液化烃球罐水喷雾冷却系统的设计与计算

液化烃球罐水喷雾冷却系统的设计与计算摘要：介绍了液化烃的性质及发生火灾的特点，对液化烃储罐火灾的危险性及水喷雾冷却、灭火机理进行了分析，列举了液化烃球罐水喷雾系统的设计计算实例，提出了设计中应注意的问题。关键字：液化烃球罐火灾水喷雾灭火系统报警消防冷却1、概述液化轻烃的的主要成分是是：乙烷、丙丙烷、丁烷、戊戊烷等烃类组组成，在气态态时比重比空空气重，（是是空气的1.5~22.0倍）。液化化烃储罐发生生火灾的根源源是液化烃泄泄漏。液化烃烃一旦泄漏，迅迅速汽化且难难以控制。汽汽化时，从周周围环境吸收收大量的热量量，使空气中中的水份冷却却成为细小雾雾滴，形成液液化烃的蒸气气云。液化烃烃的蒸气云从从泄漏点沿地地面向下风向向或低洼处漂漂移、积聚。液液化轻烃爆炸炸极限低（2%~100%体积比），如如大量泄漏遇遇明火可造成成大面积的火火灾或可燃蒸蒸气云爆炸事事故。液化轻轻烃的燃烧热热值高，爆炸炸迅速、威力力大，破坏性性强，其火焰焰温度达200℃以上，极易易引起邻罐的的爆炸。液化轻烃的的体积膨胀系系数比水大，过过量超装十分分危险。液化化轻烃生产出出来，为了便便于储存和运运输，通常进进行加压和冷冷却使其汽化化，储存在密密闭的压力储储罐内，由于于球罐耐压大大且受力均匀匀，储存量大大，因而石化化企业普遍采采用球罐和卧卧式罐做为储储存液化气的的压力容器。液液化轻烃球罐罐发生火灾时时，若球罐内内尚有剩余可可燃气体时就就将火扑灭，剩剩余的可燃气气体泄漏出来来与空气混合合到一定的浓浓度，遇明火火就会发生爆爆炸，产生更更大的危害。因因此，控制液液化气球罐火火灾的根本措措施是切断气气源和紧急排排空。在完成成放空之前应应维持其稳定定燃烧，同时时对着火罐及及相邻罐进行行喷水冷却保保护，使球罐罐不会因受热热发生破坏。因因为液化烃会会吸收热量而而大量蒸发，导导致罐内温度度、压力升高高。罐壁的热热量不能及时时的传出，温温度迅速升高高，强度急剧剧下降。如果果不及时供给给冷却水，一一般在火灾持持续10min左右将出现现热塑裂口，储储罐破裂。因因此对储罐壁壁进行及时有有效的冷却，是是防止球罐发发生破裂而引引起灾难性火火灾事故的重重要措施。笔者在春晓晓气田群建设设开发项目陆陆上终端的轻轻烃球罐区采采用水喷雾冷冷却系统，对对液化烃球罐罐实施了固定定式消防冷却却水系统。2、水喷雾冷却却系统2.1、水喷雾雾的冷却降温温作用水喷雾系统统是利用水雾雾喷头在一定定的水压下将将水流分解成成细小水雾滴滴进行灭火或或防护冷却的的一种固定式式灭火系统。从从水雾喷头喷喷出的雾状水水滴，粒径细细小，表面积积很大，遇火火后迅速汽化化，带走大量量的热量，使使燃烧表面迅迅速降温，燃燃烧体达到冷冷却的目的。水水雾还会在罐罐壁表面形成成一层水膜，使使罐壁温度不不再升高，避避免了罐壁发发生热塑裂口口，从而保护护了储罐。2.2、对碳沉沉积的冲刷作作用分子量较高高的液化烃燃燃烧后，会在在罐壁外表面面产生碳的沉沉积，因碳沉沉积的抗湿性性，水流难以以在罐壁上形形成水膜，导导致水对罐壁壁的冷却效果果降低或不起起作用。水喷喷雾系统高速速喷出的水雾雾滴有一定的的冲击作用，能能将沉积碳冲冲掉，并在罐罐壁外表面形形成一层水膜膜。因此对液液化烃储罐，水水喷雾系统比比水喷淋系统统具有较好的的消防冷却效效果。2.3、水喷雾雾灭火系统的的组成及操作作与控制水喷雾系统统的组成主要要由水源、供供水设备、供供水管道、雨雨淋阀组、过过滤器、减压压孔板和水雾雾喷头等组成成。