技术 | 国内外固定顶储罐消防冷却水系统设计差异的探讨

重油又称燃料油，主要是以原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，在产油量丰富的地区，如沙特、阿联酋、伊拉克等中东国家，广泛使用重油作为燃料生产水泥。由于重油的比重超过0.91kg/dm3，黏度大，一般采用固定锥形顶储罐作为重油的储存装置。重油属于可燃液体，在日常储存过程中，采用水喷雾灭火系统对重油储罐进行防护冷却。水喷雾灭火系统在火灾时对着火罐和相邻罐喷水冷却，防止罐体温度过高而失效，避免火灾蔓延。本文以伊拉克某6000t/d熟料水泥生产线油罐区的消防设计为例，详细比较国内外固定顶储罐的消防冷却水系统的设计差异。该项目位于伊拉克Al-Najaf Al-Ashraf city地区，厂区熟料生产线油罐区共有2个5000m3的固定锥形顶重油罐，直径24m，高12m，罐内储存闪点为65℃的重油；1座50m3的小型柴油罐。

2.1 美国标准规定

美国消防协会标准NFPA 15-2017《Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection》(以下简称“NFPA 15-2017”)及美国石油学会标准APIRP2030—2014《Application of Fixed Water Spray Sys-tems for Fire Protectionin the Petroleum and Petm-chemical Industries》(以下简称“API RP 2030-2014”)虽然没有对重油罐的消防冷却型式给出明确的规定，但这两个标准都是固定式水喷雾灭火系统的应用，对重油罐的防护冷却要求均有相应的规定。另根据“NFPA 15-2017”第7.4.2.1条规定，立式储罐的外露表面都应进行防护冷却，包括罐顶和罐底，但该标准对相邻罐的防护冷却未做明确要求Ⅲ；根据“API RP 2030-2014”第7.3.14条规定，对着火罐罐壁上部的3.7～7.4m进行防护冷却，对相邻罐罐壁表面积的1/4～1/2进行防护冷却闭。

2.2 中国标准规定

《石油库设计规范》GB 50074-2014(以下简称“油库规”)第12.1.5条第1款及第12.2.7条第1款中规定，容量大于或等于3000m3或罐壁高度大于或等于15m的地上立式储罐，应设固定式消防冷却水系统；着火的地上固定顶储罐以及距该储罐罐壁不大于1.5倍着火罐直径范围内相邻的地上储罐，均应冷却；当相邻的地上储罐超过3座时，可按其中较大的3座相邻储罐计算冷却水量。《水喷雾灭火系统技术规范》GB 50219-2014(以下简称“水喷雾规”)第3.1.9条中对着火罐和相邻罐的规定与“油库规”相同。

综上，该项目采用水喷雾灭火系统对重油罐进行防护冷却。

3.1 设计参数对比

根据“NFPA 15-2017”、“API RP2030P-2014”、“油库规”及“水喷雾规”中的相关规定进行固定顶储罐消防冷却水系统设计参数的选取并对比，具体结果见表1。

表1 消防冷却水系统设计参数对比

通过对比可知，“NFPA 15-2017”、“API 2030-2014”两个美国消防标准的消防冷却水的供给强度均大于“油库规”、“水喷雾规”两个中国标准，但供给时间均小于“油库规”、“水喷雾规”，导致最后计算出的消防冷却水量存在差异，且根据“NFPA 152017”计算出的消防冷却水量与其他三个标准差异较大。“NFPA 152017”中的消防冷却水供给强度10.2L/(min·m2)偏大，而“API 2030-2014”作为国际通行的石油及石化工业的固定水喷雾灭火系统的消防标准，其供水强度4.1L/(min·m2)对于油罐区的防火冷却更具参考性，且由于喷水强度适中，对节约项目投资效果明显；另外在水泥行业，天津院已实施的沙特某5000t/d水泥生产线总承包项目油罐区消防冷却水供给强度采用“API 2030-2014”标准中的4.1L/(min·m2)，满足油罐区的防火冷却要求。因此在业主及项目所在国未提出明确要求时，水泥厂油罐区的固定消防冷却水系统设计应优先执行“API  2030-2014”，消防冷却水供水强度取值按4.1L/(min·m2)。消防冷却水的连续供给时间根据“NF-PA 15-2017”执行，按4h进行取值。

