原油罐区消防水系统可靠性分析北山岭罐区消防系统供水能力用水量和消防喷淋强度计算完整版Word文档下载推荐.docx
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设施参数
备注
1
消防给水泵
2
Q=756m³
/h，H=78m
1开1备
消防泡沫泵
Q=288m³
/h，H=100m
3
消防储水池
总储水量13600m³
满水状态
4
消防水塘
容量为14000m³
储水很少
表2消防系统改造后消防供水设施列表
Q=840m³
Q=432m³
/h，H=120m
2罐区规范用水量的计算
表3是罐区扩建后储罐参数列表，按《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-92，1999年局部修订条文），消防灭火用水包括冷却用水Q₁和泡沫混合用水Q₂两部分。
下面，我们将分别进行计算：
表3改造后作业区原油罐区有关参数
原油罐规模
基本参数
50000m³
12
Φ60000×
20000
原有 2125000m³
Φ90000×
21800
新建
2.1储罐消防冷却系统规范用水量计算
a）计算依据
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-92，1999年局部修订条文）第7.3.8、第7.3.10和第7.3.16条，储罐消防冷却水供给强度为2.0L/min.m²
，延续时间4小时。
b）计算结果
R=S₁×
q₁……………………………………
（1）
Q₁=R×
T
式中R——消防冷却水量
S₁——储罐罐壁面积
q₁——储罐消防冷却水供给强度
T——灭火时间（按4或6小时计算）
R=3.14×
90×
21.8×
2.0=12321.36L/min=205.3L/s
按规范要求，4小时用水量Q₁为：
Q₁=205.3×
3600×
4/10000=2956.32m³
2.2泡沫系统规范用水量计算
泡沫系统用水包括固定泡沫系统混合液用水和辅助泡沫枪用水两部分。
a）计算依据：
按《低倍数泡沫灭火系统设计规范》（GB50151-92，20xx年局部修订条文第2.2.2条第三点，外浮顶储罐应选用液上喷射泡沫灭火系统。
第3.2.2条规定：
泡沫混合液供给强度为12.5L/min.m²
，连续时间为30分钟，单个泡沫产生器（PC8）最大保护周长为24m。
按机械设计图，泡沫堰板距罐壁1m。
按照3.1.4条，当罐直径大于40m时，辅助泡沫枪数量为3支（PQ8）连续时间30分钟。
固定泡沫系统混合液规范计算值：
W₁=S₂×
q₂……………………………………
（2）
式中：
W₁——泡沫混合液总量
S₂——罐体灭火环形面积
q₂——泡沫混合液供给强度
S₂=3.14×
45²
—3.14×
（90—2）²
/4=279.46m²
W₁=279.46×
12.5=3493.25L/min=58.22L/s
辅助泡沫枪泡沫用量：
W₂=8×
3=24L/s
泡沫系统总用量：
W=W₁+W₂+15=163m³
（泡沫系统管线充满混合液15m³
）。
系统采用6%空气泡沫液，故Q₂=163×
0.94=153.22m³
2.3罐区消防系统规范用水总量计算
根据以上计算，罐区消防系统规范用水总量Q为：
Q=Q₁+Q₂=2956.32+153.21=3109.54m³
3消防水系统用水流量、总量和储罐喷淋强度的设计核算
3.112.5万m³
原油储罐消防喷淋用水流量设计
表4是12.5万m³
原油储罐消防喷淋设施配置和冷却用水流量表，图1是储罐消防喷淋环管和竖管侧面图，环管有6圈，每圈均分为6段；
6根竖管负责每圈中的1段（共6段）供水。
表412.5万m³
原油储罐消防喷淋设施配置
位置
管径
喷头数
单位流量
各圈流量
第1圈
52
126
5.4
680.4
每圈喷头的流量通过调整孔板分布达到均等
第2圈
67
168
6.8
1142.4
第3圈
第4圈
79
210
1428.0
5
第5圈
8.0
1680.0
6
第6圈 147336
18.6
6249.6
7
总数
1218
12322.8
注：
单流量是指单个喷头的流量，表中流量单位均为L/min；
管径是指环管内径，单位为mm
图1储罐消防喷淋环管和竖管侧面图
3.2消防系统用水量总量计算
a）冷却水总量计算
根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-92，1999年局部修订条文）第7.3.16条，储罐消防冷却水供给延续时间4小时。