水喷雾灭灭火系统应设设有自动控制制、手动控制制和应急操作作三种控制方方式。水喷雾雾灭火系统的的控制设备应应具有选择控控制方式的功功能；并且具具有重复显示示保护对象状状态；控制消消防水泵启动动状态；监控控雨淋阀启、闭闭状态，监控控主、备电源源自动切换功功能；除应能能启动着火罐罐的雨林阀，尚尚应能启动距距着火罐1.5倍罐直径范范围内邻近罐罐的雨林阀。水水喷雾灭火系系统的响应时时间不大于60S。3、液化烃球罐罐水雾喷淋冷冷却系统的设设计3.1、供水管管道设计系统统管道设计的的原则是压力力平衡即同一一环管上各喷喷头工作压力力的平衡，各各环管间压力力的平衡。只只有压力平衡衡，供水量才才能平衡，布布水才均匀。为为此在管道设设计时，应采采取以下措施施：1）上、下半半罐体上的供供水环管应尽尽量对称布置置。2）环管应由由两条对称布布置的立管供供水，以确保保同一环管上上喷头的实际际工作压力基基本相同。特特别是对于容容积为2000mm3的储罐，环环管较长，阻阻力较大。由由两条对称布布置的的立管管供水，可降降低环管阻力力。3）在环管的的第3圈以下，环环管与供水立立管连接处设设减压孔板，调调节各环路水水压，使各环环路水压基本本一致，从而而使各环上喷喷头的工作压压力基本相同同，并不小于于0.35MMPa。4）对于容积积大于1000mm3的储罐，罐罐体直径较大大，顶环与底底环之间的高高差达十多米米，垂直压差差较大。为平平衡水压，上上、下半罐体体应分别由两两条对称布置置的立管供水水，上、下半半罐体的供水水管各自独立立控制。这一一措施还满足足了夏季防晒晒喷淋只做上上半罐体喷淋淋的要求。水雾喷头头内径只有几几毫米，容易易堵塞，在球球罐底部的供供水管上设Y型过滤器，该该过滤器不仅仅起到过滤、防防堵的作用，在在系统喷水完完毕后，可以以将过滤器的的后盖打开，将将系统泄空，防防止系统管道道因积水结冰冰而造成管道道的损伤。为为防止控制阀阀后管道内壁壁生锈，锈渣渣堵塞水雾喷喷头，控制阀阀后的管道采采用热镀锌无无缝钢管，球球罐环管采用用无缝钢管，整整体热镀锌处处理，丝扣连连接。3.2、系统控制制采用可可燃气体报警警和火焰探测测的自动控制制方式，不需需要湿式传动动管路，对环环境的适应性性强，可靠性性好。当罐区区有气体泄漏漏时，可燃气气体报警器将将泄漏信号传传送到火气系系统进行报警警，值班人员员可现场检查查，及时处理理。罐区设火火灾探测器，将将罐区发生的的火灾信号传传送到中心控控制室的火灾灾系统进行报报警，并启动动消防系统。根据液化化烃储罐的火火灾特点，水水喷雾冷却系系统可以采用用现场手动控控制。因因为储罐区无无人值守，采采用了气动控控制阀。气动动阀开启迅速速，系统响应应时间短。3.3、水雾喷喷头的布置：：水雾喷头的的布置方式可可为矩形或菱菱形，当按矩矩形布置时，水水雾喷头之间间的距离不应应大于1.4倍水雾喷头头的水雾锥底底圆半径；当当菱形布置时时，水雾喷头头之间的距离离不应大于1.7倍水雾喷头头的水雾锥底底圆半径。当当保护对象为为球罐时，水水雾喷头的喷喷口应面向球球心；水雾锥锥沿纬线方向向相交，沿经经线方向相接接；水雾喷头头与储罐外壁壁之间的距离离不大于0.70m。无防护层层的球罐钢支支柱和罐体液液位计、阀门门等处应设水水雾喷头保护护。3.3.1、水水雾锥底圆半半径（m）R=B..tgθ/2

