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大型石油化工储罐区消防安全系统设计

发布时间:

2023-11-24 09:13

储罐区在石油化工生产过程中担负着中转、储运的重要任务, 它是油品储存基地和供应中转站。 按结构分类, 石油化工储罐可分为固定顶储罐、 浮顶储罐及球形储罐等。 按体积分类, 100m3以上为大型储罐, 多为立式储罐; 100m3 以下的为小型储罐, 多为卧式储罐。 立式储罐类型分为固定顶罐、 内浮顶罐、 外浮顶罐和球罐。

由于石油产品本身的理化特性, 储罐区存在较大的火灾危险性。 例如, 油品固有的火灾危险性; 爆炸性火灾多, 火灾危害大; 蔓延速度快, 火场温度高; 扑救难度大。

近10 多年来, 我国石油储罐区火灾、 爆炸事故总体呈上升趋势, 一些大型石油储备库和化工园区火灾、 爆炸事故时有发生。 大型石油储罐及库区一旦发生大规模火灾, 其造成的后果则往往是灾难性的。 石油储罐区传统的消防存在着很多问题, 而我国现有的《石油化工企业设计防火规范》 及《石油库设计规范》 也没有针对火灾自动报警系统的选型提出明确要求。 因此, 本文以国家设计规范要求为基础, 结合近年来的消防技术新发展及工作实践, 引入新型光纤测温、 视频图像探测等先进技术, 并结合灭火技术介绍了一种石油储罐区的整体消防系统, 提出了一整套适用于石油化工储罐区的消防技术解决方案。

1 储罐区消防存在问题与整体消防系统
1.1 储罐区消防存在的问题

目前, 国内很多储罐区的消防手段依然停留在手动操作上。 由于油罐数量较多, 需控制的设备、阀门数量较多, 操作时问长, 且流程复杂, 极易发生误操作, 油罐区的安全难以保证。 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(根据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, 整个过程耗时过长。

同时, 国内对石油化工储罐区的火灾防治研究局限于探测或灭火的某一方面, 缺乏一套消防自动控制系统的整体规划, 不利于为实际消防工作提供直接、 明确的借鉴与参考。
1.2 整体消防系统概述

大型石油储罐区消防PLC及联动控制系统结构分为设备层、 控制层和管理层。

(1 ) 设备层。 负责采集所有火灾信息, 传送给控制层以及接收控制指令, 启动消防设备, 包括火灾探测设备、 报警设备、 消防灭火设备(各类火灾探测器、 消防泵、 泡沫混合器、 阀门、 气体储瓶等) 。

(2 ) 控制层。 汇集现场信息和执行控制命令, 消防PLC系统包括主、 备PLC以及远程扩展模块、 火灾报警控制器及通信网络等。

(3 ) 管理层。 主要完成数据处理、 存储、 打印报表、 画面显示及修改、 信息共享及人机界面和信息及数据上传等; 上位机系统包括工程师工作站、操作员工作站及数据库服务器、 显示器、 通信网络设备等。

石化储罐区火灾监测与灭火联动控制系统结构, 如图1 所示.

系统控制内容如下。

(1 ) 火焰探测。 通过现场火焰探测器监视并采集现场报警信息, 当采集的现场安全数据达到阈值后, 给出报警信息, 通过有效的传输网络传至PLC消防联动控制系统, 并发出声/光报警。

(2 ) 温度探测。 实时监视并采集油罐体温度变化, 当罐体温度达到阈值后, 感温探测器发出“火警” 报警信息, 同时将报警信息传送至PLC消防联动控制系统, 警笛发出声音报警, 如处于0 故障” 状态, 故障信号会送至PLC消防联动控制系统, 同时蜂鸣器发出声报警。

(3 ) 可燃气体探测。 对现场可燃气体样值进行分析, 当可燃气体浓度达到阈值后, 可燃气体控制器“火警” 报警信息, 当达到“火警” 时将报警信息传送至PLC消防联动控制系统, 警笛发出声音报警, 如可燃气体探测器处于“故障” 状态, 故障信号会送至消防PLC系统, 同时发出声/光报警。

(4 ) 现场报警按钮探测。 当罐区值班人员发现火情, 按下报警按钮, 报警信息会传送至消防PLC系统, 同时发出声/光报警。

(5 ) 液位探测。 消防水罐体安装浮球式液位计, 通过输出4-20MA模拟量电流实时检测消防水罐的液位, 在液位超高和超低情况下给予报警提示。

(6 ) 计算机控制。 主要由上位机、 下位机(PLC及其他控制组件) 组成, 通过上位机工艺画面进行实时画面监视, 通过下位机实时数据采集现场设备信号. 或者对电动执行机构进行控制, 实现自动消防过程。

石化储罐区火灾探测一般采用防爆型火灾探测器, 探测器输出信号, 监控主机完成对工艺安全参数及火灾参数的连续采集处理和状态分析, 及时预测事故并采取处理措施, 有效启动现场消防设备实施灭火操作。

2 石油化工储罐区火灾探测系统设计

根据石化储罐区特殊的火灾危险性, 火灾探测系统的消防安全监测参数主要有温度、 可燃气体浓度等。 此外, 还应着重考虑感烟探测、 火焰探测和图像监测手段。 本文主要介绍近年来新型的光纤感温火灾探测系统及图像型火焰探测系统。
2.1 光纤感温火灾探测系统

光纤感温火灾探测系统分为光纤光栅感温火灾探测器和分布式光纤感温火灾探测器, 两者均可实时监测安装区域的温度, 根据温度的阈值、 升温速度等特征实现石油化工场所的火灾监测。