按表4，储罐冷却用水Q₃：
Q₃=12322.8×
60×
4/1000=2957.5m³
b）泡沫用水总量计算
按照《低倍数泡沫灭火系统设计规范》（GB50151-92，20xx年局部修订条文）第3.2.2条规定：
单个泡沫产生器（PC8）最大保护周长为24m。
故泡沫发生器实际数量N=3.14×
90/24=11.78，取N=12。
泡沫实际用量W₃=泡沫发生器用量+泡沫系统泡沫用量。
即W₃=（12×
8+3×
8）×
30×
60/1000+15=231m³
发泡用水Q₄=0.94×
W₃=217.14
c）储罐消防用水总量Q计算
根据以上计算，罐区消防系统设计用水总量Q为：
Q=Q₃+Q₄=3174.6m³
3.3储罐喷淋强度核算
按表4，储罐喷淋强度q为：
q=12.322.8/S1=2.00L/min.m²
4消防冷却喷头额定流量的可靠性
从上面储罐喷淋强度核算可以知道，喷淋系统是满足规范要求，达到2.00L/min.m²
，但其前提是每个喷头的流量必须满足表4中的要求。
下面我们进一步分析冷却喷头达到额定流量的工作条件和满足工作条件的可靠性：
L=K×
（10×
P）0.5…………………………………………（3）
式中L——喷头流量（L/min）
K——喷头流量系数
P——喷头工作压力（Mpa）
式（3）是在喷头工作压力下流量的计算公式，根据式（3），相同的喷头，只要工作压力P相同，其流量是相同的。
在图1中，喷淋竖管负责供水环管是不同高度的6段，每段长度只有47.1m（3.14×
90/6=47.1m），耐用在中间与竖管接通，两边只有24m，其中的压降非常小（环管镀锌阻力更小），可以认为每段环管上喷头的工作压力是相等的。
如图2：
图2储罐消防冷却竖管侧面图
根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GBJ84）水力计算：
式中i——当量压力降，MPa/m
u——管线内的平均流速，m/s
dj——管内径，m
系统管线内某点压力P可以用式（5）计算：
P=P₀—L×
i………………………………（5）
式中P——系统管线中某点压力，MPa
P₀——系统某一已知压力点的压力，MPa
L——检测点到已知点之间的距离，m
消防给水泵出口到12.5万m³
原油储罐管线为Φ350×
968000，前面已经知道，主管流量为740m³
/h，查图3，流速u为2.4m/s按式（4），到储罐根管线压力为：
图3管径、流量、流速关系计算图
同样，我们用式（6）可以计算喷淋环管减压阀前的压力，结果如表5：
表5环管压力计算列表
环管
高度
环管最
大压力
21.25
0.56
满足工作压力
19.65
0.57
17.95
0.59
16.70
0.60 满足工作压力
14.80
0.62
第6圈
12.30
0.65
高度单位为m，压力单位为MPa
P环=P框—0.001×
H………………………………………（6）
式中H是环管距离罐底的高度，具体见图2。
上面计算的P根为0.77MPa。
图4是设计选用喷头特性曲线。
表2中，最大喷头流量为18.6L/min，最小为5.4L/min，按图4中，只要喷头工作压力大于1.5MPa，选用不同的喷头即可满足设计汉量要求。
根据表5计算结果，各段环管的工作压力最大值达到0.56MPa以上，在实际或可以通过孔板调整使环管压力达到喷头设计工作压力。
因此，储罐喷淋系统的喷淋强度可以达到2.0L/min.m²
，满足设计规范。
根据以上过程进行反算：
只要消防给水泵出口压力大于0.7MPa，储罐喷淋系统的喷淋强度仍可以满足2.0L/min.m²
的规范要求。
图4SPTM喷头特性曲线
2.5消防冷却设施的性能可靠性
12.5万m³
罐固定喷淋系统是采用山海关开发区电站辅机厂专利产品SPL型储罐喷淋喷雾冷却消防装置，该消防装置具有以下优点：
a）广角喷头采用铝合金材料，内容阳极化处理，能产生广角扇形水幕形状，喷出的液雾分布均匀，液滴大小中等，表面积大，吸热冷却效果好。
b）喷淋系统竖管和环管内外镀锌，竖管前安装过滤网，很好地解决管壁腐蚀生锈堵塞喷头的现象。
c）储罐每圈喷淋环管分成不连通6段，每段有单独供水竖管，通过调整孔板大小，很容易使喷头在设计的工作压力下工作，从而使喷淋强度达到设计要求。
曾文庆（茂名石化公司综合管理处，广东）
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