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大型油 罐区消防及自动控制设计探讨
发布时间:2014-4-2 作者: 浏览:565

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    提要分 析论述了大型油罐区消防系统中存在的具体问题,说明了 大型油罐区消防系统改造及设置消防自动控制系统的必要性。同时提 出合理可靠的设计方案,较详细 地介绍了设计过程及应注意的问题。

    随着我 国石油工业的发展,原油、成品油储量的增加,国内大型油库、油罐区越来越多。这样的 罐区多数是改扩建而成,消防手 段依然停留在原始的手动操作上。由于油罐数量较多,需控制的设备、阀门数量较多,操作时间长,且流程复杂,极易发生误操作,油罐区 的安全难以保证。

    我国某处油罐区,始建于70年代,分三期 扩建成现有规模。目前罐区内共有52m3钢制浮顶罐,45m3钢制浮顶罐,30m3的库容,库区占地面积14.8m2。原有消 防系统为固定式冷却水及固定式泡沫灭火系统,包括一座消防泵房,两座1000m3消防水 池和罐区消防管网、罐上消防系统等。消防泵房内设3台消防泵,114sh-6型泵为泡沫混合液泵,112sh-6型泵为冷却水泵,另有114sh-6B型泵为公共备用泵。以上几 台泵所配电机均为6000V高压电机。泵房内所有设备、阀门及罐区分区阀、上罐控 制阀均为手动控制,现有罐区及泵房布置。    

    2 原有操 作方式及存在的问题

    原有消 防系统操作方式:当罐区发生火灾时,消防值 班人员接到火警后,立即电 话通知变电所值班人员合闸供电(规定高 电压设备不能常合);变电所 值班人员合闸后再电话通知消防值班人员;消防值 班人员进行试跳、盘车,一切准备就绪后,再用电话通知变电所;由变电 所值班人员监护,逐台启泵、开出口阀,整个过程需5min。在以上 操作的同时必须有一个对消防流程特别熟悉的消防值班人员(以保证不误操作)迅速跑到罐区,根据着 火罐的不同关闭相应的泡沫混合液、冷却水分区截断阀,然后打 开泡沫上罐控制阀和冷却水上罐控制阀。距消防泵房最远的9#罐为消防最不利点,经实测 以上操作过程需12min。再加上泡沫、冷却水上罐时间1min左右,共需要13min才能使泡沫混合液、冷却水上罐,对油罐进行灭火、冷却。存在如下问题:

    (1)罐区太大,由人工 定点巡检不能及时发现火情。

    (2)不能保 证在发现火情后立即启动灭火系统,贻误灭火战机。消防灭火贵在神速,而建于 建站初期的消防系统不适合越来越大的罐区消防要求。据资料介绍,油罐一旦发生火灾,罐壁温度迅速升高,油罐钢 板强度迅速下降。若罐壁温度升至700,油罐钢板的强度降低90%以上,此时油 罐将发生变形和破裂。一旦高温原油溢出,后果不堪设想。火灾在初期容易扑灭,时间越 长火势越不容易控制。

    (3)发生火灾时,需要多人参加操作。消防泵 房内每班值班人员至少要有两个值班,才能保 证在发生火灾时紧急处理,而平时 他们又没什么事情可做,这在管 理上是非常矛盾的问题。

    (4)如果一 个油罐发生火灾没能及时控制住火情,进而影响到其他油罐,发生类 似黄岛油库的火灾事件,损失是相当巨大的,不能不引起重视。

    3 改造设计

    鉴于以上原因,为保证安全生产,对该罐 区进行了消防系统改造设计。

  《原油和 天然气工程设计防火规范》和《石油库设计规范》中对于单罐容量小于10m3,但油罐数量较多、总库容 较大的油罐区消防控制方式没有明确规定。针对该库区库容大,油罐数 量多的实际情况,在同甲 方沟通后设计中增加了消防自动控制系统。