图2 所示为光纤感温火灾探测系统在浮顶储罐中的应用图。

光纤感温火灾探测系统应用于石化行业, 主要体现出以下几点优势: ①安全性好, 在罐区无电检测, 本质安全; ②温度可以显示, 报警温度可以根据现场需要进行设置或变更; ③可靠性高,不受电磁、 雷击干扰, 性能十分稳定, 寿命长, 长期可靠性好, 适合长期安全监测; ④可不动火不用电, 带油安装, 不影响正常生产; ⑤尺寸小, 质量轻, 有利于微型化。

光纤光栅感温火灾探测系统在石化储罐区的布设方式, 见表1 所列。 分布式光纤感温火灾探测系统的布设方式如下: 感温光纤应螺旋设置在储罐的侧壁上, 或设置在储罐顶部的侧壁上, 螺旋设置时感温光纤之间的距离应小于3m。

2.2  图像型火灾探测系统

在选用感温型火灾探测系统的基础上, 可根据罐区特点选择图像型火灾探测器对图像、 火焰进行复合探测。 图像型火灾探测器在工作时可不断采集现场视频, 与感温探测系统联动后, 可极大地降低整个探测系统的误报、 漏报现象。 图像型火灾探测器的应用如图3 所示, 其中, 深色探测器监视罐顶区域, 浅色探测器监视罐底1.5-2.5 m区域。

3 石油石化储罐区灭火系统设计

根据石化储罐对火灾的热响应规律, 储罐爆炸主要是2方面的原因: 储罐内部的压力升高; 储罐壁温增加引起储罐材料强度下降。 因此, 在扑救石油石化罐区火灾时宜同时考虑水冷系统及灭火系统, 具体采用消防水喷淋/水喷雾作为水冷系统、 泡沫灭火系统作为灭火系统。 水喷雾冷却系统和泡沫灭火系统的自动控制拓扑结构图如图4 所示。


3.1  水喷雾冷却系统

我国固定式消防冷却水系统多采用固定水喷雾系统 。 通常出于2 种考虑: 一种是储罐火灾时用来冷却罐壁; 另一种是夏季气温较高, 球罐外壁没有采用保温的状况下, 为防止日晒引起球罐内液体升高, 罐内压力上升, 而需设置夏季降温用的喷淋冷却设施。 为节省投资, 可将球罐上部水喷雾系统兼作夏季防日晒喷淋降温用。

如图5 所示, 油罐区喷雾冷却系统的供水采用环形管布置, 水雾喷头均匀分布在各圈环形管上, 喷头安装角度均为垂直指向油罐中心。 为平衡各喷头的工作压力, 均衡油罐表面的冷却水量,采用2 根供水干管对称布置。 每根供水干管设切断阀, 阀后设过滤器以过滤水中的杂质。

(1 ) 对于甲、 乙、 丙类液体的生产、 储存、 装卸设施, 其设计喷雾强度为6L/(min・m2) , 持续喷雾时间为4h 。

(2 ) 对于甲、 乙、 丙类液体储罐, 直径20m以下, 设计喷雾强度为6L/(min・m2), 持续喷雾时间为4h ; 直径20m及以上, 设计喷雾强度为6L/(min・m2) , 持续喷雾时间为6h 。

(3 ) 对于可燃气体生产、 输送、 装卸、 储存设施、 罐瓶间及瓶库, 设计为9L/(min・m2), 持续喷雾时间为6h 。
3.2 泡沫灭火系统
3.2.1 泡沫灭火系统概述

泡沫灭火系统是经多年实践证明的石化行业有效灭火方式, 与消防炮结合, 可实现石化储罐区灭火的有效性、 机动性。

泡沫灭火系统主要由消防水泵、 消防水源、 泡沫灭火剂储存装置、 泡沫比例混合装置、 泡沫产生装置及管道等组成。 通过泡沫比例混合器将泡沫灭火剂与水按比例混合成泡沫混合液, 再经泡沫产生装置形成空气泡沫后施放到着火对象上实施灭火。 泡沫灭火系统按泡沫产生倍数的不同, 分为高、 中、 低倍数3 种。
3.2.  泡沫消防炮在罐区内应用

泡沫消防炮在规范中作为辅助式的灭火系统, 但随着近年的发展, 泡沫消防炮在罐区内的应用出现了2 个新的趋势。

(1 ) 随着机械制造技术的发展, 大流量、 长射程的消防炮技术在油罐区内的灭火作战中发挥出越来越重大的作用。 目前先进的消防炮结合大功率的高压泵组射程可达上百米, 可对大容量的油罐进行有效覆盖、 保护。

(2 ) 远程控制、 智能控制等技术与消防炮技术结合产生了远程遥控消防炮等技术。 在油罐区内使用远程遥控消防炮, 不需安防人员登上消防炮炮塔操作, 可大大提高消防炮的响应速度, 同时加强了安防人员的个人安全。
3.2.3  泡沫混合液供给强度

石化储罐区泡沫灭火系统混合液供给强度设计, 见表2 和表3 所列。

 

4结束语

储罐区在石油化工生产过程中担负中转、 储运的重要任务, 存在较大的火灾危险性和危害性, 建立一整套高效的储罐区火灾安全系统十分必要。 本文为石油化工储罐区整体消防安全系统提供了一种解决方案, 采用火灾监测与灭火联动控制系统, 选用光纤感温火灾探测系统或图像型火焰探测系统, 采用消防水喷淋/水喷雾冷却系统和泡沫灭火系统等, 及时预测事故并采取处理措施. 有效启动现场消防设备实施灭火操作, 是预防和扑救石油化工储罐区火灾的一种有效解决方案。

 

 

 

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