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基于FSA的相邻罐消防冷却水系统设计探讨.pdf
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1、水处理与注水工程张祎达等:基于 FSA的相邻罐消防冷却水系统设计探讨油气田地面工程 https:/基于 FSA的相邻罐消防冷却水系统设计探讨张祎达孙龙珠连广宇中国石油工程建设有限公司北京设计分公司摘要:罐区消防冷却系统是油田站场消防设计重点,结合中东地区某油田罐区消防冷却保护设计实例,解决相邻罐设计问题。通过对比国内外标准发现,在确定相邻罐设计固定式冷却喷淋系统方面,国内外均采用罐壁之间间距是否大于N倍罐直径的设计原则;在消防冷却喷淋强度及面积设计方面,总体趋势为我国标准体现冷却喷淋强度低,罐壁冷却面积大;国际标准体现冷却喷淋强度高,罐壁冷却面积小,考虑罐壁上半部分气相空间冷却。同时,国际上引
2、入火灾安全分析(FSA)复核消防冷却设计方案,通过软件模拟不同火灾工况下的相邻罐表面热辐射强度,按热辐射强度超过12.5 kW/m2,则需考虑设计固定冷却喷淋系统,可结合事故泄漏发生频率高低、工程投资费用等进行最终确定。通过火灾安全分析复核,罐区消防冷却设计满足要求,得出在风险可接受条件下的消防设计方案,为项目投资决策提供技术支持,保障项目后续运行阶段平稳顺利。关键词:相邻罐消防冷却系统;热辐射强度;喷淋强度及面积;火灾安全分析(FSA)Discussion on the Design of Adjacent Tank Fire Cooling Water System Based on FS
3、AZHANG Yida,SUN Longzhu,LIAN GuangyuBeijing Design Branch,CPECCAbstract:The fire cooling system in tank areas is a key focus of fire protection design for oilfield sta-tions.Combining with the fire cooling protection design example of an oilfield tank farm in the MiddleEast,the design problem of adj
4、acent tanks is solved.By comparing domestic and foreign standards,it isfound that in determining the design of fixed cooling spray systems for adjacent tanks,both domesticand foreign design principles are based on whether the spacing between tank walls is greater thanNtimes the tank diameter.In term
5、s of fire cooling spray intensity and area design,the general trend is thatChinese standards reflect low cooling spray intensity,large tank wall cooling area,considering the gasphase space cooling on the upper half of the tank wall,international standards reflect high cooling sprayintensity,small ta
6、nk wall cooling area.At the same time,internationally,fire safety analysis is intro-duced to review fire cooling design schemes,and software is used to simulate the surface thermal radia-tion intensity of adjacent tanks under different fire conditions.If the thermal radiation intensity exceeds12.5 k
7、W/m2,it is necessary to consider designing a fixed cooling spray system,which can be deter-mined based on the frequency of accident leakage,engineering investment costs,etc.Through firesafety analysis and review,the tank farm fire cooling design meets the requirements,and the fire pro-tection design
