大型石油化工储罐区消防安全系统设计(1)VIP

第 3 5 卷 第 9 期 2 0 1 2年 9月 合 肥 工 业 大 学 学 报 (自然科学版) J OURNAL OF HE FEI UNI VERS I TY OF TE CHNOL OGY Vo i 3 5 No 9 Se pt 2 01 2 Do i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 5 0 6 0 2 0 1 2 0 9 0 2 5 大型石油化工储罐区消防安全系统设计 纵 恒 ， 王 文伟。 ， 陈阳娟 ( 1 安徽省公 安消防总队， 安徽 合肥2 3 0 6 0 1 ；2 合 肥科大立安安全技术股份有限公 司， 安徽 合肥2 3 0 0 8 8 ) 摘要： 文章针对大型石油化工储罐区消防系统中存在的问题， 在国家消防技术标准规范的基础上引入新型 光纤测温 、 视频图像火灾探测等先进技术， 以及大型储罐区消防 P I C及联动控制系统， 提出了一种适用于大 型石油化工储罐区的消防安全系统解决方案。该方案集成光纤感温火灾探测技术、 图像型火灾探测技术， 并 联用水喷雾冷却系统及泡沫灭火系统等， 对石油化工储罐区进行分区保护， 为石油化工储罐区提供一种高效、 可行 的消防系统。 关键词： 石油化工储罐区； 光纤感温火灾探测系统； 图像型火焰探测系统； 水喷雾冷却系统； 泡沫灭火系统 中图分类号 ： TE 6 8 7 2 文献标识码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 3 5 0 6 0 ( 2 0 1 2 ) 0 9 1 2 5 9 - 0 5 Fi r e s a f e t y s y s t e m d e s i g n f o r l a r g e p e t r o l e u m s t o r a g e t a n k a r e a Z ONG He n g 。 WANG W e n - we i ， C HE N Ya n g - j u a n 。 ( 1 An hu i Pr o v i n c i a l Pu b l i c S e c u r i t y Fi r e De p a r t me nt ，He f e i 2 3 0 6 0 1，China ；2 He f e i KDLI AN Sa f e t y Te c h n o l o g y Co ，Lt d ，He f e i 2 3 0 0 8 8 ，China ) Ab s t r a c t ： Th e s p e c i f i c i s s u e s t h a t e x i s t i n f i r e s a f e t y s y s t e m o f l a r g e p e t r o l e u m s t o r a g e t a n k a r e a a r e o u t l i n e d i n t h i s p a p e r Ba s e d o n t h e n a t i o n a l f i r e t e c h n i c a l s t a n d a r d a n d c o d e ，s o me a d v a n c e d t e c h n o l o g i e s s u c h a s n e w f i b e r - o p t i c t e mp e r a t u r e me a s u r e me n t ，v i d e o i ma g e f i r e d e t e c t i o n，a r e i n t r o d u c e d，S O a r e t h e f i r e PL C a n d c o n t r o l l i n k s y s t e ms o f l a r g e o i l s t o r a g e t a n k a r e a A f i r e s a f e t y s y s t e m s o l u t i o n a p p l i c a b l e t o 1 a r g e p e t r o l e u m s t o r a g e t a n k a r e a i s t h e n p r o p o s e d Th e s y s t e m i n t e g r a t e s o p t i c a l f i b e r t e mp e r a t u r e f i r e d e t e c t i o n t e c h n o l o g y a n d v i d e o i ma g e f i r e d e t e c t i o n t e c h n o l o g y，a n d c o mb i n e s wa t e r s p r a y c o o l i n g s y s t e m a n d f o a m f i r e e x t i n g u i s h i n g s y s t e m ，p r o v i d i n g a h i g h l y e f f i c i e n t a n d f e a s i b l e s u b a r e a f i r e p r o t e c t i o n me t h o d f o r l a r g e p e t r o l e u m s t o r a g e t a n k a r e a Ke y wo r d s ： p e t r o l e u m s t o r a g e t a n k a r e a ；o p t i c a l f i b e r t e mp e r a t u r e f i r e d e t e c t i o n s y s t e m；v i d e o i ma g e d e t e c t i o n s y s t e m ；wa t e r s p r a y c o o l i n g s y s t e m ；f o a m f i r e e x t i n g u i s h i n g s y s t e m 储罐区在石油化工生产过程 中担负着 中转 、 运的重要任务 ， 它是油品储存基地和供应 中转 。