（中國(guó)石油管道局工程有限公司設(shè)計(jì)分公司，廊坊市，065000） 劉 峰 王曉琳 陳 卓

（中國(guó)石油管道科學(xué)研究院，廊坊市，065000） 王 雪

從目前國(guó)內(nèi)外原油儲(chǔ)存的情況來(lái)看，外浮頂大型儲(chǔ)罐逐漸成為主要的原油儲(chǔ)罐類型，而外浮頂大型儲(chǔ)罐的起火部位主要發(fā)生在儲(chǔ)罐浮頂邊緣密封圈處[1-2]。美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）對(duì)1951～1995年間發(fā)生的直徑超過(guò)30m的81起浮頂儲(chǔ)罐火災(zāi)事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其中密封圈火災(zāi)占統(tǒng)計(jì)事故的72.8%，我國(guó)的外浮頂儲(chǔ)罐火災(zāi)統(tǒng)計(jì)分析也表明，當(dāng)前石油儲(chǔ)罐區(qū)的主要火災(zāi)發(fā)生仍是密封圈[3]?；馂?zāi)發(fā)生原因有靜電火花引起的，也有大罐動(dòng)火操作不當(dāng)或油品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的，但外浮頂儲(chǔ)罐火災(zāi)的主要原因來(lái)自雷電。2006年儀征輸油站，2007年鎮(zhèn)海國(guó)家石油儲(chǔ)備庫(kù)，以及2007年白沙灣輸油站均發(fā)生了由于雷擊導(dǎo)致的外浮頂儲(chǔ)罐二次密封局部火災(zāi)，所幸滅火措施得當(dāng)，火災(zāi)被成功撲滅，沒(méi)有造成重大損失[4]。外浮頂儲(chǔ)罐盡管其發(fā)生全面積敞口火災(zāi)的概率不大，但一旦發(fā)生，撲救難度較大，尤其是大型原油儲(chǔ)罐火災(zāi)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，容易發(fā)生沸溢，造成惡性事故。因此，大型外浮頂儲(chǔ)罐滅火系統(tǒng)如何快速檢測(cè)并控制早期火災(zāi)以避免大面積火災(zāi)的發(fā)生變得越來(lái)越重要。

1 工程概況

中東地區(qū)某國(guó)家新建1座原油儲(chǔ)庫(kù)，庫(kù)區(qū)共新建外浮頂原油儲(chǔ)罐7座，外浮頂原油泄壓罐2座，具體儲(chǔ)罐參數(shù)見(jiàn)表1。儲(chǔ)罐消防系統(tǒng)同時(shí)考慮CF3I氣體滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)及冷卻噴淋系統(tǒng)，泡沫滅火系統(tǒng)和冷卻噴淋系統(tǒng)采用手動(dòng)閥門(mén)控制。

2 CF3I氣體滅火系統(tǒng)

CF3I（三氟碘甲烷）氣體是一種無(wú)色、無(wú)味的環(huán)境友好型惰性氣體，相對(duì)分子質(zhì)量為195.91，沸點(diǎn)為-22.5℃，是國(guó)際上最近提出的一種新型環(huán)保滅火劑，具有滅火效率高，安全性能好，經(jīng)濟(jì)效用高，滅火后不留痕跡等特點(diǎn)，是哈龍1301的優(yōu)選替代產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)NFPA認(rèn)證，可正式使用[5-6]。

CF3I氣體滅火系統(tǒng)集成了線性火災(zāi)探測(cè)及氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)，其功能主要用于快速檢測(cè)并及時(shí)撲滅早期火災(zāi)。整個(gè)系統(tǒng)包括自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)（控制盤(pán)、接線盒、液位開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)及儀表控制電纜等）和滅火系統(tǒng)（儲(chǔ)氣鋼瓶、氣體管線及若干玻璃球濕式噴頭）。

CF3I氣體滅火系統(tǒng)得到了美國(guó)防火協(xié)會(huì)《潔凈氣體滅火規(guī)范》（NFPA2001）[7]以及世界標(biāo)準(zhǔn)組織《氣體滅火系統(tǒng)規(guī)范第二部分：CF3I滅火劑》（ISO 14520）[8]的認(rèn)證，在消防滅火系統(tǒng)中正逐步得到應(yīng)用。

表1 儲(chǔ)罐參數(shù)

