沈宏偉

(山西省化工設(shè)計(jì)院， 山西 太原 030024)

水幕系統(tǒng)在液氨罐區(qū)的應(yīng)用

沈宏偉

(山西省化工設(shè)計(jì)院， 山西 太原 030024)

液氨罐區(qū)為使用液氨工廠內(nèi)的重大危險(xiǎn)源，容易發(fā)生泄露、爆炸等事故，因氨氣具有很強(qiáng)的毒性和腐蝕性，發(fā)生事故后會(huì)對(duì)人員造成很大傷害。所以為了確保液氨儲(chǔ)罐安全運(yùn)行和事故時(shí)減少傷害，需要對(duì)液氨罐區(qū)的消防設(shè)計(jì)加以改進(jìn)，在規(guī)范原有規(guī)定的基礎(chǔ)上再增加水幕設(shè)計(jì)，使液氨罐區(qū)更加安全、可靠的運(yùn)行。

液氨儲(chǔ)罐區(qū)；水幕系統(tǒng)；消防設(shè)計(jì)；泄露；自噴系統(tǒng)

液氨是一種易燃、易爆、有毒的化學(xué)危險(xiǎn)品，易溶于水。液氨揮發(fā)出的氨氣與空氣形成的混合物的爆炸極限是15.7～27.4%，其火災(zāi)危險(xiǎn)性類別屬于乙類第2項(xiàng)。根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》(GB18218-2009)的規(guī)定氨的臨界重量為10噸。電廠、化工廠等的液氨罐區(qū)儲(chǔ)存容量一般都遠(yuǎn)超臨界重量，所以使用液氨的工廠內(nèi)液氨儲(chǔ)罐區(qū)屬于重大危險(xiǎn)源。

1 水幕系統(tǒng)簡(jiǎn)介

水幕系統(tǒng)是由雨淋閥、水幕噴頭或開(kāi)式灑水噴頭、水流報(bào)警裝置、信號(hào)閥、除污器、管網(wǎng)、消防水泵及水池等組成的一種開(kāi)式消防給水系統(tǒng)。水幕消防給水系統(tǒng)是通過(guò)消防水泵從水池吸水加壓后送至管網(wǎng)，從特制的噴頭處以一定的壓力將水噴出灑成幕簾狀，用于擋煙阻火和冷卻分隔物的自動(dòng)噴水系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以提高分隔物的耐火性能或阻止煙氣和火焰從開(kāi)口部位穿過(guò)。消防水幕按照其作用，大致可以分為2個(gè)類型: 第一類是防火分割型水幕，它通過(guò)噴頭的密集噴灑形成水墻或水簾，阻止煙氣或火焰通過(guò)防止火焰蔓延擴(kuò)大，或降低通過(guò)水幕的火焰和煙氣溫度。第二類是防護(hù)冷卻型水幕，也就是起冷卻保護(hù)作用的。它是用以冷卻防火卷簾、儲(chǔ)罐外壁等分隔物的水幕。所以水幕消防系統(tǒng)在防火、滅火中主要承擔(dān)阻火、隔火和冷卻作用。近年來(lái)，水幕消防系統(tǒng)在液氨泄漏事故處理和救援中所顯現(xiàn)的對(duì)氨氣吸收、稀釋的效果，引起了相關(guān)部門的關(guān)注，實(shí)踐證明消防水幕既有滅火、阻火的作用，又有吸收稀釋氨氣，防止氨氣擴(kuò)散的作用。