    该消防系统设计要点:

    (1)消防泵房位置的选择:根据油 罐区油罐布置现状,考虑消防管道的布置、油罐的消防分区、总图布 置等因素综合确定消防泵房位置。

    (2)根据最大的??、冷却水用量,并按满 足最不利点消防灭火泡沫混合液和冷却水5min上罐综 合考虑选取设备。

    (3)根据最 大罐实际设计冷却水喷淋量复核消防水池容量。

    (4)泵出口 阀及泡沫混合液和冷却水上罐控制阀、主要分 区控制阀选用可远控的电动阀,在消防 控制室内实现集中控制。

    (5)在罐区 安装可燃气体报警器,在每个 油罐上设感温电缆。当温度 达到报警设定值时,报警信 号通过电缆传送到消防控制室。当消防 控制室的操作人员接到报警信号时,利用电 视监视系统进行火灾人工确认,便于及时灭火。

    (6)消防控 制室内设置消防自动控制系统,实现火 灾操作规程自动检测、自动控制功能。

    (7)罐区设 置工业电视监视系统,罐区设置摄像头,消防值 班室内设监视器,由值班 人员全天候监视罐区,以便及时发现火灾,及时报警。

    下面就 以上各条重点详细说明。

    3.1新建消 防泵房位置确定

    从图1中我们可以看到,原有消 防泵房位置不合适。根据罐 区布置及总图布置情况,确定在2#罐和6#罐东北 角处建一新消防泵房及消防水池。

    3.2消防分区

    结合罐 区布置现状及新建消防泵房位置,在尽量 缩短管道充满长度的前提下,将罐区 内油罐分为两个独立的消防分区,1#5#(2m3罐区)为一个分区;6#9#(5m3罐区)为一个分区。具体分区方法见图1。这样,5m3罐区起 火时只对第一分区充满即可,2m3罐起火 时只对第二分区充满即可,两个分区互不影响。减少了充满量,有利于选泵。

    3.3罐区消 防管网管径确定

    根据各 分区内最大容积罐消防需要的冷却水量及泡沫混合液量及在一条管道损坏时,另一条 管道可通过全部消防水量的要求确定各分区管网管径。

    因是独立的两个分区,第一分区按5m3罐消防 需要的冷却水量及泡沫混合液量确定管网管径。第二分区按2m3罐消防 需要的冷却水量及泡沫混合液量确定管网管径。

    3.4选泵

    罐区内最大容积罐5m3罐泡沫混合液需要量320m3/h,冷却水需要量490m3/h。按《原油和 天然气工程设计防火规范》第7.4.6条规定,要求消 防泵出口双管与环网连接,以保证 在一条管道损坏时,另一条 管道可通过全部消防水量。

经计算 第一区泡沫混合液充满量为90m3,即在启泵后的前5min,泡沫混 合液泵流量应达到1080m3/h才能满足要求。通过分析这些数据,可选择300S90(Q=790m3/h,H=90m,P=320kW)泵和DK400-11(Q=368m3/h,H=103m,P=190kW)泵各1台作泡沫混合液泵。这样在 任一油罐起火时,同时启 动两台泵进行充满,5min后停掉300S90,运行DK400-11即可满足灭火要求。

    5m3罐消防 时冷却水需求量为490m3/h,第一分 区冷却水充满量为130m3,即在启泵后的前5min,冷却水泵流量应达到1560m3/h,选择300S90(Q=790m3/h,H=90m,P=320kW)300S90B型泵(Q=720m3/h,H=67m,P=220kW)1,这样在 任一油罐起火时,同时启动2台泵对 冷却水管网进行充满,5min后停掉300S90,运行300S90B型泵即 可满足冷却要求。再选择1300S90泵作公共备用泵。以上泵均配380V低压电机,便于操作和管理。