8、 scheme under the condition of acceptable risk is obtained,which provides technical sup-port for project investment decision,and ensures the smooth and stable operation in the subsequentstages of the project.Keywords:adjacent tank fire cooling system;thermal radiation intensity;spray intensity and a
9、rea;firesafety analysis(FSA)DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2024.01.00422第 43卷第 1期(2024-01)油气田地面工程 https:/水处理与注水工程油田站场罐区具有物料存量大、火灾危险性较高等特点,因此罐区消防冷却系统是油田站场消防设计重点,着火罐常为固定式/半固定式冷却喷淋系统1-3。对于相邻罐如何确定固定式冷却喷淋系统、冷却喷淋强度及面积,国内外做法有明显区别,本文重点围绕上述问题,通过总结国内外标准的 不 同 及 国 际 惯 例 做 法,借 助 火 灾 安 全 分 析(FAS)结论,按不同火灾工况下相邻罐壁接收的热
10、辐射强度对相邻罐消防冷却系统设计进行复核,以判定消防冷却方案的完整性。1相邻罐消防冷却保护确定罐区消防冷却水系统设计首要任务是确定储罐消防冷却水形式选择。相邻罐采用固定式消防冷却系统的确定,通常为衡量罐壁之间间距是否大于N倍罐直径,如法国道达尔石油标准按 1.25倍,我国标准按 1.5 倍,科威特石油标准按 3 倍。对于国内外标准,在相邻罐采用固定式消防冷却系统冷却喷淋强度及面积对比4-6如表 1所示。在某些国际标准中,更多借助火灾安全风险分析确定消防冷却水系统方案,通过罐表面受到热辐射强度来确定相邻罐的冷却范围,比如荷兰壳牌石油标准要求热辐射强度超过 8 kW/m2则需消防冷却,但可采用移动
11、式消防冷却水系统,超过32 kW/m2则需固定式消防冷却系统;科威特石油标准要求超过 12.5 kW/m2则需固定式消防冷却系统。对于着火罐而言,罐体表面热辐射强度必然超过标准的限值,需采用固定式消防冷却水系统降温是可以理解的,而对于相邻罐消防冷却水系统如何选择,更适用于热辐射强度来评判。在美国石油协会 API 5212014 标准中,对热辐射造成人体和设备结构的影响如表 2所示,其中热辐射的影响已包含太阳辐射热。一 般 情 况 下,钢 制 设 备 暴 露 在 热 辐 射 强 度12.5 kW/m2及以下时,不需额外防火保护设计,在此热通量水平下,金属表面温度约至 300 左右,表 1国内外标
12、准对相邻罐固定式冷却要求对比Tab.1 Comparison of fixed cooling requirements for adjacent tanks in domestic and foreign standards标准GB 501832004石油天然气工程防火设计规范美国石油协会标准API 20302014(行标)美国消防协会标准NFPA592021/美国石油协会标准 API 2510A1996(行标)法国道达尔石油标准TOTAL GS_EP_SAF_3222011(企标)荷兰壳牌石油标准 Shell DEP804710302011(企标)科威特石油标准KOC-L-0092017(
13、企标)着火罐为固定顶罐1.5 倍直径范围内相邻罐冷却,喷淋强度 2.0 L/minm2,1/2全罐壁冷却喷淋强度 4.1 L/minm2,1/41/2 全罐表面积冷却不适用1.25 倍直径范围内或半径+15 m 范围内相邻罐冷却,喷淋强度10 L/minm且至少 3 000 L/min,罐周半长冷却根据受到热辐射数值确定是否需要设计,若需要则按喷淋强度 2 L/minm2,1/2 全 罐 顶 冷 却,喷 淋 强 度1 000 L/hm,罐周半长冷却3 倍直径范围内或根据受到热辐射数值超过 12.5 kW/m2相邻罐冷却,喷淋强度 10.2 L/minm2,1/2 罐顶表面积冷却着火罐为浮顶罐相
14、邻罐不需要冷却喷淋强度 4.1 L/minm2,1/41/2全罐表面积冷却不适用1.25 倍直径范围内或半径+15 m 范围内相邻罐冷却,喷淋强度 10 L/minm 且至少3 000 L/min,罐周半长冷却根据受到热辐射数值确定是否需要设计,若需要则按喷淋强度 1 000 L/hm,罐周半长冷却3 倍直径范围内或根据受到热辐射数值超过 12.5 kW/m2相 邻 罐 冷 却,喷 淋 强 度10.2 L/minm2,1/4罐壁冷却着火罐为 LPG球罐1.5 倍直径范围内相邻罐冷却,喷淋强度 9 L/minm2,1/2表面积冷却参考 API 2510A1996根据热辐射计算确定未明确未明确未明
15、确表 2热辐射的影响结果Tab.2 Effects of thermal radiation热辐射强度/(kWm-2)1.5835612.52537.5影响最大的辐射热强度下,任何位置只要人员穿着适当的衣服可以持续暴露对不能在 30 s内找到遮蔽物的人员足以引起痛感;皮肤可能出现水泡(二级烧伤);无致命性最大的辐射热强度下,没有遮挡但穿着适当衣服的人员可以在紧急行动地区持续 23 min最大的辐射热强度下,没有遮挡但穿着适当衣服的人员可以在紧急行动地区持续 30 s钢材可能会达到足够高的热应力温度,从而导致结构失效;50%致死率长时间暴露可能致人死亡,而瞬间暴露极有可能致人死亡;木材长时间暴露
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