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大型石油化工儲(chǔ)罐區(qū)消防安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：
2023-11-24 09:13
儲(chǔ)罐區(qū)在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中擔(dān)負(fù)著中轉(zhuǎn)、儲(chǔ)運(yùn)的重要任務(wù)， 它是油品儲(chǔ)存基地和供應(yīng)中轉(zhuǎn)站。 按結(jié)構(gòu)分類， 石油化工儲(chǔ)罐可分為固定頂儲(chǔ)罐、 浮頂儲(chǔ)罐及球形儲(chǔ)罐等。 按體積分類， 100ｍ３以上為大型儲(chǔ)罐， 多為立式儲(chǔ)罐； 100ｍ３ 以下的為小型儲(chǔ)罐， 多為臥式儲(chǔ)罐。 立式儲(chǔ)罐類型分為固定頂罐、 內(nèi)浮頂罐、 外浮頂罐和球罐。
由于石油產(chǎn)品本身的理化特性， 儲(chǔ)罐區(qū)存在較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。 例如， 油品固有的火災(zāi)危險(xiǎn)性； 爆炸性火災(zāi)多， 火災(zāi)危害大； 蔓延速度快， 火場(chǎng)溫度高； 撲救難度大。
近10 多年來(lái)， 我國(guó)石油儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)、 爆炸事故總體呈上升趨勢(shì)， 一些大型石油儲(chǔ)備庫(kù)和化工園區(qū)火災(zāi)、 爆炸事故時(shí)有發(fā)生。 大型石油儲(chǔ)罐及庫(kù)區(qū)一旦發(fā)生大規(guī)模火災(zāi)， 其造成的后果則往往是災(zāi)難性的。 石油儲(chǔ)罐區(qū)傳統(tǒng)的消防存在著很多問(wèn)題， 而我國(guó)現(xiàn)有的《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 及《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》 也沒(méi)有針對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的選型提出明確要求。 因此， 本文以國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范要求為基礎(chǔ)， 結(jié)合近年來(lái)的消防技術(shù)新發(fā)展及工作實(shí)踐， 引入新型光纖測(cè)溫、 視頻圖像探測(cè)等先進(jìn)技術(shù)， 并結(jié)合滅火技術(shù)介紹了一種石油儲(chǔ)罐區(qū)的整體消防系統(tǒng)， 提出了一整套適用于石油化工儲(chǔ)罐區(qū)的消防技術(shù)解決方案。
１ 儲(chǔ)罐區(qū)消防存在問(wèn)題與整體消防系統(tǒng)
1.1 儲(chǔ)罐區(qū)消防存在的問(wèn)題
目前， 國(guó)內(nèi)很多儲(chǔ)罐區(qū)的消防手段依然停留在手動(dòng)操作上。 由于油罐數(shù)量較多， 需控制的設(shè)備、閥門數(shù)量較多， 操作時(shí)問(wèn)長(zhǎng)， 且流程復(fù)雜， 極易發(fā)生誤操作， 油罐區(qū)的安全難以保證。 當(dāng)罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)， 消防值班人員接到火警后， 立即電話通知變電所值班人員合閘供電（根據(jù)規(guī)定高電壓設(shè)備不能常合） ； 變電所值班人員合閘后再電話通知消防值班人員； 消防值班人員進(jìn)行試跳、 盤車， 一切準(zhǔn)備就緒后， 再用電話通知變電所； 由變電所值班人員監(jiān)護(hù)，逐臺(tái)啟泵、 開(kāi)出口閥， 整個(gè)過(guò)程耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)。
同時(shí)， 國(guó)內(nèi)對(duì)石油化工儲(chǔ)罐區(qū)的火災(zāi)防治研究局限于探測(cè)或滅火的某一方面， 缺乏一套消防自動(dòng)控制系統(tǒng)的整體規(guī)劃， 不利于為實(shí)際消防工作提供直接、 明確的借鑒與參考。
1.2 整體消防系統(tǒng)概述
大型石油儲(chǔ)罐區(qū)消防PLC及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為設(shè)備層、 控制層和管理層。
（１ ） 設(shè)備層。 負(fù)責(zé)采集所有火災(zāi)信息， 傳送給控制層以及接收控制指令， 啟動(dòng)消防設(shè)備， 包括火災(zāi)探測(cè)設(shè)備、 報(bào)警設(shè)備、 消防滅火設(shè)備（各類火災(zāi)探測(cè)器、 消防泵、 泡沫混合器、 閥門、 氣體儲(chǔ)瓶等） 。
（２ ） 控制層。 匯集現(xiàn)場(chǎng)信息和執(zhí)行控制命令， 消防PLC系統(tǒng)包括主、 備PLC以及遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊、 火災(zāi)報(bào)警控制器及通信網(wǎng)絡(luò)等。
（３ ） 管理層。 主要完成數(shù)據(jù)處理、 存儲(chǔ)、 打印報(bào)表、 畫(huà)面顯示及修改、 信息共享及人機(jī)界面和信息及數(shù)據(jù)上傳等； 上位機(jī)系統(tǒng)包括工程師工作站、操作員工作站及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、 顯示器、 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。
石化儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)監(jiān)測(cè)與滅火聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 如圖１ 所示.
