大型石油化工儲罐區消防安全系統設計
發布時間：
2023-11-24 09:13
儲罐區在石油化工生產過程中擔負著中轉、儲運的重要任務， 它是油品儲存基地和供應中轉站。 按結構分類， 石油化工儲罐可分為固定頂儲罐、 浮頂儲罐及球形儲罐等。 按體積分類， 100ｍ３以上為大型儲罐， 多為立式儲罐； 100ｍ３ 以下的為小型儲罐， 多為臥式儲罐。 立式儲罐類型分為固定頂罐、 內浮頂罐、 外浮頂罐和球罐。
由于石油產品本身的理化特性， 儲罐區存在較大的火災危險性。 例如， 油品固有的火災危險性； 爆炸性火災多， 火災危害大； 蔓延速度快， 火場溫度高； 撲救難度大。
近10 多年來， 我國石油儲罐區火災、 爆炸事故總體呈上升趨勢， 一些大型石油儲備庫和化工園區火災、 爆炸事故時有發生。 大型石油儲罐及庫區一旦發生大規模火災， 其造成的后果則往往是災難性的。 石油儲罐區傳統的消防存在著很多問題， 而我國現有的《石油化工企業設計防火規范》 及《石油庫設計規范》 也沒有針對火災自動報警系統的選型提出明確要求。 因此， 本文以國家設計規范要求為基礎， 結合近年來的消防技術新發展及工作實踐， 引入新型光纖測溫、 視頻圖像探測等先進技術， 并結合滅火技術介紹了一種石油儲罐區的整體消防系統， 提出了一整套適用于石油化工儲罐區的消防技術解決方案。
１ 儲罐區消防存在問題與整體消防系統
1.1 儲罐區消防存在的問題
目前， 國內很多儲罐區的消防手段依然停留在手動操作上。 由于油罐數量較多， 需控制的設備、閥門數量較多， 操作時問長， 且流程復雜， 極易發生誤操作， 油罐區的安全難以保證。 當罐區發生火災時， 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（根據規定高電壓設備不能常合） ； 變電所值班人員合閘后再電話通知消防值班人員； 消防值班人員進行試跳、 盤車， 一切準備就緒后， 再用電話通知變電所； 由變電所值班人員監護，逐臺啟泵、 開出口閥， 整個過程耗時過長。
同時， 國內對石油化工儲罐區的火災防治研究局限于探測或滅火的某一方面， 缺乏一套消防自動控制系統的整體規劃， 不利于為實際消防工作提供直接、 明確的借鑒與參考。
1.2 整體消防系統概述
大型石油儲罐區消防PLC及聯動控制系統結構分為設備層、 控制層和管理層。
（１ ） 設備層。 負責采集所有火災信息， 傳送給控制層以及接收控制指令， 啟動消防設備， 包括火災探測設備、 報警設備、 消防滅火設備（各類火災探測器、 消防泵、 泡沫混合器、 閥門、 氣體儲瓶等） 。
（２ ） 控制層。 匯集現場信息和執行控制命令， 消防PLC系統包括主、 備PLC以及遠程擴展模塊、 火災報警控制器及通信網絡等。
（３ ） 管理層。 主要完成數據處理、 存儲、 打印報表、 畫面顯示及修改、 信息共享及人機界面和信息及數據上傳等； 上位機系統包括工程師工作站、操作員工作站及數據庫服務器、 顯示器、 通信網絡設備等。
石化儲罐區火災監測與滅火聯動控制系統結構， 如圖１ 所示.
