮备量:
Ws ? 1? K W K

(5-13)

式中:WS——泡沫系统用水的最小贮备量,L; W——系统用泡沫液的最小贮备量,L。
27

K——混合比,当采用混合比为6%型中倍数泡沫液时,蛋白型取0.08,合成型取 0.06。本设计泡沫混合液为蛋白型,所以K取0.08; 所以: Ws ?
1 ? 0.08 ? 286 ? 3289 L 0.08

28

第6章 油罐区喷淋冷却系统设计

消防冷却水功能是一方面吸收辐射热, 并及时带走热量, 以保护着火罐及临近罐壁; 另一方面,利用喷头喷射水雾作为隔热屏障。因此消防冷却水的喷水强度及喷水效果均 十分重要。 目前固定消防冷却水系统具有自动和半自动或手动控制功能的消防冷却水系 统主要有以下几种:自动喷水雨淋灭火系统,电动、气动阀门自动喷水灭火系统和固定 消防水炮灭火系统[20]。

6.1 消防冷却系统形式
根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 第 8.4.5 条罐壁高于 17m 储罐、 容积等于或大于 10000m3 储罐、容积等于或大于 2000m3 低压储罐应设置固定式消防冷 却水系统。 固定式消防冷却水系统采用临时高压式。 临时高压消防给水系统是指平时不能满足 灭火、控火和冷却时所需的流量和压力。火灾时,需消防水泵加压的系统。由消防水池 和消防水泵联合组成供水系统。

6.2 消防冷却水量
根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 第 8.4.4 条,可燃液体罐区的消 防用水量计算应按火灾时消防用水量最大的罐组计算,当着火罐为立式储罐时,距着火 罐罐壁 1.5 倍着火罐直径范围内的相邻罐应进行冷却。 着火罐和相邻罐的确定如图 6-1:

1 着火罐
3 相邻罐

2 相邻罐
4 相邻罐

图 6-1 着火罐和相邻罐的分布
29

根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 第 8.4.5 条,冷却用水量的确定 可根据表 6-1:
表6-1 项目 移动式水 枪冷却 固定式冷 却 着火罐 邻近罐 着火罐 邻近罐 固定顶罐 浮顶罐、内浮顶罐 固定顶罐 浮顶罐、内浮顶罐 消防冷却水的供水范围和供水强度 供水范围 罐周全长 罐周全长 罐周全长 罐壁表面积 罐壁表面积 罐壁表面积的 1/2 供水强度 0.8L/s· m 0.6L/s· m 0.7L/s· m 2.5L/min· m 2.0L/min· m2 与着火罐相同
2

附注 — 注 1、2 — — 注 1、2 注3

注:1.浮盘用易熔材料制作的内浮顶罐按固定顶罐计算;2.浅盘式内浮顶罐按固 定顶罐计算;3.按实际冷却面积计算,但不得小于罐壁表面积的 1/2。 6.2.1 消防冷却用水的时间 根据《石油化工企业设计防火规范》第 8.4.7 条规定,内浮顶罐的直径小于 20m 时, 消防冷却用水的时间为 4h。 6.2.2 固定式冷却水量 冷却水流量:
Q固冷 ? q固冷 ? S

(6-1)

式中: q固冷 ——着火罐固定冷却水供应强度,查表 6-1 得: q固冷=2.0 L/min· m2; S——内浮顶罐罐壁表面积,m2。 (1)着火罐固定冷却水量 着火罐冷却面积 S 3 ? ? D3h ? 3.14 ?19.6 ? 20 ? 1230.88 m2 冷却水流量: Q 4 ?
2 ?1230.88 ? 41.1 L/s; 60

(2)相邻罐固定冷却水流量 相邻罐的冷却面积 S 4 ?

? D 3h
2

?

3.14 ?19.6 ? 20 ? 625.44 m2 2

30

S5 ? S6 ?

? D 4h
2

?

3.14 ?16 ? 20 ? 502.4 m2 2

冷却水流量: Q 5 ?

2 ? 625.44 ? 20.9 L/s; 60 2 ? 502.4 ? 16.8 L/s; 60

Q6 ? Q7 ?

