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大型可燃液体罐区消防及自动控制设计


INDUSTRIAL WATER & WASTEWATER

工业用水与废水

Vol . 38 No . 6 Dec. , 2007

大型可燃液体罐区消防及自动控制设计
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 100085 ) 摘要 : 我 国 20 世 纪 70 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: TU998.1 文献标识码: B 文章编号: !1009 - 2455 ( 2007 ) 06 - 0097 - 04

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。

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、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 《 油 库 设 计 规 范 》 定, 单 罐 容 量 大 于 石 规

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]

1 000 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 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: 2007 - 06 - 27 ; 修回日期: 2007 - 08 - 25

按照《 油库设计规范》 定, 单罐容量不小 石 规 于 5 000 m 或罐壁高度不小于 17 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
[ 3]

泡沫、中倍数泡沫和高倍数泡沫 3 类 。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

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工业用水与废水
火情。

Vol . 38 No . 6 Dec. , 2007

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。

① 罐区太大, 由人工 定 点 巡 检 不 能 及 时 发 现 ② 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 700

2 工程实例 2.1 工程概况
我国某油库, 始建于 20 世纪 70 年代, 分 3 期 扩 建 成 现 有 规 模 。 目 前 罐 区 内 一 共 有 5 座 20 000

℃, 油罐钢板的强度降低 90 % 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。

m3 钢制浮顶罐, 4 座 50 000 m3 钢制浮顶罐, 共计 30 ×10 m 的 库 容 , 库 区 占 地 面 积 14.8 ×10 m 。
4 3 4 2

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 1 000 m 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 台消防泵, 1 台 14sh- 6 型泵为泡沫混合液泵, 1 台

③ 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, 而平时他们又没什么事情可做, 这在 管理上是非常矛盾的问题。

12sh- 6 型 泵 为 冷 却 水 泵 , 另 有 1 台 14sh- 6B 型 泵 为公共备用泵。以上几台泵所配电机均为 6 000 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。

④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

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,

规范要求, 在 2006 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 20 000 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 50 000 m3 的浮顶油罐应设置 火灾自动报警系统。单罐容量不小于 100 000 m3 的 浮顶油罐, 其泡沫灭火系统与消防冷却水系统应具
[4 备自动操纵功能” ] ; 《 石油库设计规范》 12.3.3 条中

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 电所值班人员监护, 逐台启泵、开出口阀, 整个过 程需 5 min。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 12

规定“ 单罐容量大于或等于 50 000 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 100 000 m3 的浮顶油罐, 泡沫灭火系统应
[2 采用自动控制方式” ] 。而上述两规范中对于 单 罐

min 。再加上泡沫、冷却水上罐时间 1min 左右, 共 需要 13 min 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 min 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 20 世纪 70 年代时我国的石油行业整体的 自动控制水平较低, 相应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:

容量小于 100 000 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:

① 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;

② 根据最大的贮罐计 算 一 次 火 灾 所 需 的 泡 沫

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刘建兴: 大型可燃液体罐区消防及自动控制设计

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 min 上罐综合考虑选取 设备;

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。

③ 根据最大罐实际设计 冷 却 水 喷 淋 量 复 核 消
防水池容量;

④ 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;

⑤ 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;



消防自动控制程序 采用 PLC 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( HMI ) 与之相联。该 PLC 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 HMI 对现场情况了如指掌。根据不同着火罐, PLC 设有

⑥ 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;

⑦ 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。



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 ( 40 ~ m) 的全天候彩色夜视摄像机, 主要监视库 50 区, 其扫描半径可达 1 km。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。

9 套 控 制 程 序 , 分 别 可 通 过 9 个 紧 急 按 钮 或 HMI
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, PLC 即发出 报警, 值班人员可通过监视系统或 HMI 确认现场 情况, 通过 HMI 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。



设计中应注意的问题

① 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、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 中 ② 《 倍数泡沫灭火系统设计规范》 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 5



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: ① 线型感温探测器, 通称感温电缆;

② 点型定温式探测器; ③ 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

mim。由于泡沫灭火系统一般为临时高压系统, 平

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工业用水与废水
参考文献:

Vol . 38 No . 6 Dec. , 2007

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 min 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。

[ 1 ] 张凤娥, 杨建青 . 消防应用技术[ M] . 北京: 中国石化出版社,

2006.
[ 2 ] GB 50074- 2002 , 石油库设计规范[ S] . [ 3 ] GB 50151- 92 ( 2000 年版) , 低倍数泡沫灭火系统设计规范[ S] . [ 4 ] GB 50183- 2004 , 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, 2006.

作 者 简 介 : 刘 建 兴 ( 1965 - ) , 男 , 高 级 工 程 师 , ( 电 话 ) 010 -
82778207 ( 电子信箱) liu- jianxing@163.com。

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