按结构分类 ， 石油化工储罐可分为固定顶储 、浮顶储罐及球形储罐等。按体积分类 ， 1 0 0 m3 以上为大型储罐 ， 多为立式储罐 ； 1 0 0 m。 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_ 1 。 近 1 0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， 结合近年来韵 消防技术新 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 7 2 O 作者简 介： 纵恒 ( 1 9 7 4 一) ， 男， 安徽淮j E 人 ， 安徽省公安消防总队工程 师 储 站 罐 1 2 6 0 合肥工业大学学报 ( 自然科学版) 第 3 5卷 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 ， 操作时间长， 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 P I C及联动控制系统 结构分为设备层、 控制层和管理层 卜 。 ( 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 P I C系统包括主、 备 P I C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。 管理层 控制层 设备层 豸 誊 河I I上位机 消 防 火 灾 I I 1 光 纤 威 = 【 报警 塑 痼 总火 旖 淼 测湎 惫 _二 二 二 二 P LC 系统 控制 l I 远 程 主 机 三 控制 二 ，设备联动 终端 DC2 4 、 喷 、 沫 、 图 1 石化储罐区火灾监测与灭火联动控制系统结构 图 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 P I C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 P L C消 防联动控制系统 ， 警笛发出声音报警 ， 如处于“ 故 障” 状态 ， 故障信号会送至 P L C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 P L C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 P L C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 P L C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 2 0 MA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 ( P L C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 第 9期 纵恒， 等 ： 大型石油化工储罐 区消防安全 系统设计 1 2 6 1 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 ： 安全性好 ， 在罐 区无 电检测 ， 本质安全 ； 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 ； 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 ； 可不动火不用 电， 带油安装 ， 不影响正常生产 ； 尺寸小， 质量 轻 ， 有利于微型化 。 、 5 ， 6 1 油罐 浮顶2 光纤光栅感温探测器3 光纤保护盒 4 罐内扶梯5 光缆保护管( 镀锌管) 6 浮顶油罐 7 传输光缆8 光纤光栅信号处理器9 通讯电缆 1 O 火灾报警控制器n 计算机系统 图 2 光纤感温火灾探测系统在 浮顶储罐 中的应用 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 l 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 3 IT I 。 表 1 光纤光栅感温火灾探测系统在储罐 区的布设方式 储罐类 型 光纤光栅传感器敷设 内、 外 浮 安装在 浮盘周 围、 挡雨板的内侧或二次密封装 置 顶罐 的螺栓 上 拱 顶 罐 慧 罐 顶 与 罐 壁 的 交 界 处 附 球罐 布设罐顶、 罐中、 罐底 。 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 。 图 4图像型火灾探 测器在石化储罐区的应用 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。 1 2 6 2 合肥工业大学学报( 自然科 学版) 第 3 5卷 图 4 水喷雾冷却系统和泡沫灭火系统 自动控制 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 。 鍪 图 5 水喷雾系统 ( 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 6 L ( mi n m ) ， 持续喷 雾时间为 4 h 。 ( 2 )对于甲、 乙、 丙类液体储罐 ， 直径 2 O m 以 下 ， 设计喷雾强度为 6 L ( mi n r n 2 ) ， 持续喷雾时 间为 4 h ； 直径 2 O m 及 以上 ， 设计 喷雾 强度 为 6 L ( mi n m ) ， 持续喷雾时间为 6 h 。 ( 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 9 L ( mi n m2 ) ， 持续 喷雾时间为 6 h 。 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_ 7 。 3 2 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 第 9期 纵恒， 等 ： 大型石油化工储罐 区消防安全 系统设计 1 2 6 3 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。 表 2 固定顶油罐泡沫灭火 系统混合液供 给强度 表 3 浮顶油罐泡沫灭火 系统混合液供给强度 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 。 参考文 献 E l i 刘建兴 大型可燃液体罐区消防及 自动控制设计 J 工业 用水与废水 ， 2 0 0 6 ， 3 8 ( 6 ) ：9 9 1 0 0 2 于涛 大型原油库的消防设计E J 石油化工安全环保技 术 ， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 6 ) ： 6 9 3 7 徐筱静 1 0 0 0 0 m0 液化石油气球罐区消防设计 J 化工给 排水设计 ， 1 9 9 7 ( 3 ) ： 7 9 4 池沙农 炼油厂液化烃储罐消防系统的设置E J 长江大学 学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 8 ， 5 ( 4 ) ： 1 6 5 1 6 6 E 5 孙业飞 ， 朱艳 球罐 固定水喷雾系统的设计与计算 J 消 防技术与产 品信息 ， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ：1 4 1 6 6 隋平 储罐区消防冷却喷淋装置设计问题的探讨 J 化 学工程师 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 3 1 -3 2 7 韩炜萍， 崔敏， 王卫党 低倍数泡沫灭火系统在石油库消 防设计 中的技术探讨 I J 甘肃科技 ， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 1 0 ) ： 5 6 5 8 8 崔学龙 ， 郑承勇， 段新禄 ， 等 水喷雾灭火及低 倍数泡沫灭火 系统在油罐 消防的应用 J 化工设计， 2 0 0 6 ， 1 6 ( 1 ) ： 4 2 4 5 ( 责任编辑吕杰) ( 上接第 1 2 0 3 页 ) 7 孙状， 宋正河， 毛恩荣， 等 高清视频车辆检测及跟踪系统 的设计 与 实现 J 中 国农 业 大 学学 报 ， 2 0 0 9， 1 4( 6 )： 9 7 1 0 2 8 郁梅， 王圣男， 蒋刚毅 复杂交通场景中的车辆检测与跟 踪新方法 J 光电工程 ， 2 0 0 5 ， 3 2 ( 2 ) ： 6 7 7 O 9 Z h o u J ， Ga o D， Z h a n g n Mo v i n g v e h i c l e d e t e c t i o n f o r a u t o m a t i c t r a f f i c m o n i t o r i n g J I E E E T r a n s a c t i o n s o n V e h i c u l a r Te c h n o l o g y， 2 0 0 7， 5 6 ( 1 )： 5 1 5 9 1 O Ka s t r i n a k i V， Z e r v a k i s M， Ka l a i t z a k i s K A s u r v e y o f v i d e o p r o c e s s i n g t e c h n i q u e s f o r t r a ff i c a p p l i c a t i o n s J I ma g e a n d Vi s i o n Co mp u t i n g， 2 0 0 3， 2 1： 3 5 9 3 8 1 1 1 高磊 ， 李超 ， 朱成军 ， 等 基于边缘对 称性 的视 频车辆 检测算法 J 北京航 空航 天大学学报， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 9 ) ： n 1 3 一 l 1 1 6 1 2 Hu a n g K， Wa n g a L， T a n a T， e t a 1 A r e a l t i me o b j e c t d e t e c t i n g a nd t r a c k i n g s y s t e m f o r o u t do o r n i g ht s u r v e i l l a nc e J P a t t e r n Re c o g n i t i o n ， 2 0 0 8 ， 4 1 ： 4 3 2 4 4 4 1 3 S t a u f f e r C， Gr i ms o n W E L Ad a p t i v e b a c k g r o u n d mi x t u r e 1 4 1 5 1 6 I l 7 m o d e l s f o r r e a l t i m e t r a c k i n g C P r o c e e d i n g s I E E E C o n f o n C o m p u t e r Vi s i o n a n d Pa t t e r n Re c o g n i t i o n， 1 9 9 9： 2 4 6 2 5 2 Cu c c h i a r a R， Gr a n a C， Pi c c a r