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罐区泡沫灭火系统设计


第4章

罐区泡沫灭火系统设计

泡沫灭火系统主要由消防水泵、泡沫灭火剂储存装置、泡沫比例混合装置、 泡沫产生装置及管道等组成。泡沫灭火系统的实质也是一种水消防设施,它是将 水与泡沫液按要求的比例混合,然后吸入空气产生泡沫,利用泡沫覆盖燃烧物或 将保护对象淹没实现灭火。

4.1 泡沫系统形式及组成
4.1.1 低倍数泡沫灭火系统 泡沫体积与其混合液体积之比称为泡沫的倍数, 按照系统产生泡沫的倍数不 同,泡沫系统分为低倍数泡沫灭火系统、中倍数泡沫灭火系统、高倍数泡沫灭火 系统。低倍泡沫系统被广泛用于生产、加工、储存、运输和使用甲、乙、丙类液 体的场所,并早已成为甲、乙、丙类液体储罐区及石油化工装置区等场所的消防 主力军。 低倍数泡沫是指泡沫混合液吸入空气后,体积膨胀小于 20 倍的泡沫。低倍 数泡沫灭火系统主要用于扑救原油、汽油、煤油、柴油、甲醇、丙酮等 B 类的 火灾,适用于炼油厂、化工厂、油田、油库、为铁路油槽车装卸油的鹤管栈桥、 码头、飞机库、机场等。一般民用建筑泡沫消防系统等常采用低倍数泡沫消防系 统。低倍数泡沫液有普通蛋白泡沫液,氟蛋白泡沫液,水成膜泡沫液(轻水泡沫 液),成膜氟蛋白泡沫液及抗溶性泡沫液等几种类型。本设计选用普通蛋白泡沫 液,原料易得,生产工艺简单、成本低,泡沫稳定性及抗烧性好。 4.1.2 固定式泡沫灭火系统 GB50151-92《低倍数泡沫灭火系统设计规范》第 2.2.2 中规定甲、乙、丙类 液体的外浮顶储罐和内浮顶储罐应选用液上喷射泡沫灭火系统。 液上喷射泡沫系 统是指将泡沫从燃烧液体上方施加到燃烧液体表面上实现灭火的泡沫系统。 它有 固定式、半固定式、移动式三种,它适用于固定顶储罐、外浮顶储罐、内浮顶储 罐。 曾国保的《石油库固定泡沫灭火系统设计要点》中曾提到:总容量在 500m3 以上的石油库油罐区均应设置固定泡沫灭火系统。 固定式泡沫灭火系统由固定的 泡沫液消防泵、泡沫液贮罐、比例混合器、泡沫混合液的输送管道及泡沫产生装

置等组成,并与给水系统连成一体。当发生火灾时,先启动消防泵、打开相关阀 门,系统即可实施灭火。目前,固定式泡沫系统多设计为手动控制系统,即手动 启动泡沫消防泵和有关阀门,向储罐内排放泡沫实施灭火;也有少数自动控制系 统, 即首先靠火灾自动报警及联动控制系统自动启动泡沫消防系及有关阀门向储 罐内排放泡沫实施灭火,自动操纵出现故障时,由手动启动系统。

4.2 泡沫灭火系统主要组件
4.2.1 泡沫比例混合器 泡沫比例混合器是通过机械作用, 使水在流动过程中与泡沫液按一定的比例 (混合比)进行混合,形成混合液。泡沫比例混合器有负压环泵式泡沫比例混合 器,压力比例混合器,平衡压力式比例混合器和管线式比例混合器。 在该罐区泡沫灭火系统系统中应该使用负压环泵式泡沫比例混合器。 负压环 泵式泡沫比例混合器结构简单、且配套的泡沫液储罐为常压储罐,易于操作、维 护、检修、试验等,其工程造价与日常维护费用低,适用于建有独立泡沫消防泵 站的单位,尤其适用于储罐规格较单一的甲、乙、丙类液体储罐区。该混合器适 合配用 6%的泡沫液。 4.2.2 泡沫产生装置