B—水雾喷头的的喷口与罐壁壁之间的距离离，选0.65mm

θ—水雾喷头的的雾化角（°）

R=0.65xtg1120/2=00.7x1.7322=1..125(mm)3.3.2、喷喷头的布置（2000mm3球罐）1）经线方向喷喷头布置：（水水雾锥宜相接接）假设设置110圈水平环管管，喷头与罐罐外壁间距为为0.65m，喷头的雾雾化角β的计算如下下：每圈环管上上均匀分布的的喷头均指向向球心，则冷冷却保护的罐罐壁为对应球球心角为α的环状罐壁壁。当n=10时，α=18°，球罐半径r=155.8/2==7.9m，则喷头的的雾化角β应为：

sin(α//2)=R//rR=0.1156x7.9==1.2334m

tg(β/2))=R/{0..65+[r–r.cos(α/2)]}}=1.2334÷[0..65+（7.9–7.9x00.988）]=1.66588β/2=558.88

β=1177.77°因此选取雾化角角为120°的喷头，设设置10圈水平环管管，可以满足足要求。见图所示2）纬线方向喷喷头布置：（水水雾锥应相交交）纬向水雾喷头按按矩形布置，喷喷头之间的间间距按1.4倍的水雾锥锥底圆半径，即即水雾喷头之之间的距离（近近似弧长）D=1.1125x1..4=1.5575(m))。其计算结果及喷喷头安装数量量见表13.4、设计冷冷却水喷雾强强度核算水喷雾冷却却系统的设计计流量按下式式计算：Qs＝kQj式中：Qj——系统的计算算流量，L／min；Qs——系统的的设计流量，L／min；k——安全系数，取取值范围1.05－1.10。

K-水雾雾喷头的流量量系数，由生生产厂提供。

P-水雾喷头的的工作压力，MPa。着火火罐冷却水供供给强度，不不应小于9L／（min·mm2）。下面以以喷头菱形布布置的球罐为为例，核算单单位表面积的的设计水喷雾雾强度是否达达到规范规定定的要求。1）喷头菱形布布置时，每个个喷头的有效效保护面积S为外接圆半半径等于水雾雾锥底圆半径径R的正六边形形的面积，即即图1中阴影部分分的面积。保护对象的的设计水喷雾雾强度：式中：W——系系统的设计水水喷雾强度，L／（min·mm2）。按按最不利情况况，B＝0.65m，θ＝120°，k＝1.05，P＝0.35MPa代人，得：：因为W=0.55966K应大于9L/miin﹒m2

所以K≥9/0.55966=115.08可见.只要要选用K≥15.08的水雾喷头头，即可满足足规范要求。2）喷头矩形布布置时，每个个喷头的有效效保护面积S为外接圆半半径等于水雾雾锥底圆半径径R的正四边形形的面积，即即图2中阴影部分分的面积。保护对象的的设计水喷雾雾强度：按最不利情情况，B＝0.65m，θ＝120°，k＝1.05，p＝0.35MPa代人，得：：因为W=0.77749K应大于9L/miin﹒m2

所以K≥9/0.77749=111.61可见.只要选用用K≥=11.661的水雾喷头头，即可满足足规范要求。设计选用ZSTTWA-300-120型水雾喷头头，流量为30L/mmin，雾化角为120°，流量特性性系数K=16。4、结束语针对液化烃烃储罐火灾特特点，水喷雾雾系统可有效效地控制液化化烃储罐初期期火灾，避免免恶性爆炸事事故发生。在在进行水喷雾雾冷却系统工工程设计计算算时，将罐上上喷头的工作作压力设为一一定值，水量量及管径的计计算和管道布布置均按这一一设定运作，这这样简化了设设计计算。因因固定式消防防用水量为着着火罐和邻近近罐用水量之之和，邻近罐罐的用水量是是着火罐的1/2，在配管