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大型石油化工儲罐區(qū)消防安全系統(tǒng)設(shè)計
發(fā)布時間：
2023-11-24 09:13
儲罐區(qū)在石油化工生產(chǎn)過程中擔(dān)負(fù)著中轉(zhuǎn)、儲運的重要任務(wù)， 它是油品儲存基地和供應(yīng)中轉(zhuǎn)站。 按結(jié)構(gòu)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(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， 儲罐區(qū)存在較大的火災(zāi)危險性。 例如， 油品固有的火災(zāi)危險性； 爆炸性火災(zāi)多， 火災(zāi)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(qū)火災(zāi)、 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(qū)火災(zāi)、 爆炸事故時有發(fā)生。 大型石油儲罐及庫區(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。 石油儲罐區(qū)傳統(tǒng)的消防存在著很多問題， 而我國現(xiàn)有的《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》 及《石油庫設(shè)計規(guī)范》 也沒有針對火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的選型提出明確要求。 因此， 本文以國家設(shè)計規(guī)范要求為基礎(chǔ)， 結(jié)合近年來的消防技術(shù)新發(fā)展及工作實踐， 引入新型光纖測溫、 視頻圖像探測等先進(jìn)技術(shù)， 并結(jié)合滅火技術(shù)介紹了一種石油儲罐區(qū)的整體消防系統(tǒng)， 提出了一整套適用于石油化工儲罐區(qū)的消防技術(shù)解決方案。
１ 儲罐區(qū)消防存在問題與整體消防系統(tǒng)
1.1 儲罐區(qū)消防存在的問題
目前， 國內(nèi)很多儲罐區(qū)的消防手段依然停留在手動操作上。 由于油罐數(shù)量較多， 需控制的設(shè)備、閥門數(shù)量較多， 操作時問長， 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， 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)，逐臺啟泵、 開出口閥， 整個過程耗時過長。
同時， 國內(nèi)對石油化工儲罐區(qū)的火災(zāi)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(tǒng)的整體規(guī)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(tǒng)概述
大型石油儲罐區(qū)消防PLC及聯(lián)動控制系統(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， 啟動消防設(shè)備， 包括火災(zāi)探測設(shè)備、 報警設(shè)備、 消防滅火設(shè)備（各類火災(zāi)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(xiàn)場信息和執(zhí)行控制命令， 消防PLC系統(tǒng)包括主、 備PLC以及遠(yuǎn)程擴展模塊、 火災(zāi)報警控制器及通信網(wǎng)絡(luò)等。
（３ ） 管理層。 主要完成數(shù)據(jù)處理、 存儲、 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(shù)據(jù)上傳等； 上位機系統(tǒng)包括工程師工作站、操作員工作站及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、 顯示器、 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。
石化儲罐區(qū)火災(zāi)監(jiān)測與滅火聯(lián)動控制系統(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。 通過現(xiàn)場火焰探測器監(jiān)視并采集現(xiàn)場報警信息， 當(dāng)采集的現(xiàn)場安全數(shù)據(jù)達(dá)到閾值后， 給出報警信息， 通過有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)傳至PLC消防聯(lián)動控制系統(tǒng)， 并發(fā)出聲／光報警。
（２ ） 溫度探測。 實時監(jiān)視并采集油罐體溫度變化， 當(dāng)罐體溫度達(dá)到閾值后， 感溫探測器發(fā)出“火警” 報警信息， 同時將報警信息傳送至PLC消防聯(lián)動控制系統(tǒng)， 警笛發(fā)出聲音報警， 如處于０ 故障” 狀態(tài)， 故障信號會送至PLC消防聯(lián)動控制系統(tǒng)， 同時蜂鳴器發(fā)出聲報警。
（３ ） 可燃?xì)怏w探測。 對現(xiàn)場可燃?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” 報警信息， 當(dāng)達(dá)到“火警” 時將報警信息傳送至PLC消防聯(lián)動控制系統(tǒng)， 警笛發(fā)出聲音報警， 如可燃?xì)怏w探測器處于“故障” 狀態(tài)， 故障信號會送至消防PLC系統(tǒng)， 同時發(fā)出聲／光報警。
（４ ） 現(xiàn)場報警按鈕探測。 當(dāng)罐區(qū)值班人員發(fā)現(xiàn)火情， 按下報警按鈕， 報警信息會傳送至消防PLC系統(tǒng)， 同時發(fā)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(jìn)行實時畫面監(jiān)視， 通過下位機實時數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場設(shè)備信號． 或者對電動執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行控制， 實現(xiàn)自動消防過程。
石化儲罐區(qū)火災(zāi)探測一般采用防爆型火災(zāi)探測器， 探測器輸出信號， 監(jiān)控主機完成對工藝安全參數(shù)及火災(zāi)參數(shù)的連續(xù)采集處理和狀態(tài)分析， 及時預(yù)測事故并采取處理措施， 有效啟動現(xiàn)場消防設(shè)備實施滅火操作。