系統(tǒng)控制內(nèi)容如下。
（１ ） 火焰探測(cè)。 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)火焰探測(cè)器監(jiān)視并采集現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信息， 當(dāng)采集的現(xiàn)場(chǎng)安全數(shù)據(jù)達(dá)到閾值后， 給出報(bào)警信息， 通過(guò)有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)傳至PLC消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)， 并發(fā)出聲／光報(bào)警。
（２ ） 溫度探測(cè)。 實(shí)時(shí)監(jiān)視并采集油罐體溫度變化， 當(dāng)罐體溫度達(dá)到閾值后， 感溫探測(cè)器發(fā)出“火警” 報(bào)警信息， 同時(shí)將報(bào)警信息傳送至PLC消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)， 警笛發(fā)出聲音報(bào)警， 如處于０ 故障” 狀態(tài)， 故障信號(hào)會(huì)送至PLC消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)， 同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲報(bào)警。
（３ ） 可燃?xì)怏w探測(cè)。 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w樣值進(jìn)行分析， 當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到閾值后， 可燃?xì)怏w控制器“火警” 報(bào)警信息， 當(dāng)達(dá)到“火警” 時(shí)將報(bào)警信息傳送至PLC消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)， 警笛發(fā)出聲音報(bào)警， 如可燃?xì)怏w探測(cè)器處于“故障” 狀態(tài)， 故障信號(hào)會(huì)送至消防PLC系統(tǒng)， 同時(shí)發(fā)出聲／光報(bào)警。
（４ ） 現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警按鈕探測(cè)。 當(dāng)罐區(qū)值班人員發(fā)現(xiàn)火情， 按下報(bào)警按鈕， 報(bào)警信息會(huì)傳送至消防PLC系統(tǒng)， 同時(shí)發(fā)出聲／光報(bào)警。
（５ ） 液位探測(cè)。 消防水罐體安裝浮球式液位計(jì)， 通過(guò)輸出4-20ＭＡ模擬量電流實(shí)時(shí)檢測(cè)消防水罐的液位， 在液位超高和超低情況下給予報(bào)警提示。
（６ ） 計(jì)算機(jī)控制。 主要由上位機(jī)、 下位機(jī)（PLC及其他控制組件） 組成， 通過(guò)上位機(jī)工藝畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)畫(huà)面監(jiān)視， 通過(guò)下位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)． 或者對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消防過(guò)程。
石化儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)探測(cè)一般采用防爆型火災(zāi)探測(cè)器， 探測(cè)器輸出信號(hào)， 監(jiān)控主機(jī)完成對(duì)工藝安全參數(shù)及火災(zāi)參數(shù)的連續(xù)采集處理和狀態(tài)分析， 及時(shí)預(yù)測(cè)事故并采取處理措施， 有效啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)消防設(shè)備實(shí)施滅火操作。
２ 石油化工儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)石化儲(chǔ)罐區(qū)特殊的火災(zāi)危險(xiǎn)性， 火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的消防安全監(jiān)測(cè)參數(shù)主要有溫度、 可燃?xì)怏w濃度等。 此外， 還應(yīng)著重考慮感煙探測(cè)、 火焰探測(cè)和圖像監(jiān)測(cè)手段。 本文主要介紹近年來(lái)新型的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)及圖像型火焰探測(cè)系統(tǒng)。
2.1 光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)