(3)固定冷却水总流量: Q冷 ? Q4 ? Q5 ? Q6 ? Q7 ? 41.1 ? 20.9 ? 16.8 ? 16.8 ? 95.6 L/s (4)故固定冷却用消防冷却水的总体积:

V 固冷 ? Q固冷 ? 4 ? 3600 ? 95.6 ?10?3 ? 4 ? 3600 ? 1376.7 m3
6.2.3 移动式冷却水量 冷却水流量:

Q动冷 ? q动冷 ? C
式中: q动冷 ——着火罐移动冷却水供应强度,L/s· m; C——内浮顶罐罐壁周长,m。 (1)着火罐移动冷却水流量 着火罐冷却周长: C 3 ? ? D3 ? 3.14 ?19.6 ? 61.544 m 冷却水流量: Q4? ? 0.6 ? 61.544 ? 37 L/s; (2)相邻罐移动冷却水流量 相邻罐的冷却周长: C 4 ? ? D3 ? 3.14 ?19.6 ? 61.544 m
C 5 ? C 6 ? ? D 4 ? 3.14 ?16 ? 50.24 m

(62)

冷却水流量: Q5? ? 0.7 ? 61.544 ? 43.1 L/s;

Q6? ? Q7? ? 0.7 ? 50.24 ? 35.2 L/s;
(3)移动冷却水总流量:

Q动冷 ? Q4? ? Q5? ? Q6? ? Q7? ? 37 ? 43.1 ? 35.2 ? 35.2 ? 150.5 L/s
31

(4)故移动冷却用消防冷却水的总体积:

V 动冷 ? Q动冷 ? 4 ? 3600 ? 150.5 ?10?3 ? 4 ? 3600 ? 2167.2 m3

6.3 冷却水管道
根据《石油库设计规范》GB50074-2002 的相关规定,本设计消防给水系统保持充 水状态,消防给水管道采用镀锌钢管,环状敷设,三级石油库油罐区的消防水环形管道 的进水管道设计为 2 条,每条管道应能通过全部消防用水量。 6.3.1 基本参数的确定 (1)冷却水总流量

Q冷=Q固冷+Q动冷=95.6+2.52=98.12 L/s
(2)确定冷却水在管道内流速 罐区消防冷却水管网呈环状敷设在罐区防火堤外周围,由于管网中平时充满水,所 以, 均能满足消防冷却水5min上冷却的要求。 根据 《石油化工企业设计防火规范》 第8.5.4 条规定,独立的消防给水管道的流速不宜大于3.5m/s,考虑到设计需要,消防冷却水在 管道内的流速设计为 v? ? 2.5m s 。 6.3.2 消防冷却水干线管 消防冷却水干线管一般都是围绕着防火堤敷设成环型管网。其一端与泵出口连接, 另一端与油罐顶上的消防冷却水支线管相连。 消防冷却水干线管的管径与消防冷却水的总流量有关,计算式为:

Q冷 ? S 7 ? v?
式中:S7——消防冷却水干线管道截面积,m2;
v ? ——消防冷却水在管道内流速。

(6-3)

所以, 98.12 ?10?3 ?
D5 ? 224 mm

? ? D5 2
4

? 2.5

考虑设计余量并参照管道直径表,消防冷却水干线管应该选用 DN 250 的冷却水管,
DN 250 的管径参数为 De270× 10。
32

6.3.3 消防冷却水支线管 消防冷却水支线管其一端与消防冷却水干线管连接, 另一端则呈环状敷设在油罐顶 部。 消防冷却水支管线上设截断阀门, 并在油罐顶的环状部分有出水孔, 当启动消防泵, 打开截断阀门时,消防冷却水从出水孔流出到油罐壁上,起到消防冷却的作用。 首先确定冷却水在支线管道流量,由于每个油罐由二条消防冷却水支线管冷却,故 流量: Q支 ?
Q 4 41.1 ? ? 20.55 L/s 2 2

Q支 ? S 8 ? v?
式中:S8——消防冷却水支线管道截面积,m2。 所以, 20.55 ?10 ?
D ? 102.4 mm
?3

(6-4)

? ? D62
4

? 2.5

考虑设计余量并参照管道直径表,消防冷却水支线管应该选用 DN125 的冷却水管,
DN125 的管径参数为 De143× 9。

6.4 确定冷却水泵规格
冷却水泵的选择需根据冷却水的流量、 扬程确定。 通过计算冷却水所需扬程和流量, 选择泡沫泵的型号。 6.4.1 确定冷却水泵的扬程 冷却水泵扬程的计算公式:
P? H 2 ? hP? ? ?Z ? ? c ? c? g

(6-5)

式中: H 2 ——冷却水泵扬程, m ;

hP ——冷却水管线总摩阻损失, m ;
? Z ——环状喷淋管与消防水池液面和标高差, m ;