該系統(tǒng)為穩(wěn)壓系統(tǒng)，即正常情況下通過(guò)穩(wěn)壓設(shè)備來(lái)維持系統(tǒng)的壓力，事故時(shí)通過(guò)壓力自動(dòng)連鎖開(kāi)啟水幕水泵，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)供水。水幕系統(tǒng)的主要部件為雨淋閥，此閥正常情況時(shí)常閉，閥前為壓力水，閥后為開(kāi)式系統(tǒng)。設(shè)計(jì)通過(guò)雨淋閥來(lái)控制系統(tǒng)的開(kāi)、停。雨淋閥的控制方式靈活，有多種不同的控制方式，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)操作。雨淋閥大致有三種啟動(dòng)方式：1)通過(guò)罐區(qū)設(shè)置的氨氣濃度檢測(cè)儀來(lái)自動(dòng)控制，即設(shè)定一個(gè)值當(dāng)氨氣濃度檢測(cè)儀檢測(cè)到氨氣濃度超過(guò)了這個(gè)值就自動(dòng)開(kāi)啟雨淋閥。2)控制室手動(dòng)遠(yuǎn)程啟動(dòng)，即在控制室設(shè)置專用線路連接的手動(dòng)直接啟動(dòng)按鈕。3)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開(kāi)啟，即在現(xiàn)場(chǎng)直接開(kāi)啟雨淋閥。

2 水幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察，液氨儲(chǔ)罐區(qū)一般都設(shè)有遮陽(yáng)棚。液氨泄漏出來(lái)以后會(huì)瞬間氣化，迅速擴(kuò)散至整個(gè)罐區(qū)。如果不在罐區(qū)周圍設(shè)置水幕，氨氣會(huì)很快擴(kuò)散至遮陽(yáng)棚外。所以設(shè)計(jì)思路為在罐區(qū)四周，遮陽(yáng)棚下設(shè)置開(kāi)式灑水噴頭，這樣遮陽(yáng)棚和四周的水幕就可以組成一個(gè)封閉的空間把泄露出來(lái)的氨氣封存在這個(gè)空間內(nèi)，阻止它外泄，最大限度減少損失，為事故處理贏得時(shí)間[1-2]。

參考《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50084-2001)[3]規(guī)定，用于防火分隔水幕系統(tǒng)的噴水強(qiáng)度為2L/s.m，下面以山東魏橋鋁電公司熱電廠技改二廠氨區(qū)水幕裝置工程為例進(jìn)行水幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

該公司廠址位于山東省鄒平縣，液氨儲(chǔ)罐區(qū)有兩臺(tái)單罐容積為150m3的臥式儲(chǔ)罐，占地為長(zhǎng)20m，寬15m，遮陽(yáng)棚高度為9米，該罐區(qū)已有罐體噴淋設(shè)施和消防水炮，但泄露試驗(yàn)效果不太理想，一定距離外氨氣濃度還很高，不能達(dá)到《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GBZ1-2010)規(guī)定的小于30 mg/m3的安全值，所以決定在原有消防設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上再增加水幕系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定的噴水強(qiáng)度計(jì)算該儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置水幕系統(tǒng)需水量為：q=140L/s，在滿足噴水量的前提下，在遮陽(yáng)棚下儲(chǔ)罐四周布置兩圈消防管道，以滿足規(guī)范中對(duì)水幕墻的寬度不小于6米的規(guī)定[4]。系統(tǒng)平面布置如圖1所示。

消防持續(xù)時(shí)間參考《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50084-2001)規(guī)定按1小時(shí)考慮，所以水幕系統(tǒng)總需水量為：Q=504 m3，配套建一座蓄水池和一座水泵房，事故排水排入現(xiàn)場(chǎng)已有的事故池，處理后回用?，F(xiàn)場(chǎng)施工完畢后系統(tǒng)噴水試驗(yàn)效果見(jiàn)圖2。