光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)分為光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)器和分布式光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器， 兩者均可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)安裝區(qū)域的溫度， 根據(jù)溫度的閾值、 升溫速度等特征實(shí)現(xiàn)石油化工場(chǎng)所的火災(zāi)監(jiān)測(cè)。
圖２ 所示為光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)在浮頂儲(chǔ)罐中的應(yīng)用圖。
光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于石化行業(yè)， 主要體現(xiàn)出以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)： ①安全性好， 在罐區(qū)無(wú)電檢測(cè)， 本質(zhì)安全； ②溫度可以顯示， 報(bào)警溫度可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行設(shè)置或變更； ③可靠性高，不受電磁、 雷擊干擾， 性能十分穩(wěn)定， 壽命長(zhǎng)， 長(zhǎng)期可靠性好， 適合長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)； ④可不動(dòng)火不用電， 帶油安裝， 不影響正常生產(chǎn)； ⑤尺寸小， 質(zhì)量輕， 有利于微型化。
光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)在石化儲(chǔ)罐區(qū)的布設(shè)方式， 見(jiàn)表１ 所列。 分布式光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的布設(shè)方式如下： 感溫光纖應(yīng)螺旋設(shè)置在儲(chǔ)罐的側(cè)壁上， 或設(shè)置在儲(chǔ)罐頂部的側(cè)壁上， 螺旋設(shè)置時(shí)感溫光纖之間的距離應(yīng)小于３ｍ。
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2.2 圖像型火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)
在選用感溫型火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 可根據(jù)罐區(qū)特點(diǎn)選擇圖像型火災(zāi)探測(cè)器對(duì)圖像、 火焰進(jìn)行復(fù)合探測(cè)。 圖像型火災(zāi)探測(cè)器在工作時(shí)可不斷采集現(xiàn)場(chǎng)視頻， 與感溫探測(cè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)后， 可極大地降低整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)的誤報(bào)、 漏報(bào)現(xiàn)象。 圖像型火災(zāi)探測(cè)器的應(yīng)用如圖３ 所示， 其中， 深色探測(cè)器監(jiān)視罐頂區(qū)域， 淺色探測(cè)器監(jiān)視罐底1.5-2.5 ｍ區(qū)域。
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３ 石油石化儲(chǔ)罐區(qū)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)石化儲(chǔ)罐對(duì)火災(zāi)的熱響應(yīng)規(guī)律， 儲(chǔ)罐爆炸主要是２方面的原因： 儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力升高； 儲(chǔ)罐壁溫增加引起儲(chǔ)罐材料強(qiáng)度下降。 因此， 在撲救石油石化罐區(qū)火災(zāi)時(shí)宜同時(shí)考慮水冷系統(tǒng)及滅火系統(tǒng)， 具體采用消防水噴淋／水噴霧作為水冷系統(tǒng)、 泡沫滅火系統(tǒng)作為滅火系統(tǒng)。 水噴霧冷卻系統(tǒng)和泡沫滅火系統(tǒng)的自動(dòng)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖４ 所示。
3.1 水噴霧冷卻系統(tǒng)
我國(guó)固定式消防冷卻水系統(tǒng)多采用固定水噴霧系統(tǒng) 。 通常出于２ 種考慮： 一種是儲(chǔ)罐火災(zāi)時(shí)用來(lái)冷卻罐壁； 另一種是夏季氣溫較高， 球罐外壁沒(méi)有采用保溫的狀況下， 為防止日曬引起球罐內(nèi)液體升高， 罐內(nèi)壓力上升， 而需設(shè)置夏季降溫用的噴淋冷卻設(shè)施。 為節(jié)省投資， 可將球罐上部水噴霧系統(tǒng)兼作夏季防日曬噴淋降溫用。
如圖５ 所示， 油罐區(qū)噴霧冷卻系統(tǒng)的供水采用環(huán)形管布置， 水霧噴頭均勻分布在各圈環(huán)形管上， 噴頭安裝角度均為垂直指向油罐中心。 為平衡各噴頭的工作壓力， 均衡油罐表面的冷卻水量，采用２ 根供水干管對(duì)稱布置。 每根供水干管設(shè)切斷閥， 閥后設(shè)過(guò)濾器以過(guò)濾水中的雜質(zhì)。