Pa ; P c ——环状喷淋管出水口压力,M

?c ——清水密度, 1?103 kg/m3。
(1)摩阻损失系数
33

d ?v?? ? 0.25 ? 2.5 ?1000 雷诺数 Re? ? ? ? 625<2000 属于层流,层流时,“ ? ? R e ”关系 ?? 1

与管子的相对粗糙度无关,即粗糙管、光滑管的规律一致。 摩阻损失系数 ? ?
64 64 ? ? 0.1024 R e 625

(2)冷却水管线总摩阻损失 通过对泡沫管道平面布置图进行分析计算,确定消防水池至最远一个油罐灌顶环状 喷淋管之间管道的长度 L? ? 180 m。 局部组件的当量长度按管线长度的 20%计算: L局? ? 20%L? ? 180 ? 20% ? 36 m 管线的总长度: L总? =L? ? L局? ? 180 ? 36 ? 216 m 所以管路的沿程摩阻为:

L总? v?2 216 2.52 ? hr ? ? ? ? 0.1024 ? ? ? 28.3m d ? 2g 0.25 2 ? 9.8
管线总摩阻损失为:
hp? ? 1.01? 22.5 ? 22.8 m

(3)环状喷淋管出水口压力 根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 12.2.9 条规定,环状喷淋管出水口压力 不应小于 0.1MPa。 (4)环状喷淋管与消防水池液面和标高差 ?Z ? ? 21 m 综上得冷却水泵扬程为:
P? 0.1?106 H 1? ? hP? ? ?Z ? ? c ? 22.8 ? 21 ? ? 53.8 m 1.0 ?103 ?10 ?c? g

6.4.2 确定冷却水泵的流量 冷却水泵的设计流量,应满足冷却水总流量。由于冷却水总流量为 98.12L/s,则泡 沫泵的设计流量: Q3? ? 35.4 m3/h。 5.8.3 泵的型号的选择 冷却水泵选用 IS 型离心泵,由于冷却水泵泵的扬程 H 1? ? 53.8 m,冷却水泵的设计
34

流量 Q3? ? 35.4 m3/h,查 IS 系列常用水泵规格、型号、参数一览表,见附表 2。选用 IS80-50-250B 型离心泵,离心泵的规格见表 6-2。
表 6-2 IS80-50-250B 型离心泵规格 流 水泵型号 m /h IS80-50-250B 43
3



扬 m

程 电机功率 kW

60

15

6.5 消防水池
6.5.1 相关规定 根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008 第 8.3.2 条规定,工厂水源直接 供给不能满足消防用水量、水压和火灾延续时间内消防用水总量要求时,应建消防水池 (罐) ,并应符合下列规定: (1)水池(罐)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(罐)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(罐)的总容量大于 1000m3 时,应分隔成两个,并设带切断阀的连通管; (3)水池(罐)的补水时间,不宜超过 48h; (4)当消防水池(罐)与生活或生产水池(罐)合建时,应有消防用水不作他用 的措施; (5)寒冷地区应设防冻措施; (6)消防水池(罐)应设液位检测、高低液位报警及自动补水设施。 6.5.2 消防水池大小 根据《石油库设计规范》GB50074-2002 第 12.2.6 条规定,石油库的消防用水量, 应按油罐区消防用水量计算确定。油罐区的消防用水量,应为扑救油罐火灾配置泡沫最 大用水量与冷却油罐最大用水量的总和。

V 水池 ? 1.1? ?WS ? V 固冷 ? V 动冷?
式中: V 水池 ——消防水池大小,m3;
W S ——泡沫系统用水的最小贮备量,4.922m3;
35

(6-5)

V 固冷 ——固定冷却用消防冷却水的总体积,1376.7m3; V 动冷 ——环状喷淋管与消防水池液面和标高差,36.3m3。

故: V 水池 ? 1.1? ?3.3 ?1376.7 ? 2167.2? ? 3902 m3 6.5.3 消防水池平面图 消防水池体积为 3902m3,设计 4 座体积同为 1024m3 水池,水池间设有连通管。消 防水池深 4m,长和宽各为 16m,其平面布置见图 6-2。