将空气与混合液充分混合,产生并喷射泡沫的设备称为泡沫产生装置。泡沫 产生装置分为吸气型和吹气型, 低倍泡沫产生装置和部分中倍泡沫发生装置是吸 气型的,高倍和部分中倍泡沫发生装置是吹气型的。 泡沫产生器是为甲、乙、丙类液体储罐液上喷射泡沫系统配套安装的一种低 倍泡沫产生装置,按其安装方式的不同分为横式和立式两种。目前我国只生产横 式一种,有 PC4、PC8、PC16、PC24 四种规格,额定工作压力 0.5MPa,发泡倍 数大于 5 倍。 4.2.3 泡沫液及泡沫液储罐 泡沫液的选择、存储及泡沫混合液的配置应符合一定的要求,以适应系统灭 火的需求。根据 GB50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》3 泡沫液和系统组件 中第 3.2.1 条规定烃类液体储罐的低倍数泡沫灭火系统,当采用液上喷射泡沫灭 火系统时,可选用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡沫液。泡沫液宜储存在

通风干燥的房间内或敞棚内,泡沫液的储存温度应为 0℃~40℃。 同时泡沫液储罐则应该使用常压储罐。易于操作、维护、检修、试验等,其 工程造价与日常维护费用低。 4.2.4 泡沫消防泵和泡沫泵站 泡沫消防泵宜选用特征曲线平缓的离心泵,应设置备用泵。同时泡沫泵站与 保护对象不宜小于 30m,且启动后,泡沫混合液或泡沫输出时间不超过 5 分钟。 4.2.5 管道 罐壁顶部设置泡沫喷射口的外浮顶的泡沫产生器, 每两个一组在立管下端合 用一根管道引至防火堤外。泡沫灭火系统只有在发生火灾事故时,才启动使用, 因此,管道系统通

常处于空管状态,所以管道应采用不锈钢管,管道外壁应进行防腐处理,以避免 管道内外壁腐蚀,保证整个灭火系统的有效运行。 固定式泡沫系统管道的总体布置有环状布置、枝状布置或两者结合等形式。 环状布置是将泡沫混合液管道在防火堤外布置成环状, 再从其环管分别引出支管 到各保护储罐。 4.2.6 其他附件 (1)火灾报警控制装置 在防护区和消防控制中心应设置声光报警装置, 而且探测报警系统的设置应 符合现行国家标准《火灾自动报警系统设计规范》的规定。 (2)泡沫缓冲装置 泡沫缓冲装置适用于保护水溶性甲、乙、丙类液体火灾的泡沫灭火系统。该 装置可以避免泡沫与液面的直接冲击,减少泡沫的破损,保证泡沫通过缓冲装置 缓慢地铺到液面上扑灭火灾。 (3)泡沫堰板 泡沫堰板的作用是围封泡沫, 将泡沫的覆盖面积控制在罐壁与浮顶之间的环 形面积内,这样可减小泡沫覆盖面积,避免不必要的浪费。

4.3 内浮顶储罐液上喷射泡沫灭火系统设计
4.3.1 系统管道直径的确定 管道直径应按式(4-1)计算确定:

d=
式中:d---泡沫管线的直径,m Q---管道的最大泡沫混合液或泡沫流量,L/s v---管道的泡沫混合液或泡沫流速,m/s

4Q πv

(4-1)

流速要求是保证经济流速和较大的水力特性。 储罐区泡沫系统管道内的泡沫 混合液流速不宜大于 3m/s,因此 v=3m/s。由于流量 Q=供给强度 q×环形面积 A。 根据 GB50151-92 低倍数泡沫灭火系统设计规范》 《 中第 3.1.2 条规定外浮顶储罐, 单、双盘式内浮顶储罐,储罐的保护面积应为管壁与泡沫堰板间的环形面积。其 中。供给强度 q 是由 GB50151-92《低倍数泡沫灭火系统设计规范》中第 3.2.2 条

1 1 得到:泡沫混合液供给强度 q=12.5L/min·m2。环形面积 A = π D1 ? π D2 (其中 4 4 D1 为内浮顶储罐的直径,m;D2 为环形围堰的直径,m) ,