２ 石油化工儲罐區(qū)火災(zāi)探測系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)石化儲罐區(qū)特殊的火災(zāi)危險性， 火災(zāi)探測系統(tǒng)的消防安全監(jiān)測參數(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、 火焰探測和圖像監(jiān)測手段。 本文主要介紹近年來新型的光纖感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)及圖像型火焰探測系統(tǒng)。
2.1 光纖感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)
光纖感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)分為光纖光柵感溫火災(zāi)探測器和分布式光纖感溫火災(zāi)探測器， 兩者均可實時監(jiān)測安裝區(qū)域的溫度， 根據(jù)溫度的閾值、 升溫速度等特征實現(xiàn)石油化工場所的火災(zāi)監(jiān)測。
圖２ 所示為光纖感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)在浮頂儲罐中的應(yīng)用圖。
光纖感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)應(yīng)用于石化行業(yè)， 主要體現(xiàn)出以下幾點優(yōu)勢： ①安全性好， 在罐區(qū)無電檢測， 本質(zhì)安全； ②溫度可以顯示， 報警溫度可以根據(jù)現(xiàn)場需要進(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， 長期可靠性好， 適合長期安全監(jiān)測； ④可不動火不用電， 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)探測系統(tǒng)在石化儲罐區(qū)的布設(shè)方式， 見表１ 所列。 分布式光纖感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)的布設(shè)方式如下： 感溫光纖應(yīng)螺旋設(shè)置在儲罐的側(cè)壁上， 或設(shè)置在儲罐頂部的側(cè)壁上， 螺旋設(shè)置時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)探測系統(tǒng)
在選用感溫型火災(zāi)探測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 可根據(jù)罐區(qū)特點選擇圖像型火災(zāi)探測器對圖像、 火焰進(jìn)行復(fù)合探測。 圖像型火災(zāi)探測器在工作時可不斷采集現(xiàn)場視頻， 與感溫探測系統(tǒng)聯(lián)動后， 可極大地降低整個探測系統(tǒng)的誤報、 漏報現(xiàn)象。 圖像型火災(zāi)探測器的應(yīng)用如圖３ 所示， 其中， 深色探測器監(jiān)視罐頂區(qū)域， 淺色探測器監(jiān)視罐底1.5-2.5 ｍ區(qū)域。
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３ 石油石化儲罐區(qū)滅火系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)石化儲罐對火災(zāi)的熱響應(yīng)規(guī)律， 儲罐爆炸主要是２方面的原因： 儲罐內(nèi)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(qū)火災(zāi)時宜同時考慮水冷系統(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： 一種是儲罐火災(zāi)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(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 根供水干管對稱布置。 每根供水干管設(shè)切斷閥， 閥后設(shè)過濾器以過濾水中的雜質(zhì)。
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（１ ） 對于甲、 乙、 丙類液體的生產(chǎn)、 儲存、 裝卸設(shè)施， 其設(shè)計噴霧強度為６L/（min?m2） ， 持續(xù)噴霧時間為４ｈ 。
（２ ） 對于甲、 乙、 丙類液體儲罐， 直徑20ｍ以下， 設(shè)計噴霧強度為６L/（min?m2）， 持續(xù)噴霧時間為４ｈ ； 直徑20ｍ及以上， 設(shè)計噴霧強度為６L/（min?m2） ， 持續(xù)噴霧時間為６ｈ 。
（３ ） 對于可燃?xì)怏w生產(chǎn)、 輸送、 裝卸、 儲存設(shè)施、 罐瓶間及瓶庫， 設(shè)計為9L/（min?m2）， 持續(xù)噴霧時間為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)多年實踐證明的石化行業(yè)有效滅火方式， 與消防炮結(jié)合， 可實現(xiàn)石化儲罐區(qū)滅火的有效性、 機動性。
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象上實施滅火。 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 個新的趨勢。
（１ ） 隨著機械制造技術(shù)的發(fā)展， 大流量、 長射程的消防炮技術(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(qū)泡沫滅火系統(tǒng)混合液供給強度設(shè)計， 見表２ 和表３ 所列。
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４結(jié)束語
儲罐區(qū)在石油化工生產(chǎn)過程中擔(dān)負(fù)中轉(zhuǎn)、 儲運的重要任務(wù)， 存在較大的火災(zāi)危險性和危害性， 建立一整套高效的儲罐區(qū)火災(zāi)安全系統(tǒng)十分必要。 本文為石油化工儲罐區(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)測與滅火聯(lián)動控制系統(tǒng)， 選用光纖感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)或圖像型火焰探測系統(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， 及時預(yù)測事故并采取處理措施． 有效啟動現(xiàn)場消防設(shè)備實施滅火操作， 是預(yù)防和撲救石油化工儲罐區(qū)火災(zāi)的一種有效解決方案。
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