1# 2# 消防水池 消防水池 3# 4# 消防水池 消防水池

市政给水管
图 6-2

消防水池平面图

36

第7章 小结

油库的消防安全设计是一个复杂的协作过程,需要工艺、电气、仪表等多个专业人 员的共同努力。随着石油工业的发展,要求消防系统的控制水平不断提高,反应迅速、 控制准确、安全可靠是消防系统的必备条件。消防供水系统、泡沫灭火系统是油库消防 水系统的主要组成部分,其在设计中各自独立又互相关联,一个完善的消防系统就是能 将各组成部分协调统一,充分发挥各自的作用,构成一个完整的控制系统,为油库安全 生产保驾护航[21]。 本设计是对某 20000m3 汽油储罐区进行消防安全设计,包括储罐区的设计布置、泡 沫灭火系统设计和喷淋冷却系统设计。主要研究结论如下: (1)汽油属于甲 B 类液体, 汽油油罐选用二次密封装置的内浮顶油罐,储罐的浮盘为钢制单盘;(2)防火堤高度 为 1.1m,长 67.2m,宽 63.6m; (3)消防道路宽度设计 6m,消防道路与防火堤外堤脚 线之间的距离为 3m,转弯半径 12m; (4)泡沫灭火系统采用固定式中倍数泡沫灭火系 统, 泡沫液罐选用 450L 不锈钢储罐, 泡沫管线分别选用 DN 65 和 DN 50 的管径作为泡沫 干线管和泡沫支线管,泡沫比例混合器选用 PH16 型环泵式泡沫比例混合器,泡沫泵选 用 IS100-65-315A 型离心泵; (5)消防冷却系统采用固定式消防冷却水系统,消防水管 道分别选用 DN 250 和 DN125 的管径作为消防水干线管和消防水支线管,冷却水泵选用 IS80-50-250B 型离心泵。 20000m3汽油储罐区的规模虽然相对不大,但必须严格遵守国家有关的设计规范, 只有在确保消防安全的前提下,油库才能够发挥其经济效益。

37

参考文献

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38





本论文是在批阅老师的悉心指导下完成的。批阅老师渊博的专业知识,严谨的治学 态度,精益求精的工作作风,严以律己、宽以待人的崇高风范,朴实无华、平易近人的 人格魅力对我影响深远。

1

附录

附表 1 DN 管道直径表 DN 6 DN 8 DN 10 DN 15 DN 20 DN 25 DN 32 DN 40 DN 50 DN 65 DN 80 DN 100 DN 125 DN 150 DN 200 DN 250 DN 300 DN 300 DN 400 DN 450 DN 500 DN 600 DN 700 DN 800 DN 900 DN 1000 DN 1100 DN 1200 DN 1400 DN 1500 DN 1600 DN 1800 DN 2000 DN 2200 DN 2400 DN 2600 DN 2800 DN 3000 DN 3200 DN 3400 DN 3600 DN 3800 DN 4000 ——

附表 2 IS 系列常用水泵规格、型号、参数一览表 流 量 水泵型号 IS50-32-125 IS50-32-160 IS50-32-200 IS50-32-250 IS65-50-125 IS65-50-160 IS65-40-200 IS65-40-250 IS65-40-315 IS80-65-125 IS80-65-160 IS80-65-160A IS80-65-160B IS80-50-200 IS80-50-200A IS80-50-200B IS80-50-250 IS80-50-250A IS80-50-250B IS80-50-315 IS80-50-315A IS80-50-315B IS100-80-125 IS100-80-125A IS100-80-160 IS100-80-160A IS100-80-160B m3/h 12.5 12.5 12.5 12.5 25 25 25 25 25 50 50 46 43 50 46 43 50 46 43 50 47 45 100 89 100 93 86 m 20 32 50 80 20 32 50 80 125 20 32 28 24 50 44 38 80 70 60 125 114 103 20 16 32 28 24 扬 程 流 水泵型号 IS100-65-315 IS100-65-315A IS100-65-315B IS125-100-200 IS125-100-200A IS125-100-200B IS125-100-250 IS125-100-250A IS125-100-250B IS125-100-315 IS125-100-315A IS125-100-315B IS125-100-400 IS125-100-400A IS125-100-400B IS150-125-250 IS150-125-250A IS150-125-250B IS150-125-315 IS150-125-315A IS150-125-315B IS150-125-400 IS150-125-400A IS150-125-400B IS200-150-250 IS200-150-250A IS200-150-250B m3/h 100 95 90 200 187 173 200 187 173 200 191 181 100 93 86 200 187 173 200 187 173 200 187 173 400 374 346 m 125 114 103 50 44 38 80 70 60 125 73 71 50 44 38 20 17.5 15 32 28 24 50 44 38 20 17.5 15 量 扬 程

电机功率 kW 2.2 3 5.5 11 3 5.5 7.5 15 30 5.5 7.5 7.5 5.5 15 11 11 22 18.5 15 37 37 30 11 7.5 15 11 11

电机功率 kW 75 55 55 45 37 30 75 55 45 110 110 90 30 22 18.5 18.5 15 11 30 22 18.5 45 37 30 37 30 22

IS100-65-200 IS100-65-200A IS100-65-200B IS100-65-250 IS100-65-250A IS100-65-250B

100 93 86 100 93 86

50 44 38 80 70 60

22 18.5 15 37 30 30

IS200-150-315 IS200-150-315A IS200-150-315B IS200-150-400 IS200-150-400A IS200-150-400B

400 374 346 400 374 346

32 28 24 50 44 38

55 45 37 90 75 55


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