[转帖]油罐区危险分析

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<strong>原油罐区消防水系统可靠性分析（北山岭）——引言（1）</strong> <hr noshade="true" size="1"/><table cellspacing="8" cellpadding="0" width="500" border="0"><tbody><tr><td class="da"><p>　　本网据《安全健康和环境》报道：<br/><br/>　　北山岭原油罐区目前有50000m³原油储罐12座，总容量60万m³。2座12.5万m³的储罐建设已经进入工程收尾阶段，计划年内投用，罐区总容量将达到85万m³。该原油罐区是巨名分公司炼油装置的主要原油储备罐区和中转罐区，罐区的安全运行对炼油装置正常生产有着举足轻重的影响。<br/></p></td></tr></tbody></table>北山岭原油罐区位于电白莲头半岛下村东南侧海岸上，1993年底投用。罐区西南面为山坡地带，西北、东北为山林地带。由于位置特殊，作业区内没有可靠的外来水源。到2000年，经过不断改造，罐区储水量达到8600m³（有效容积）。2001年9月6日14：03外来施工人员在作业区阀室内违章施工引起火灾事故，3小时后扑灭。这次火灾显示消防储水量和供水能力不足。为此，2002年公司再新建1台5000 m³的消防储水罐，并配套2台12.5万m³的原油罐建设对罐区内消防系统进行改造。2003年4月，中国石化集团公司安全检查组在该罐区检查时提出罐区消防水系统仍是重大事故隐患。<br/><br/>　　为研究罐区消防供水系统可能存在的问题，我们从规范和设计的角度计算北山岭原油罐区消防用水总量和消防冷却强度，进而进行比较，并核算设计方案的可行性，分析罐区目前消防冷却系统的可靠性。<br/>

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稳定可靠的消防系统水系统要求罐区储水量、消防供水能力和冷却强度满足或超过规范要求，下面对罐区消防供水流量、储罐喷淋强度和系统用水总量进行核算。<br/><br/>1 原油罐区的消防设施和供水能力<br/><br/>　　消防系统供水设施能力等都是影响系统用水的重要因素，按“三同时”要求，罐区消防系统在12.5万m³的原油罐建设时同步改造，并同时投用（以下计算是以12.5万m³的原油罐为对象）表1，2是罐区消防系统改造前后设施配置情况。<br/><br/>　　表1 罐区现有消防供水设施列表<br/><br/><a href="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/biao/20040511-1801.htm">见表</a><br/><br/>　　表2 消防系统改造后消防供水设施列表<br/><br/><a href="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/biao/20040511-1802.htm">见表</a><br/><br/>2 罐区规范用水量的计算<br/><br/>　　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：<br/><br/>　　表3 改造后作业区原油罐区有关参数<br/><br/><a href="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/biao/20040511-1901.htm">见表</a><br/><br/>2.1 储罐消防冷却系统规范用水量计算<br/><br/>　　a）计算依据<br/><br/>　　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。<br/><br/>　　b）计算结果<br/><br/>　　R=S₁×q₁……………………………………（1）<br/><br/>　　Q₁=R×T<br/><br/>　　式中R——消防冷却水量<br/><br/>　　 S₁——储罐罐壁面积<br/><br/>　　 q₁——储罐消防冷却水供给强度<br/><br/>　　 T——灭火时间（按4或6小时计算）<br/><br/>　　R=3.14×90×21.8×2.0=12321.36L/min=205.3L/s<br/><br/>　　按规范要求，4小时用水量Q₁为：<br/><br/>　　Q₁=205.3×3600×4/10000=2956.32m³<br/><br/>2.2 泡沫系统规范用水量计算<br/><br/>　　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。<br/><br/>　　a）计算依据：按《低倍数泡沫灭火系统设计规范》（GB50151-92，2000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。<br/><br/>　　b）计算结果<br/><br/>　　固定泡沫系统混合液规范计算值：<br/><br/>　　W₁=S₂×q₂……………………………………（2）<br/><br/>　　式中：W₁——泡沫混合液总量<br/><br/>　　 S₂——罐体灭火环形面积<br/><br/>　　 q₂——泡沫混合液供给强度<br/><br/>　　S₂=3.14×45²—3.14×（90—2）²/4=279.46m²<br/><br/>　　W₁=279.46×12.5=3493.25L/min=58.22L/s<br/><br/>　　辅助泡沫枪泡沫用量：W₂=8×3=24L/s<br/><br/>　　泡沫系统总用量：W=W₁+W₂+15=163m³（泡沫系统管线充满混合液15m³）。