噴霧系統(tǒng)知識
地鐵空調(diào)系統(tǒng)冷卻技術(shù)探討
更新時間 2025-05-09
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我國引進(jìn)的大型石油化工裝置的液化烴儲罐均設(shè)置了水噴霧滅火系統(tǒng)，設(shè)計規(guī)范多采用美國《NFPA-15》標(biāo)準(zhǔn)和日本《液化石油氣設(shè)計防火設(shè)備規(guī)程》。遵循引進(jìn)吸收國產(chǎn)化的原則，執(zhí)行《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》(GB50160-92)[1](1999年版)，在揚子石化公司煉油廠催化裂化裝置的液化烴儲罐消防設(shè)計中選用了水噴霧滅火系統(tǒng)，并獲得上級消防部門的批準(zhǔn)確認(rèn)。
1 水消防系統(tǒng)選擇
1.1 噴淋冷卻和消防噴淋分別設(shè)置系統(tǒng)
催化裂化裝置液化烴罐區(qū)共有2個1 000m3 容積的液化涇球罐。球罐直徑12.3m，外壁無保溫設(shè)施。
液化烴類閃點小于28℃，火災(zāi)危險性屬于甲A類。其儲罐多為球罐，罐內(nèi)壓力較高，一旦發(fā)生火災(zāi)則很難撲救，甚至發(fā)生爆炸，引發(fā)火災(zāi)蔓延，造成連鎖性事故。根據(jù)有關(guān)資料介紹，地上式鋼制儲罐發(fā)生火災(zāi)，5 min內(nèi)可使罐壁溫度升至500 ℃，使鋼板強(qiáng)度降低一半。儲罐發(fā)生火災(zāi)，為控制火勢，降低火焰輻射強(qiáng)度，必須對儲罐及時進(jìn)行水噴淋冷卻，使罐壁溫升不超過100℃。附著罐壁 的水膜，沒有充分受熱完全氣化，則罐壁不會形成過熱，罐的耐壓強(qiáng)度可以得到保證。
根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》(GB50160—92)(1999年版)第7.9.2條規(guī)定，結(jié)合液化烴儲罐冷卻水設(shè)置方式，在罐區(qū)消防冷卻水采用水噴霧固定冷卻方式。
液化烴儲罐要求儲存溫度小于40℃，夏季防日曬噴淋冷卻的用水量供給強(qiáng)度為3L／(min·m2)。設(shè)計只需考慮使冷卻水沿著罐壁均勻地流下，淋濕罐壁，控制罐壁溫升即可。
設(shè)計考慮將夏季防日曬噴淋冷卻和水噴霧滅火分為2個系統(tǒng)。夏季防日曬噴淋冷卻系統(tǒng)在夏季高溫時運行，而水噴霧滅火系統(tǒng)只有當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時才投入運行。
1.2 水噴霧滅火系統(tǒng)的選擇
液化烴罐區(qū)設(shè)計采用水噴霧型式，是因為水噴霧能夠較好地抑制火勢。當(dāng)液化烴儲罐發(fā)生火災(zāi)時，消防噴淋水霧化后，霧狀水滴的表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于等量的噴淋水珠的表面積，因霧狀水滴能迅速蒸發(fā)為水蒸氣，其間吸收大量的氣化熱，降溫效果顯著。霧狀水滴蒸發(fā)為水蒸氣時，體積急劇膨脹，可隔絕球罐與周圍空氣的接觸，從而大大降低燃燒區(qū)域中氧氣的含量。因此，水噴霧滅火系統(tǒng)較水噴淋系統(tǒng)更加安全可靠。
2 水霧噴頭的選型
目前，國內(nèi)生產(chǎn)的水霧噴頭類型較多，從使用性能上可以分為中速水霧噴頭、高速水霧噴頭。
中速水霧噴頭主要用于保護(hù)閃點在66℃以下的易燃液體、氣體和固體危險區(qū)域。特點：①限止燃燒速度，減小火災(zāi)破壞；②促使水蒸氣散發(fā)和稀釋可燃蒸氣，降低爆炸危險。中速水霧噴頭工作壓力0.14-0.5MPa，水霧粒徑不大于0.3mm。
高速水霧噴頭主要用于保護(hù)閃點在66℃以上的易燃液體危險區(qū)。其特點為：①利用乳化、冷卻和窒息的滅火原理，迅速撲滅燃油火災(zāi)；②水霧粒徑大，沖擊力強(qiáng)，火災(zāi)撲滅后，復(fù)燃的可能性小。高速水霧噴頭工作壓力0.25-0.5MPa，水霧粒徑0.4-0.8mm。
由于在液化烴儲罐的滅火過程中，水噴霧滅火系統(tǒng)的主要作用是冷卻、降溫、窒息，控制火災(zāi)蔓延和抑制火災(zāi)發(fā)展，且液化烴屬于閃點小于66℃的易燃液體，因此，選用中速水霧噴頭。
3 水霧噴頭的計算及布置
3.1 水霧噴頭出水量及保護(hù)半徑
水霧噴頭出水量計算公式如下：
Q=kp1/2 (1)
式中：Q——水霧噴頭出水量，L/min；
K——特性系數(shù)；
P——工作壓力，kg/cm2
選用ZSTWA-120-50型中速水霧噴頭，其工作壓力0.35MPa，特性系數(shù)27.3，噴頭射角120‘，單個噴頭出水量50L／min。