1 化简后 A = π ( D1 + D2 )( D1 ? D2 ) ,其中 D1-D2 为泡沫堰板与罐壁的间距,按照 4

规定最小间距为 0.6m,但是根据实验和国内外应用情况,建议泡沫堰板与罐壁 1 间距不要超过 1m,那么 D1-D2=2,则 A = π ( D1 + D2 ) , 外浮顶储罐的直径 2 D1=19m , 那 么 A=18πm2 , 故 Q=225πL/min=3.75πL/s , 根 据 式 ( 4-1 ) d=0.0707m=70.7mm,因此主管选用管径 DN80 比较合适。 4.3.2 泡沫产生器数量、泡沫储罐大小与消防水量。 由于流量 Q=225πL/min=706.9L/min,故使用型号 PC-16 泡沫产生器,即 Q 产 =960L/min (泡沫产生器工作压力按 0.5MPa 计算) 每个罐配套 3 个该型号的泡沫 产生装置。 泡沫混合液用量 V 混= n 产×Q 产×t=3×960×30=86400L=86.4m3。 由于灭火剂使用 6%氟蛋白泡沫液。泡沫液用量 V=KV 混=6%×86.4=5.184m3, 则 泡 沫 储 罐 的 容 积 为 5.184m3 。 配 制 泡 沫 混 合 液 所 需 的 水 量 为 : 86.4×94%=81.216m3。泡沫比例混合器的流量为:16×3=48L/s,配置泡沫混合液 的水流量为:48×94%=45.12L/s。 4.3.3 泡沫消防泵的选择 (1)想要了解泡沫消防泵的流量,可按式(4-2)进行计算: Q=K1QJ 式中:Q---系统的泡沫混合液设计量,L/s K1---裕度系统(K1≥1.05) QJ---系统的泡沫混合液计算量,L/s 因此可以算出系统的泡沫混合液设计量=1.05×3.75π=12.37 L/s (2)泡沫消防泵扬程应按(4 -3)计算: H=∑h+P0+hz 式中:H---水泵或泡沫混合液的扬程或系统入口的供给压力,MPa ∑h---管道沿程和局部的水头损失的累计值,MPa P0---最不利点处泡沫产生装置或泡沫喷射装置的工作压力,MPa hz---最不利点处泡沫产生装置或泡沫喷射装置与消防水池的最低水位或 系统水平供水引入管中心线之间的静压差,MPa 其中 P0 为泡沫产生器进口压力 0.5MPa,hz 为泡沫产生器与供水管网引入管 (4-3) (4-2)

中心线的静压差,即 hz=0.098MPa。 单位长度泡沫混合液管道的压力损失,应按式(4-4)计算 i = 0.0000107 式中:i---每米泡沫混合液管道的压力损失,MPa/m V---管道内泡沫混合液的平均流速,m/s D---管道的内径,m 根据《石油化工企业设计防火规范》第 4.2.8 条规定罐区泡沫站应布置在罐 组防火堤外的非防爆区,与可燃液体罐的防火间距不宜小于 20m。根据查找的资 料了解到防火堤与组内油罐应保持一定的距离, 即防火堤内坡脚线距立式油罐不 应小于罐高的一半。由于罐高 19m,那么防火堤与油罐的距离应为 9.5m。 V2 D1.3 (4-4)

图 4-1

水力计算示意图

因此从泡沫产生器到罐区泡沫站的最远距离(即图 4-1 所标的 2-3 的距离) 的 总 长 为 44m , 因 此 h 0.0000107 ×
沿

1

( 管 径 DN100 时 , v=1.5m/s ) = iL =

1.52 × 44 =0.0211MPa。 4-1 中 1-3 的距离即为 25m, 图 其中管径 DN80, 0.11.3

v=2.34375m/s,那么 h 沿 2=0.0392MPa。所以

h 沿=h

沿1

+h

沿2

=0.0211+0.0392=0.0603MPa。同时根据 GB50151-92《低倍数泡沫

灭火系统设计规范》中第 3.7.7 条规定:泡沫混合液管道的局部压力损失可按系 统管道沿程压力损失值的 20% 估算,故 h H=∑h+P0+hz=h 沿+h 局+P0+hz=0.6703MPa。 即泡沫泵的流量为 Q=12.37×1.1=13.6L/s, 扬程为 0.6703MPa。 因此应该选用 XBD 型卧式单级消防泵,并设一台备用泵。


=20%×h

沿

=0.01206MPa。所以


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