圖1 水幕系統(tǒng)平面布置圖

圖2 水幕系統(tǒng)噴水試驗(yàn)圖

3 效果檢測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)的方法驗(yàn)證水幕系統(tǒng)的效果，在罐區(qū)設(shè)置一小容量氨氣氣瓶，假設(shè)該氣瓶出口管道上法蘭處墊片出現(xiàn)損壞，發(fā)生了氨氣泄露事故。事故發(fā)生時(shí)罐區(qū)的氨氣濃度檢測(cè)儀檢測(cè)到氨氣濃度超過(guò)規(guī)定值，然后開(kāi)啟原有的噴淋系統(tǒng)，開(kāi)啟后氨氣濃度還在繼續(xù)升高，當(dāng)濃度升高到一定值后開(kāi)啟罐區(qū)原有消防炮，可以看出剛開(kāi)啟時(shí)氨氣濃度出現(xiàn)下降，當(dāng)下降到一定值后又開(kāi)始上升，不過(guò)上升的速率沒(méi)有開(kāi)啟水炮前大。然后從550s時(shí)開(kāi)始開(kāi)啟水幕，可以看到氨氣濃度開(kāi)始明顯下降，到750s時(shí)，氨氣濃度處于25mg/m3左右并趨于平穩(wěn)，該濃度符合《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GBZ1-2010)規(guī)定的小于30 mg/m3的安全值，由此可見(jiàn)水幕的阻隔效果是十分顯著的。檢測(cè)數(shù)據(jù)圖見(jiàn)圖3。

圖3 試驗(yàn)條件下氨氣濃度隨時(shí)間變化圖

4 結(jié)論

通過(guò)以上驗(yàn)證，水幕系統(tǒng)對(duì)有害氣體的阻隔效果是很明顯的，尤其是對(duì)易溶于水的氣體阻隔效果更為明顯。因?yàn)橐兹軞怏w在穿越水幕墻時(shí)，很大一部分會(huì)被溶解稀釋，從而降低氣體的濃度。所以在液氨儲(chǔ)罐區(qū)周圍設(shè)置水幕墻能有效地阻擋有毒有害氣體的蔓延，為人員疏散和事故處理爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。規(guī)范合理的設(shè)計(jì)使用消防水幕，可進(jìn)一步提高事故現(xiàn)場(chǎng)的可控度，把現(xiàn)場(chǎng)處置的功效發(fā)揮到最大，盡可能地減少泄露事故造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。國(guó)內(nèi)外的科學(xué)家都做過(guò)消防水幕對(duì)氨氣的阻隔效果的研究，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)告和研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水幕對(duì)氨的阻隔效果可達(dá)到92%。

綜上所述液氨罐區(qū)增加水幕設(shè)計(jì)是安全可行的，也是合理的。其效果是可靠的、有保證的。

[1] 張 晶.火電廠煙氣脫銷工程液氨儲(chǔ)罐區(qū)消防設(shè)計(jì)[J].華電技術(shù)，2012 , 34 (10) :12-13.

[2] 高 揚(yáng)，廖 鑫.消防水幕對(duì)有害氣體阻隔效果的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)， 2011 , 21 (5) :77-82.

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50084-2001，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.

[4] 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司.GB50160-2008，石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

(本文文獻(xiàn)格式：沈宏偉.水幕系統(tǒng)在液氨罐區(qū)的應(yīng)用[J].山東化工，2017，46(20)：107-108，110.)

TheApplicationofWaterCurtainSysteminLiquidAmmoniaTankArea

ShenHongwei

(Shanxi Provincial Chemical Desing Institute，Taiyuan 030024,China)

The liquid ammonia tank area is a major hazard in the plant that Useing ammonia,It is easy to occur leak, explosion and other accidents. Because ammonia have highly toxic and corrosive, it can cause great harm to personnel after the accident. So in order to ensure liquid ammonia tank safe operation and Reduce damage in accidents, Need to improve fire protection design in liquid ammonia tank area, On the original regulation basis add the water curtain design, Make the liquid ammonia tank more safe and reliable to run.

the liquid ammonia tank area；water curtain system; fire protection design; let out; automatic sprinkler system

2017-08-22

沈宏偉(1980—),本科，工程師，2005年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)，給排水專業(yè)。

X773

A

1008-021X(2017)20-0107-02