着火罐的消防冷却水供给范围的确定，“APIRP 2030-2014”标准中仅对着火罐罐顶及未与罐内液体接触的罐壁部分进行防护冷却，但由于重油的比重大、黏度大，储存重油所用的固定顶锥形储罐的容积仅仅略大于重油的实际储量，重油罐罐壁未与重油接触的部分较少，因此着火罐的消防冷却水供水范围按照整个着火罐罐壁考虑消防冷却水用量。结合“NFPA 15-2017”、“API 2030-2014”与“油库规”、“水喷雾规”设计参数的对比表，相邻罐的消防冷却水供水范围按罐壁表面积的1/2考虑消防冷却水用量。

3.2 水雾喷头设计对比

3.2.1 水雾喷头的选择

“NFPA 15-2017”第8.1.2条中规定，水雾喷头的工作压力不应小于0.14MPa；“API 2030-2014”第8.5条中规定，水雾喷头的工作压力不应小于0.21MPa。“油库规”第12.2.10条第2款中规定，水幕式喷头的出水压力不应小于0.10MPa；“水喷雾规”第3.1.3条中规定，用于防护冷却的水雾喷头的工作压力不应小于0.2MPa，但对于甲、乙、丙类液体储罐不应小于0.15MPa。

水雾喷头须在一定的工作压力下才能使出水形成喷雾状态。水雾喷头的工作压力越高，其出水的雾化效果越好。在进行国外水泥厂油罐区设计时，选取水雾喷头的工作压力应执行“API 2030-2014”中的不应小于0.21MPa。

3.2.2水雾喷头的布置要求

“NFPA 15-2017”第7.4.2.2条中规定，用于保护着火罐罐壁的位于不同标高冷却水环管上的水雾喷头之间的沿储罐表面的距离不应超过3.7m；“API 2030-2014”第7.3.14条中规定，对罐壁上部的3.7～7.4m进行防护冷却，且罐壁上的喷雾水膜重力自流范围不应超过3.7m。“水喷雾规”第3.2.6条及第3.2.12条第1款中规定，水雾喷头与保护储罐外壁之间的距离不应大于0.7m，固定顶储罐的冷却水环管宜沿罐壁顶部单环布置。

对于固定顶储罐，发生火灾时一般为全液面火灾，液面以上的干壁升温很快，若得不到及时有效的冷却，容易失效，造成更大火灾。结合本文第3.1条中对着火罐的消防冷却水供给范围的确定，在进行国外水泥厂油罐区消防冷却水系统水雾喷头的布置时，根据“API 2030-2014”中的要求自罐壁顶部向下布置两个冷却水环管，环管竖向间距3.7m，并按照整个着火罐罐壁的消防冷却水用量进行水雾喷头数量的计算，这样喷洒到顶层干壁的冷却水量大，有利于保证干壁得到较多冷却。

通过上述对比，进一步明确了国外水泥厂油罐区消防冷却水系统设计参数的选择。中材国际早些年实施的规模为2×6000t/d的国外某熟料水泥生产线的油罐区，采用《石油库设计规范》GB 50074-2002作为设计依据。该油罐区共有4个5000m3的固定顶原油罐，直径24m，高12m，罐内储存20号重油，采用水喷雾灭火系统对原油罐进行防护冷却，具体参数：着火罐的供给强度为2.5L/(min·m2)，相邻罐的供给强度为2.0L/(min·m2)，连续供给时间均为6h。由于4个原油罐分2排布置，相邻罐个数取2个，每个相邻罐的冷却水供水范围按罐壁表面积的全部考虑消防冷却水用量。由此可见，项目实施时设计参数的选取应根据具体工程条件及设计要求而定。

通过对“NFPA 15-2017”、“API 2030-2014”、“油库规”及“水喷雾规”四个标准的比较可知，消防冷却水的供给强度、持续供给时间、供水范围及水雾喷头的选择、布置等设计参数要求差异较大，因此设计参数需要根据项目的类型、规范的适用条件，并适当结合设计经验及施工要求等进行选择。

作者：秦江江

来源：《中材海外工程有限公司》

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