3 CF3I氣體滅火系統(tǒng)的布置及操作原理

3.1 CF3I氣體滅火系統(tǒng)的布置

采用CF3I氣體儲(chǔ)罐容積為25L，壓力源為充裝氮?dú)猓袣怏w儲(chǔ)罐均布置于浮頂罐浮盤(pán)外側(cè)，6.6×104m3外浮頂原油儲(chǔ)罐浮盤(pán)周邊均布7套氣體儲(chǔ)罐，2.3×104m3外浮頂原油泄壓罐浮盤(pán)周邊均布4套氣體儲(chǔ)罐，單套保護(hù)周長(zhǎng)一般不超過(guò)40m環(huán)形密封圈（詳見(jiàn)圖1）。氣體噴頭經(jīng)鋼制支架固定于外浮頂儲(chǔ)罐二次密封表面，噴頭間距不超過(guò)2m，每套CF3I氣體儲(chǔ)罐配20個(gè)氣體噴頭。

圖1 6.6×104m3儲(chǔ)罐氣體儲(chǔ)罐布置示意圖

3.2 CF3I氣體滅火系統(tǒng)原理

采用的CF3I氣體滅火系統(tǒng)末端采用玻璃球濕式噴頭，管網(wǎng)內(nèi)平時(shí)充滿帶壓氣體，一旦密封圈發(fā)生火災(zāi)，安裝于二次密封表面的閉式噴頭立即熔斷，直接將氣體噴射于密封圈表面，在30～40s內(nèi)迅速釋放CF3I氣體，控制火災(zāi)的蔓延，具體原理見(jiàn)圖2。每套CF3I氣體儲(chǔ)罐設(shè)置有1個(gè)壓力開(kāi)關(guān)和1個(gè)液位開(kāi)關(guān)來(lái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平時(shí)的壓力和液位，檢測(cè)系統(tǒng)氣體泄漏。每套氣體儲(chǔ)罐上設(shè)置1個(gè)接線盒，浮盤(pán)升降梯底端、儲(chǔ)罐盤(pán)梯頂端和防火堤外均設(shè)置1個(gè)接線盒，液位信號(hào)和壓力信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置的接線盒通過(guò)硬線連接至控制中心的CF3I氣體滅火系統(tǒng)控制盤(pán)，控制盤(pán)可將壓力信號(hào)和液位信號(hào)上傳至站場(chǎng)的火災(zāi)控制系統(tǒng)，當(dāng)壓力和液位信號(hào)降低至設(shè)定值時(shí)（壓力降至6.14bar），火災(zāi)控制系統(tǒng)報(bào)警。

圖2 CF3I氣體滅火系統(tǒng)原理

4 與泡沫滅火系統(tǒng)的關(guān)系

4.1 CF3I氣體滅火系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

由于CF3I儲(chǔ)罐直接布置于浮頂罐浮盤(pán)上，距離密封圈近，而且CF3I氣體噴射時(shí)間很短，在30～40s之內(nèi)檢測(cè)火災(zāi)并將火撲滅，故小火源不足以使原油達(dá)到閃點(diǎn)以上，可大大降低原油再燃的機(jī)會(huì)[9]；另外，CF3I作為一種良好的制冷劑，可對(duì)著火罐壁有較強(qiáng)的降溫作用。

同時(shí)，CF3I氣體滅火系統(tǒng)采用組合式火災(zāi)探測(cè)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)末端采用可靠的閉式玻璃球噴頭，CF3I儲(chǔ)罐壓力和液位全天候監(jiān)測(cè)，無(wú)外在驅(qū)動(dòng)源，無(wú)需站場(chǎng)人員手動(dòng)干預(yù)，具有較高的可靠性和便利性。所有氣體管道及配件均采用316不銹鋼管，而且玻璃噴頭安裝于二次密封表面，容易更換，CF3I儲(chǔ)罐再充裝也較方便。同泡沫滅火系統(tǒng)相比，CF3I氣體屬于環(huán)境友好型氣體，釋放后無(wú)需清洗配管系統(tǒng)，而且對(duì)原油無(wú)污染。

4.2 與泡沫滅火系統(tǒng)的關(guān)系

外浮頂罐的火災(zāi)往往發(fā)生于邊緣環(huán)形密封圈處，為避免大面積火災(zāi)發(fā)生，迅速有效的滅火尤為重要。美國(guó)防火協(xié)會(huì)《低、中、高倍數(shù)泡沫滅火設(shè)計(jì)規(guī)范》（NFPA11）[10]及國(guó)標(biāo)《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50151-2010）[11]采用直接將泡沫混合液噴射于罐壁和泡沫擋板之間的滅火方式是有效的。