系統控制內容如下。
（１ ） 火焰探測。 通過現場火焰探測器監視并采集現場報警信息， 當采集的現場安全數據達到閾值后， 給出報警信息， 通過有效的傳輸網絡傳至PLC消防聯動控制系統， 并發出聲／光報警。
（２ ） 溫度探測。 實時監視并采集油罐體溫度變化， 當罐體溫度達到閾值后， 感溫探測器發出“火警” 報警信息， 同時將報警信息傳送至PLC消防聯動控制系統， 警笛發出聲音報警， 如處于０ 故障” 狀態， 故障信號會送至PLC消防聯動控制系統， 同時蜂鳴器發出聲報警。
（３ ） 可燃氣體探測。 對現場可燃氣體樣值進行分析， 當可燃氣體濃度達到閾值后， 可燃氣體控制器“火警” 報警信息， 當達到“火警” 時將報警信息傳送至PLC消防聯動控制系統， 警笛發出聲音報警， 如可燃氣體探測器處于“故障” 狀態， 故障信號會送至消防PLC系統， 同時發出聲／光報警。
（４ ） 現場報警按鈕探測。 當罐區值班人員發現火情， 按下報警按鈕， 報警信息會傳送至消防PLC系統， 同時發出聲／光報警。
（５ ） 液位探測。 消防水罐體安裝浮球式液位計， 通過輸出4-20ＭＡ模擬量電流實時檢測消防水罐的液位， 在液位超高和超低情況下給予報警提示。
（６ ） 計算機控制。 主要由上位機、 下位機（PLC及其他控制組件） 組成， 通過上位機工藝畫面進行實時畫面監視， 通過下位機實時數據采集現場設備信號． 或者對電動執行機構進行控制， 實現自動消防過程。
石化儲罐區火災探測一般采用防爆型火災探測器， 探測器輸出信號， 監控主機完成對工藝安全參數及火災參數的連續采集處理和狀態分析， 及時預測事故并采取處理措施， 有效啟動現場消防設備實施滅火操作。
２ 石油化工儲罐區火災探測系統設計
根據石化儲罐區特殊的火災危險性， 火災探測系統的消防安全監測參數主要有溫度、 可燃氣體濃度等。 此外， 還應著重考慮感煙探測、 火焰探測和圖像監測手段。 本文主要介紹近年來新型的光纖感溫火災探測系統及圖像型火焰探測系統。
2.1 光纖感溫火災探測系統
光纖感溫火災探測系統分為光纖光柵感溫火災探測器和分布式光纖感溫火災探測器， 兩者均可實時監測安裝區域的溫度， 根據溫度的閾值、 升溫速度等特征實現石油化工場所的火災監測。
圖２ 所示為光纖感溫火災探測系統在浮頂儲罐中的應用圖。
光纖感溫火災探測系統應用于石化行業， 主要體現出以下幾點優勢： ①安全性好， 在罐區無電檢測， 本質安全； ②溫度可以顯示， 報警溫度可以根據現場需要進行設置或變更； ③可靠性高，不受電磁、 雷擊干擾， 性能十分穩定， 壽命長， 長期可靠性好， 適合長期安全監測； ④可不動火不用電， 帶油安裝， 不影響正常生產； ⑤尺寸小， 質量輕， 有利于微型化。
光纖光柵感溫火災探測系統在石化儲罐區的布設方式， 見表１ 所列。 分布式光纖感溫火災探測系統的布設方式如下： 感溫光纖應螺旋設置在儲罐的側壁上， 或設置在儲罐頂部的側壁上， 螺旋設置時感溫光纖之間的距離應小于３ｍ。
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2.2 圖像型火災探測系統
在選用感溫型火災探測系統的基礎上， 可根據罐區特點選擇圖像型火災探測器對圖像、 火焰進行復合探測。 圖像型火災探測器在工作時可不斷采集現場視頻， 與感溫探測系統聯動后， 可極大地降低整個探測系統的誤報、 漏報現象。 圖像型火災探測器的應用如圖３ 所示， 其中， 深色探測器監視罐頂區域， 淺色探測器監視罐底1.5-2.5 ｍ區域。
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３ 石油石化儲罐區滅火系統設計