<br/><br/>　　系统采用6%空气泡沫液，故Q₂=163×0.94=153.22m³<br/><br/>2.3 罐区消防系统规范用水总量计算<br/><br/>　　根据以上计算，罐区消防系统规范用水总量Q为：<br/><br/>　　Q=Q₁+Q₂=2956.32+153.21=3109.54m³<br/><br/>3 消防水系统用水流量、总量和储罐喷淋强度的设计核算<br/><br/>3.1 12.5万m³原油储罐消防喷淋用水流量设计<br/><br/>　　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。<br/><br/>　　表4 12.5万m³原油储罐消防喷淋设施配置<br/><br/><a href="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/biao/20040511-1902.htm">见表</a><br/><br/> 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<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20040511-2001.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>　　图1 储罐消防喷淋环管和竖管侧面图<br/><br/>3.2 消防系统用水量总量计算<br/><br/>　　a）冷却水总量计算<br/><br/>　　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：<br/><br/>　　Q₃=12322.8×60×4/1000=2957.5m³<br/><br/>　　b）泡沫用水总量计算<br/><br/>　　按照《低倍数泡沫灭火系统设计规范》（GB50151-92，2000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。<br/><br/>　　泡沫实际用量W₃=泡沫发生器用量+泡沫系统泡沫用量。<br/><br/>　　即W₃=（12×8+3×8）×30×60/1000+15=231m³<br/><br/>　　发泡用水Q₄=0.94×W₃=217.14<br/><br/>　　c）储罐消防用水总量Q计算<br/><br/>　　根据以上计算，罐区消防系统设计用水总量Q为：<br/><br/>　　Q=Q₃+Q₄=3174.6m³<br/><br/>3.3 储罐喷淋强度核算<br/><br/>　　按表4，储罐喷淋强度q为：<br/><br/>　　q=12.322.8/S1=2.00L/min.m²<br/><br/>4 消防冷却喷头额定流量的可靠性<br/><br/>　　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：<br/><br/>　　L=K×（10×P）0.5…………………………………………（3）<br/><br/>　　式中L——喷头流量（L/min）<br/><br/>　　 K——喷头流量系数<br/><br/>　　 P——喷头工作压力（Mpa）<br/><br/>　　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：<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20040511-2002.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>　　图2 储罐消防冷却竖管侧面图<br/><br/>　　根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GBJ84）水力计算：<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20040511-20-1.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>　　式中i——当量压力降，MPa/m<br/><br/>　　 u——管线内的平均流速，m/s<br/><br/>　　 d_j——管内径，m<br/><br/>　　系统管线内某点压力P可以用式（5）计算：<br/><br/>　　P=P₀—L×i………………………………（5）<br/><br/>　　式中P——系统管线中某点压力，MPa<br/><br/>　　 P₀——系统某一已知压力点的压力，MPa<br/><br/>　　 L——检测点到已知点之间的距离，m<br/><br/>　　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：<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20040511-20-2.gif" align="center" alt=""/><br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20040511-2101.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>　　图3 管径、流量、流速关系计算图<br/><br/>　　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：<br/><br/>　　表5 环管压力计算列表<br/><br/><a href="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/biao/20040511-2001.htm">见表</a><br/><br/>　　注：高度单位为m，压力单位为MPa<br/><br/>　　P_环=P_框—0.001×H………………………………………（6）<br/><br/>　　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。