    3.5泡沫比 例混合装置选择

    因管道 充满量和正常消防流量之间范围较大,所选择 的比例混合器流量可调范围要能适合这种变化,同时要 选择适合自动控制的设备,实际设计中选用了210t贮罐压 力式比例混合装置,单台比 例混合器的流量为20160L/s

    3.6阀门选择

    泵出口阀、干管控制阀、分区控制阀、上罐控 制阀等主要控制阀均为电动蝶阀,均可在 消防值班室内远控。

    3.7消防水池容积确定

    油罐冷 却水方式为固定式水幕喷头冷却系统,5m3罐消防时冷m3罐消防 灭火时配制泡沫混合液需水量200m3,管网中充水容积为220m3,因此,一次消 防需要最小水量为2340m3,需要新建1000m32000m3消防水池各1座。

    3.8新消防 系统的主要流程(见图2)

    新消防系统流程说明:①泵1、泵2为泡沫混合液泵,4、泵5为冷却水泵,3为公用备用泵。②泵入口阀为常开阀。③泵出口阀、干管控制阀、罐区分区阀、上罐控 制阀均为常关阀。④当第一分区(5m3罐区)内油罐着火时,分别启 动冷却水泵和泡沫混合液泵,打开相 应泵出口阀和第一分区的分区阀,再打开 着火罐上相应泡沫混合液、冷却水 上罐控制阀即开始对油罐灭火、冷却。⑤当第二分区(2m3罐区)内油罐着火时,分别启 动冷却水泵和泡沫混合液泵,打开相 应泵出口阀和第二分区的分区阀,再打开 着火罐上相应泡沫混合液、冷却水 上罐控制阀即开始对油罐灭火、冷却。

    3.9监视系统

    在罐区设三组摄像头,控制室设监视屏幕。值班人 员在值班室内可控制摄像头360°旋转及 对目标拉近监视。这样在监视屏幕上,整个罐 区的情况一目了然。

    3.10火灾自动检测系统

    在每一 座罐的浮盘上沿罐壁设一圈感温电缆,发生火 灾时由于温度升高,起火点 处的感温电缆电阻变小,并迅速 发出火警信号传至值班室;在罐区 设可燃气体报警器,值班人 员通过监视系统确认火灾后,即启动 消防系统进行灭火。

3.11消防自动控制程序

    采用PLC把所有 的可燃气体信号、感温信号、消防泵 及电动阀门信号收集并编入程序,由人机接口(HMI)与之相联。该PLC软件功能强、速度快,适应消 防控制逻辑的需要。人机接口具有可靠、灵活等特点,它用于 显示消防工艺流程、设备状态、各种参数,当现场出现报警时,在屏幕上相应点闪烁,并且伴有声音,操作人 员通过此设备可以下发各种开关阀、启停泵 命令及下发各种启动消防逻辑程序命令,各种命令均在屏幕上,采用触摸屏方式,操作灵活方便。为了避免误操作,对各种 操作均有确认并设置不同的级别。操作人员通过HMI对现场情况了如指掌。根据不同着火罐,PLC设有9套控制程序,分别可通过9个紧急按钮或HMI键盘控制启动、或无人 干预条件下的自动启动。当现场 可燃气体浓度超高或发生火灾时,PLC即发出报警,值班人 员可通过监视系统或HMI确认现场情况,通过HMI或按钮 启动消防控制系统,即可依次启动消防泵、开启相 关阀门进行灭火。    

    4 设计中应注意的问题

    根据规范要求,一组水 泵的出水管不宜少于两条,当其中 一条发生故障时,其余的 应能通过全部水量,因此,泵出口干管管径、罐区管网管径、消防水 量及压力都是按最不利情况时核算的。而在所 有管道都完好的正常情况下,同样流 量流经两条管道,等于流量降低一半,摩阻必然降低,管路的 工作曲线也必然降低,喷头出 水量要大于计算时的水量,从而使 总消防水量增加,设计时应引起注意。

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