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（１ ） 對(duì)于甲、 乙、 丙類液體的生產(chǎn)、 儲(chǔ)存、 裝卸設(shè)施， 其設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為６L/（min?m2） ， 持續(xù)噴霧時(shí)間為４ｈ 。
（２ ） 對(duì)于甲、 乙、 丙類液體儲(chǔ)罐， 直徑20ｍ以下， 設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為６L/（min?m2）， 持續(xù)噴霧時(shí)間為４ｈ ； 直徑20ｍ及以上， 設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度為６L/（min?m2） ， 持續(xù)噴霧時(shí)間為６ｈ 。
（３ ） 對(duì)于可燃?xì)怏w生產(chǎn)、 輸送、 裝卸、 儲(chǔ)存設(shè)施、 罐瓶間及瓶庫(kù)， 設(shè)計(jì)為9L/（min?m2）， 持續(xù)噴霧時(shí)間為６ｈ 。
3.2 泡沫滅火系統(tǒng)
3.2.1 泡沫滅火系統(tǒng)概述
泡沫滅火系統(tǒng)是經(jīng)多年實(shí)踐證明的石化行業(yè)有效滅火方式， 與消防炮結(jié)合， 可實(shí)現(xiàn)石化儲(chǔ)罐區(qū)滅火的有效性、 機(jī)動(dòng)性。
泡沫滅火系統(tǒng)主要由消防水泵、 消防水源、 泡沫滅火劑儲(chǔ)存裝置、 泡沫比例混合裝置、 泡沫產(chǎn)生裝置及管道等組成。 通過(guò)泡沫比例混合器將泡沫滅火劑與水按比例混合成泡沫混合液， 再經(jīng)泡沫產(chǎn)生裝置形成空氣泡沫后施放到著火對(duì)象上實(shí)施滅火。 泡沫滅火系統(tǒng)按泡沫產(chǎn)生倍數(shù)的不同， 分為高、 中、 低倍數(shù)３ 種。
3.2. 泡沫消防炮在罐區(qū)內(nèi)應(yīng)用
泡沫消防炮在規(guī)范中作為輔助式的滅火系統(tǒng)， 但隨著近年的發(fā)展， 泡沫消防炮在罐區(qū)內(nèi)的應(yīng)用出現(xiàn)了２ 個(gè)新的趨勢(shì)。
（１ ） 隨著機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展， 大流量、 長(zhǎng)射程的消防炮技術(shù)在油罐區(qū)內(nèi)的滅火作戰(zhàn)中發(fā)揮出越來(lái)越重大的作用。 目前先進(jìn)的消防炮結(jié)合大功率的高壓泵組射程可達(dá)上百米， 可對(duì)大容量的油罐進(jìn)行有效覆蓋、 保護(hù)。
（２ ） 遠(yuǎn)程控制、 智能控制等技術(shù)與消防炮技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了遠(yuǎn)程遙控消防炮等技術(shù)。 在油罐區(qū)內(nèi)使用遠(yuǎn)程遙控消防炮， 不需安防人員登上消防炮炮塔操作， 可大大提高消防炮的響應(yīng)速度， 同時(shí)加強(qiáng)了安防人員的個(gè)人安全。
3.2.3 泡沫混合液供給強(qiáng)度
石化儲(chǔ)罐區(qū)泡沫滅火系統(tǒng)混合液供給強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 見(jiàn)表２ 和表３ 所列。
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４結(jié)束語(yǔ)
儲(chǔ)罐區(qū)在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中擔(dān)負(fù)中轉(zhuǎn)、 儲(chǔ)運(yùn)的重要任務(wù)， 存在較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性和危害性， 建立一整套高效的儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)安全系統(tǒng)十分必要。 本文為石油化工儲(chǔ)罐區(qū)整體消防安全系統(tǒng)提供了一種解決方案， 采用火災(zāi)監(jiān)測(cè)與滅火聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)， 選用光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)或圖像型火焰探測(cè)系統(tǒng)， 采用消防水噴淋／水噴霧冷卻系統(tǒng)和泡沫滅火系統(tǒng)等， 及時(shí)預(yù)測(cè)事故并采取處理措施． 有效啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)消防設(shè)備實(shí)施滅火操作， 是預(yù)防和撲救石油化工儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)的一種有效解決方案。
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