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消防冷却水雾喷淋在液氨罐区的应用刘建勋

发表时间：2021/7/26 来源：《基层建设》2021年第14期作者：刘建勋

[导读] 液氨属于易燃易爆有毒物质，容易泄露，一旦液氨泄露后无法避免引起爆炸、火灾、中毒等安全隐患事件。为了保证液氨罐区运行的安全性以及减少安全事故的发生率

        广东坤安建设工程有限公司 529000
        摘要：液氨属于易燃易爆有毒物质，容易泄露，一旦液氨泄露后无法避免引起爆炸、火灾、中毒等安全隐患事件。为了保证液氨罐区运行的安全性以及减少安全事故的发生率，需合理设计液氨储罐区域的消防系统。故此，本文现将我国地方的相关指标与法律规章结合起来，对于化工行业液氨罐区的三座100立方米卧式液氨罐实施消防水雾喷淋系统设计，主要阐述设计水雾喷淋系统中所运用的参数、规范条款、选择水雾喷头、设施方法等。
        关键词：消防冷却；水雾喷淋；液氨罐区；应用；

        近年来，我国经常发生液氨泄露造成的爆炸、火灾等事件，迄今为止，由于液氨泄露导致的最大伤害事故为2013年，某公司电气着火所致的大量氨泄露诱发的爆炸性事故，所致的死亡人数为121人，受伤人数为近百人。此类事故出现后各个区域纷纷组织相关人员对对液氨行业实施安全核查。据相关人员的调研与审核显示，有些液氨储罐企业的消防设备方面与现行指标和法规存在着严重的不符现象，说明液氨罐区的规范消防设计尤为关键。
        1.液氨物质的特性
        氨气属于无色有毒气体，密度比远比空气还轻，刺激臭味很强。其处于常温状态下属于一种气态，待加压至0.7MPa的时候或者温度下降到-33℃的时候就会变成液态氨。氨气容易和水融合，在常温状况下，1体积的水可将大约700体积氨溶解。氨气的入侵方式为皮肤接触、吸入等，严重危害到人体健康，氨气浓度较低会刺激到粘膜，氨气浓度较高容易造成组织发生溶解坏死，从而诱发化学性灼伤以及肺炎。
        液氨具有浓烈的刺激气味，无色易燃易爆且有毒，氨气和空气混合物质所产生的爆炸极限为15-28%。火灾的危害性按照石油化工行业的相关防火设计指标，氨气为乙类易燃气体，液氨为乙A类易燃液体。
        2.液氨罐区的水喷淋设计
        2.1概述分析
        氨气行业中正在广泛使用水雾喷淋体系，水喷雾状灭火体系的作用于维护喷射水雾实施灭火防护冷却体系，具体是因雨淋报警阀门、管道、供水设施、水源、水雾喷头、过滤设备等构成。水喷雾灭火原理具体为表层稀释、乳化、窒息、冷却。水雾喷头所喷射出来的雾型水滴粒径比较细小，表层的面积较大，遇火之后会快速气化并对大量热能进行吸收，从而导致燃烧表层的降温速度较快，燃烧体实现了冷却目标。燃烧物表层水雾会产生一层薄薄的水膜，保证燃烧体的温度稳升不降，并停止燃烧。
        此外，喷淋体系吸收运用氨气原理在于氨气容易在水中溶解，在出现氨气泄露故障中，通过水喷淋方法的运用，净化吸收污染区的氨气，让泄露的氨气和水融合成氨水，避免氨气发生泄露而扩散。为促进氨气吸收效果的提升，一般采用以下改善策略：（1）物理方法：将水雾化，通过雾状水来吸收氨气，有利于气液接触范围的有效转变，实现提升气体溶解速度的最终目标；（2）化学方法：将酸性物质加入清水之中，然后通过酸性液体对氨气吸收精华，这是酸性物质和氨气形成的化学反应，让液相中溶质氨气浓度减少，促进传质推助力加大，从而保证氨气吸收效果的全面提升。
        此次设计正在使用水雾喷淋的方法，而且液氨罐区专门设置了毒害气体的检测报警装置，并将检测到的有毒气体信号引至易燃有毒的报警控制设备，再融入火灾的报警系统中。待无害气体的浓度达到极限时，可以及时进行声光报警，并及时找出泄露问题，并对容易出现的氨气泄露、管道破裂故障进行及时处置，万一报警设备将报警信号发出后，喷淋系统会即刻相应，处在工作状态之中。