根據石化儲罐對火災的熱響應規律， 儲罐爆炸主要是２方面的原因： 儲罐內部的壓力升高； 儲罐壁溫增加引起儲罐材料強度下降。 因此， 在撲救石油石化罐區火災時宜同時考慮水冷系統及滅火系統， 具體采用消防水噴淋／水噴霧作為水冷系統、 泡沫滅火系統作為滅火系統。 水噴霧冷卻系統和泡沫滅火系統的自動控制拓撲結構圖如圖４ 所示。
3.1 水噴霧冷卻系統
我國固定式消防冷卻水系統多采用固定水噴霧系統 。 通常出于２ 種考慮： 一種是儲罐火災時用來冷卻罐壁； 另一種是夏季氣溫較高， 球罐外壁沒有采用保溫的狀況下， 為防止日曬引起球罐內液體升高， 罐內壓力上升， 而需設置夏季降溫用的噴淋冷卻設施。 為節省投資， 可將球罐上部水噴霧系統兼作夏季防日曬噴淋降溫用。
如圖５ 所示， 油罐區噴霧冷卻系統的供水采用環形管布置， 水霧噴頭均勻分布在各圈環形管上， 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 根供水干管對稱布置。 每根供水干管設切斷閥， 閥后設過濾器以過濾水中的雜質。
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（１ ） 對于甲、 乙、 丙類液體的生產、 儲存、 裝卸設施， 其設計噴霧強度為６L/（min?m2） ， 持續噴霧時間為４ｈ 。
（２ ） 對于甲、 乙、 丙類液體儲罐， 直徑20ｍ以下， 設計噴霧強度為６L/（min?m2）， 持續噴霧時間為４ｈ ； 直徑20ｍ及以上， 設計噴霧強度為６L/（min?m2） ， 持續噴霧時間為６ｈ 。
（３ ） 對于可燃氣體生產、 輸送、 裝卸、 儲存設施、 罐瓶間及瓶庫， 設計為9L/（min?m2）， 持續噴霧時間為６ｈ 。
3.2 泡沫滅火系統
3.2.1 泡沫滅火系統概述
泡沫滅火系統是經多年實踐證明的石化行業有效滅火方式， 與消防炮結合， 可實現石化儲罐區滅火的有效性、 機動性。
泡沫滅火系統主要由消防水泵、 消防水源、 泡沫滅火劑儲存裝置、 泡沫比例混合裝置、 泡沫產生裝置及管道等組成。 通過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， 再經泡沫產生裝置形成空氣泡沫后施放到著火對象上實施滅火。 泡沫滅火系統按泡沫產生倍數的不同， 分為高、 中、 低倍數３ 種。
3.2. 泡沫消防炮在罐區內應用
泡沫消防炮在規范中作為輔助式的滅火系統， 但隨著近年的發展， 泡沫消防炮在罐區內的應用出現了２ 個新的趨勢。
（１ ） 隨著機械制造技術的發展， 大流量、 長射程的消防炮技術在油罐區內的滅火作戰中發揮出越來越重大的作用。 目前先進的消防炮結合大功率的高壓泵組射程可達上百米， 可對大容量的油罐進行有效覆蓋、 保護。
（２ ） 遠程控制、 智能控制等技術與消防炮技術結合產生了遠程遙控消防炮等技術。 在油罐區內使用遠程遙控消防炮， 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速度， 同時加強了安防人員的個人安全。
3.2.3 泡沫混合液供給強度
石化儲罐區泡沫滅火系統混合液供給強度設計， 見表２ 和表３ 所列。
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４結束語
儲罐區在石油化工生產過程中擔負中轉、 儲運的重要任務， 存在較大的火災危險性和危害性， 建立一整套高效的儲罐區火災安全系統十分必要。 本文為石油化工儲罐區整體消防安全系統提供了一種解決方案， 采用火災監測與滅火聯動控制系統， 選用光纖感溫火災探測系統或圖像型火焰探測系統， 采用消防水噴淋／水噴霧冷卻系統和泡沫滅火系統等， 及時預測事故并采取處理措施． 有效啟動現場消防設備實施滅火操作， 是預防和撲救石油化工儲罐區火災的一種有效解決方案。
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