水霧噴頭至罐壁距離，應(yīng)根據(jù)噴頭的技術(shù)參數(shù)，考慮風(fēng)速的影響，以及配管系統(tǒng)的狀況，通常不宜大于1m。設(shè)計采用0.7m垂直凈距，則單個噴頭保護(hù)半徑r=1.2m，保護(hù)面積4.52m2，噴水強(qiáng)度11L／(min·m2)。以上參數(shù)完全滿足《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50219-95)[2]的要求。
1 水消防系統(tǒng)選擇
1.1 噴淋冷卻和消防噴淋分別設(shè)置系統(tǒng)
催化裂化裝置液化烴罐區(qū)共有2個1 000m3 容積的液化涇球罐。球罐直徑12.3m，外壁無保溫設(shè)施。
液化烴類閃點小于28℃，火災(zāi)危險性屬于甲A類。其儲罐多為球罐，罐內(nèi)壓力較高，一旦發(fā)生火災(zāi)則很難撲救，甚至發(fā)生爆炸，引發(fā)火災(zāi)蔓延，造成連鎖性事故。根據(jù)有關(guān)資料介紹，地上式鋼制儲罐發(fā)生火災(zāi)，5 min內(nèi)可使罐壁溫度升至500 ℃，使鋼板強(qiáng)度降低一半。儲罐發(fā)生火災(zāi)，為控制火勢，降低火焰輻射強(qiáng)度，必須對儲罐及時進(jìn)行水噴淋冷卻，使罐壁溫升不超過100℃。附著罐壁 的水膜，沒有充分受熱完全氣化，則罐壁不會形成過熱，罐的耐壓強(qiáng)度可以得到保證。
根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》(GB50160—92)(1999年版)第7.9.2條規(guī)定，結(jié)合液化烴儲罐冷卻水設(shè)置方式，在罐區(qū)消防冷卻水采用水噴霧固定冷卻方式。
液化烴儲罐要求儲存溫度小于40℃，夏季防日曬噴淋冷卻的用水量供給強(qiáng)度為3L／(min·m2)。設(shè)計只需考慮使冷卻水沿著罐壁均勻地流下，淋濕罐壁，控制罐壁溫升即可。
設(shè)計考慮將夏季防日曬噴淋冷卻和水噴霧滅火分為2個系統(tǒng)。夏季防日曬噴淋冷卻系統(tǒng)在夏季高溫時運行，而水噴霧滅火系統(tǒng)只有當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時才投入運行。
1.2 水噴霧滅火系統(tǒng)的選擇
液化烴罐區(qū)設(shè)計采用水噴霧型式，是因為水噴霧能夠較好地抑制火勢。當(dāng)液化烴儲罐發(fā)生火災(zāi)時，消防噴淋水霧化后，霧狀水滴的表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于等量的噴淋水珠的表面積，因霧狀水滴能迅速蒸發(fā)為水蒸氣，其間吸收大量的氣化熱，降溫效果顯著。霧狀水滴蒸發(fā)為水蒸氣時，體積急劇膨脹，可隔絕球罐與周圍空氣的接觸，從而大大降低燃燒區(qū)域中氧氣的含量。因此，水噴霧滅火系統(tǒng)較水噴淋系統(tǒng)更加安全可靠。
2 水霧噴頭的選型
目前，國內(nèi)生產(chǎn)的水霧噴頭類型較多，從使用性能上可以分為中速水霧噴頭、高速水霧噴頭。
中速水霧噴頭主要用于保護(hù)閃點在66℃以下的易燃液體、氣體和固體危險區(qū)域。特點：①限止燃燒速度，減小火災(zāi)破壞；②促使水蒸氣散發(fā)和稀釋可燃蒸氣，降低爆炸危險。中速水霧噴頭工作壓力0.14-0.5MPa，水霧粒徑不大于0.3mm。
高速水霧噴頭主要用于保護(hù)閃點在66℃以上的易燃液體危險區(qū)。其特點為：①利用乳化、冷卻和窒息的滅火原理，迅速撲滅燃油火災(zāi)；②水霧粒徑大，沖擊力強(qiáng)，火災(zāi)撲滅后，復(fù)燃的可能性小。高速水霧噴頭工作壓力0.25-0.5MPa，水霧粒徑0.4-0.8mm。
由于在液化烴儲罐的滅火過程中，水噴霧滅火系統(tǒng)的主要作用是冷卻、降溫、窒息，控制火災(zāi)蔓延和抑制火災(zāi)發(fā)展，且液化烴屬于閃點小于66℃的易燃液體，因此，選用中速水霧噴頭。
3 水霧噴頭的計算及布置
3.1 水霧噴頭出水量及保護(hù)半徑
水霧噴頭出水量計算公式如下：
Q=kp1/2 (1)
式中：Q——水霧噴頭出水量，L/min；
K——特性系數(shù)；
P——工作壓力，kg/cm2
選用ZSTWA-120-50型中速水霧噴頭，其工作壓力0.35MPa，特性系數(shù)27.3，噴頭射角120‘，單個噴頭出水量50L／min。
水霧噴頭至罐壁距離，應(yīng)根據(jù)噴頭的技術(shù)參數(shù)，考慮風(fēng)速的影響，以及配管系統(tǒng)的狀況，通常不宜大于1m。設(shè)計采用0.7m垂直凈距，則單個噴頭保護(hù)半徑r=1.2m，保護(hù)面積4.52m2，噴水強(qiáng)度11L／(min·m2)。以上參數(shù)完全滿足《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50219-95)[2]的要求。
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