        2.2用水量设计
        此次液氨罐区在设计水喷淋时，需按照石油化工行业的防火设计相关标准与水喷雾灭火系统的相关设计标准来开展。规范提出：全压力式以及半冷冻式的液氨罐区适合使用固定水喷雾体系与移动消防冷却体系，冷却水的提供强度应＞6L/min·㎡，其他消防设计标准和全压力以及半冷冻液化烃罐区类似。液化烃管区消防设计需通过水的延续时间应该按照6h进行计算。
        还有些研究显示，液氨罐区设备的供给强度需设置为6L/min·㎡，持续提供时间设置为6小时，相应时间设置为120秒。以上要求完全一致，该项目液氨罐区的水喷雾体系供给强度约为6L/min·㎡，连续供给时间根据6小时进行计算。
        全压力以及半冷冻液化烃罐区的固定消防冷却水体系使用水量进行计算需满足以下规范：（1）着火罐区的冷却范围需根据罐体表层的面积实施计算；靠近冷却的面积需根据其一半罐体的表层面积进行计算；（2）距离火罐壁1.5倍的着火罐直径面积邻近罐＞3个时，冷却水的量可以根据3罐用水量实施计算。该项目100立方米的卧式罐尺度应设置为3×13.8m，总体长度约为15.7m，卧罐距离设置为1.6m，所以假设最大的用水量中间罐区中着火，最大的冷却面积属于其祼体表面和邻近罐区一半罐体表面体积的总和。
        2.3管道设计
        每一台液氨罐区水雾喷淋管道的设计方面，都要符合系统的设计压力以及流量条件，工作压力符合GB50160标准中水雾喷头工作压力，待用来灭火的时候，不可＜0.35MPa，待用来对冷却防护中需＞0.2MPa，但针对甲、乙、丙液氨罐区需＞0.15MPa。管道内平均的流速需超过5m/秒，由此来明确供水管道的管径。
        消防给水系统需要将雨淋阀引进管内，在雨淋阀后边设立一个减压阀，阀门后边的压力为0.25-0.3MPa之间，以确保没跟支管的压力P超过0.2MPa。雨淋阀和消控室进行连锁，若是在条件同意的情况下，在15m安全外区域范围装卸一个雨淋报警阀，保证火灾在发生时自动控制系统在无效情况下，员工可以接近，现场以机械式手动打开雨林报警阀。
        2.4喷头设计
        在设计液氨罐区水雾喷淋喷头的过程中，流量需按照GB50219-2015进行计算，水雾喷淋喷头需按照GB50219进行个数计算与喷头布置。
        （1）水雾喷头的流量需根据以下公式计算：

        式中：q－水雾喷头流量（L/min）；
        p－水雾喷头工作压力（MPa）；
        K－水雾喷头流量系数；取值通过喷头制造厂商供应。
        （2）维护对象需要的水雾喷头计算数量应该按照以下公式进行计算：

        式中：N－维护对象需要的水雾喷头计算数量（只）；
        S－维护对象保护面积（㎡）；
        W－维护对象设计供给强度[L/（min·㎡）]。
        （3）水雾喷头平面的布置方法可以是菱形或者矩形。需根据矩形设置中，喷头的设置距离＞1.4倍的水雾喷头锥底的圆半径。
        水雾锥底的圆半径需根据以下公式进行计算：

        式中：R－水雾锥底半径（m）；
        B－水雾喷头喷口和维护对象间距（m）；
        －水雾喷头雾化角（°）
        水雾喷头种类繁多，此次设计中正在使用（ZSWC32-120）中速水雾喷头，高度设置为2.5m的时候发喷射的直径大约是7m左右。取流量系数30，喷射角120°，取工作压力为0.2MPa。液氨罐区的水雾喷头设计可见图1所示。
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