共設(shè)置泡沫混合裝置2處，放置于防火堤外。由于儲(chǔ)罐直徑較大，防火堤尺寸達(dá)到230m以上，泡沫混合裝置到最近儲(chǔ)罐的距離在150m以上，因此，泡沫滅火系統(tǒng)（消防泵、閥門(mén)、泡沫液管線）的啟動(dòng)需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，國(guó)標(biāo)規(guī)定泡沫混合液在5min之內(nèi)倒到達(dá)罐內(nèi)都是可允許的[11]；另外，泡沫滅火系統(tǒng)啟動(dòng)之后，填充泡沫混合裝置至泡沫發(fā)生器之間的泡沫混合液管線需要耗費(fèi)較多的泡沫液。

CF3I氣體滅火系統(tǒng)主要用于撲滅早期小型火災(zāi)，時(shí)間短，滅火迅速，是對(duì)泡沫滅火系統(tǒng)的有力補(bǔ)充，但不可作為大型儲(chǔ)罐的主要滅火方式。由于CF3I氣體滅火系統(tǒng)采用液位和壓力方式監(jiān)測(cè)，無(wú)單獨(dú)火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)液位和壓力下降，需經(jīng)人工確認(rèn)，手動(dòng)開(kāi)啟泡沫滅火系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生大面積火災(zāi)時(shí)，CF3I氣體滅火系統(tǒng)的效用不是很大，泡沫滅火系統(tǒng)是主要滅火手段，另外，需開(kāi)啟冷卻噴淋系統(tǒng)對(duì)著火儲(chǔ)罐罐壁進(jìn)行冷卻。

5 總結(jié)與建議

CF3I氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)作為撲滅外浮頂儲(chǔ)罐前期火災(zāi)的有效措施，已經(jīng)在很多地區(qū)廣泛使用，尤其在中東地區(qū)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，給出設(shè)計(jì)建議：

（1）管路泄露容易引起系統(tǒng)誤報(bào)警，對(duì)管道材質(zhì)及密封性要求較高。CF3I氣體滅火系統(tǒng)無(wú)單獨(dú)設(shè)置的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，完全依靠上傳至站場(chǎng)控制系統(tǒng)的CF3I氣體儲(chǔ)罐的壓力信號(hào)和液位信號(hào)判斷原油儲(chǔ)罐火災(zāi)的發(fā)生，當(dāng)系統(tǒng)管路發(fā)生泄漏時(shí)，CF3I氣體儲(chǔ)罐壓力和液位降低，站場(chǎng)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)上傳的液位和壓力下降信號(hào)產(chǎn)生誤報(bào)警，故CF3I氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)氣體管路材質(zhì)及密封性有較高的要求，管材不會(huì)根據(jù)環(huán)境因素發(fā)生腐蝕泄漏，通常管路采用不銹鋼管道。

（2）閉式玻璃球噴頭選擇需適應(yīng)實(shí)際環(huán)境溫度要求。CF3I氣體滅火系統(tǒng)末端采用閉式玻璃球作為整個(gè)系統(tǒng)的噴射裝置，當(dāng)火災(zāi)溫度高于玻璃球工作溫度時(shí)，玻璃球破裂并噴射氣體，啟動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)。由于噴頭布置于原油儲(chǔ)罐表面，當(dāng)實(shí)際環(huán)境溫度高于玻璃球工作溫度時(shí)，同樣會(huì)導(dǎo)致氣體滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，引起誤報(bào)警，并且浪費(fèi)滅火氣體，為后續(xù)運(yùn)行帶來(lái)很大的不便，故對(duì)于噴頭的選擇，建議玻璃球的工作溫度高于建設(shè)地的最高氣溫。本項(xiàng)目位于中東地區(qū)，環(huán)境最高溫度達(dá)到83℃，噴頭工作溫度選擇93℃。

（3）設(shè)備接地要考慮浮盤(pán)浮動(dòng)。不同于其他設(shè)備，CF3I氣體儲(chǔ)罐及管路系統(tǒng)安裝于外浮頂原油儲(chǔ)罐的浮盤(pán)上，且隨著浮盤(pán)而上下浮動(dòng)，故接地設(shè)計(jì)要考慮到設(shè)備上下浮動(dòng)的特點(diǎn)。

盡管CF3I氣體滅火系統(tǒng)很有優(yōu)點(diǎn)，但是它也有使用的局限性。當(dāng)密封圈內(nèi)油氣著火，發(fā)生爆炸，并損壞密封圈，或者發(fā)生大面積的密封圈火災(zāi)時(shí)，CF3I氣體滅火系統(tǒng)使用效率低下，均需要依靠泡沫滅火系統(tǒng)和冷卻噴淋系統(tǒng)，故CF3I氣體滅火系統(tǒng)可作為泡沫滅火系統(tǒng)的補(bǔ)充措施，有效撲滅儲(chǔ)罐初期火災(zāi)，控制火勢(shì)擴(kuò)大，但不可作為外浮頂儲(chǔ)罐主要的滅火方式。

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