<br/><br/>　　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。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20040511-2102.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>　　图4 SPTM喷头特性曲线<br/><br/>　　2.5 消防冷却设施的性能可靠性<br/><br/>　　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：<br/><br/>　　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。<br/><br/>　　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。<br/><br/>　　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。<br/>

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1 罐区消防系统储水量完全满足规范要求<br/><br/>　　根据上面计算结果，罐区消防设计用水为3174 m³，按罐区目前的储水量是完全满足规范要求。另外，泡沫系统规范要求泡沫供给时间为30分钟，因此，泡沫系统用水217.14m³是固定的。如果遇到严重情况，车载泡沫液供给也达到30min，则泡沫系统用水总量达到420 m³，目前罐区储水量13600 m³是稳定可靠的，按规范设计和要求进行冷却，罐区储水可以持续15小时以上，远远超出规范要求，是稳定可靠的。<br/><br/>2 罐区消防系统供水流量满足规范要求<br/><br/>　　系统改造以后供水能力达到840 m³/h，根据前面计算，12.5万m³油罐冷却用水为205.3L/s，即738 m³/h，供水能力是规范值的1.14倍，完全满足规范要求。<br/><br/>3 储罐消防冷却喷头设计合理可靠<br/><br/>　　上面核算的结果表明，通过现场孔板的调整，所有喷头非常容易到达设计工作条件，储罐冷却喷淋强度也满足规范要求。<br/><br/>　　综合上述，北山岭原油罐区消防水系统是稳定可靠的。<br/>1 设计规范存在不足<br/><br/>　　根据规范要求，外浮顶储罐着火邻罐不进行冷却，从计算结果看到，系统设计消防供水流量仅满足着火罐冷却。但发一冒罐火灾，邻罐必须进行冷却时，系统供水能力（流量）将无法满足灭火要求。<br/><br/>2 罐区消防供水电源存在隐患<br/><br/>　　2003年5月份，当地供电局宿车到电城站原35kV供电线路由于设备老化以及广湛高速公路施工被停用。目前，港口公司北山岭原油罐区供电只有水东到电城站110kV一咱供电线路，造成原油罐区消防泵单电源供电。<br/><br/>3 消防作战方案超设计规范<br/><br/>　　图5是作业区内罐区阀组的灭火作业战预案图，按预案设计，阀组着火投用12支Φ19水枪，总流量达821m³/h，超过罐区目前756m³/h的额定供水能力。消防专业队伍在制定消防灭火预案时，不是在设计规范的基础上编制，经常造成现场消防设施跟不上的结果。<br/><br/><img src="http://www.safety.com.cn/data_zonghe/tu/20040511-2103.gif" align="center" alt=""/><br/><br/>　　图5 作业区阀室灭火作战水枪布置图<br/><br/>4 消防作战不执行消防灭火预案<br/><br/>　　本来消防作战预案制作时已经超规范，但实际作战中，作战人员也没有按照预案的设计进行开展，导致现场更乱。2001年9月6日作业区原阀室着火，在灭火过程中，3小时消耗了8600m³，最后竟有人惊呼：消火栓不够，储水量不够。我们可以通过简单的核算，查明原因：<br/><br/>　　根据当时初步统计，灭火时出动18辆消防车，Φ19水枪12支。系统流量高达820m³/h。按照泵Q—H曲线，泵出口压力仅为0.5MPa。按图3和工（4）、式（5），流速达3.0m/s，阀室前水压只有0.15MPa。计算结果验证了当时的实况：水枪喷出的水没有压头，无法喷到着火点。<br/>

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1 新建、改建消防系统供水流量比设计规范值提高余量<br/><br/>　　从上面计算过程可以看到，规范设计的供水能力无法应付一些意外的火灾事故或场面，如冒罐着火、储罐泡沫系统出现故障需要水枪掩护人员登罐等。因此，设计过程中，系统供水流量要比规范要求提高20%的余量会更有利应付现场的突发情况。<br/><br/>2 尽快解决罐区消防泵单电源供电问题<br/><br/>　　经过调查研究，公司决定在罐区泵房增建消防供水泵（233L/s）和泡沫供水泵（120L/s）各1台，方案可行，也可靠。<br/><br/>3 按设计规范制定消防作战预案<br/><br/>　　以设计规范作为消防灭火预案基础这是我们必须遵守的，也是确保有效灭火，提高灭火效率的保证。防火设计规范的有关数据是吸取大量事故教训，经过反复研究才确定的。<br/><br/>4 消防训练严格按照灭火预案组织开展<br/><br/>　　制定科学、合理的灭火预案，严格按照灭火预案组织开展训练是消防队伍在实际灭火作战中高效、少代价灭火的根本保证。<br/><br/>