與其他貨類(lèi)碼頭相比,液化天然氣(LNG)碼頭的建設具有特殊性,其安全控制問(wèn)題更為突出。行業(yè)標準JTS165-5-2009《液化天然氣碼頭設計規范》第9.2.6.6款規定,在液化天然氣碼頭的控制室和配電間應設置氣體滅火系統。本文結合工程實(shí)例研究LNG碼頭控制室氣體滅火系統的設計應用。
本工程位于南通港呂四港區,由LNG碼頭和陸域廠(chǎng)站組成。碼頭布置在規劃的液體散貨功能區東側,位于小廟洪水道深槽以南,其西側為已建大唐電廠(chǎng)碼頭和在建呂四港區環(huán)抱式港池。本工程擬建設1個(gè)LNG卸船泊位,碼頭結構按150900m3LNG船設計。建設規模近期LNG吞吐量為60×104t/a,遠期吞吐量為115×104t/a。LNG碼頭通過(guò)3890m的引橋與后方罐區陸域相連,碼頭呈T形布置,LNG碼頭工作平臺上設碼頭控制室(內含控制室、設備間、UPS室、變壓器室和低壓配電間等)、管線(xiàn)支墩和集液池,并安裝卸船、登船、防護設備等。
碼頭控制室、低壓配電間及其附屬設備間是液化天然氣碼頭的中樞和動(dòng)力中心,一旦發(fā)生火災將會(huì )引起較大損失,為保證安全,需根據規范要求設置氣體滅火系統。
在GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》中列出了3種氣體滅火系統,分別是:七氟丙烷滅火系統、IG541混合氣體滅火系統和熱氣溶膠預制滅火系統。根據本工程防護區個(gè)數較多、各個(gè)防護區面積較小的實(shí)際特點(diǎn)和規范要求,在設計中選擇了預制無(wú)管網(wǎng)七氟丙烷全淹沒(méi)滅火系統。該滅火系統是一種預制的、全淹沒(méi)滅火系統,獨立成套,它與有管網(wǎng)滅火系統相比,具有安裝靈活方便、外形美觀(guān)、滅火劑無(wú)管網(wǎng)損失、滅火效率高、速度快、無(wú)污染等特點(diǎn),是一種無(wú)管網(wǎng)、輕便、可移動(dòng)、自動(dòng)滅火的消防設備,可保護較小的區域面積。無(wú)管網(wǎng)滅火系統不設儲瓶間,儲氣瓶及整個(gè)系統均設置在保護區內?;馂陌l(fā)生時(shí),系統直接向保護區內噴放滅火劑,方便快捷。適用于計算機房、檔案館、貴重物品庫、電訊中心等較小空間的保護區。
七氟丙烷滅火劑在高壓下以液態(tài)的形式儲存在容器內,在噴出噴頭時(shí),液態(tài)滅火劑迅速轉變成氣態(tài),需要吸收大量的熱量,降低了防護區和火焰周?chē)臏囟取?/div>
②滅火劑抑制燃燒反應
七氟丙烷滅火劑是由大分子組成的,高溫下分子中的分子鏈斷裂,其分解物能夠中斷燃燒過(guò)程中化學(xué)連鎖反應的鏈傳遞,從而抑制燃燒過(guò)程中的化學(xué)反應,實(shí)施滅火。
③消耗氧氣
防護區內滅火劑的噴放降低了氧氣的濃度,從而降低了燃燒的速度。
3.3滅火系統設置
設計保護對象為變壓器室、低壓配電間、控制室、設備間和UPS室共5個(gè)防護區,用5套預制無(wú)管網(wǎng)七氟丙烷滅火裝置進(jìn)行保護。系統設計充裝壓力為2.5MPa,滅火系統設計溫度為20℃,防護區圍護結構及門(mén)窗的耐火極限均不宜低于0.5h,吊頂的耐火極限不宜低于0.25h,防護區圍護結構承受內壓的允許壓強不宜低于1200Pa。防護區的門(mén)應向疏散方向開(kāi)啟,并能自行關(guān)閉,用于疏散的門(mén)必須能從防護區內打開(kāi)。系統滅火劑單位容積的充裝量不應大于1120kg/m3。防護區應設置泄壓口,并宜設在外墻上,其高度應位于防護區凈高的2/3以上。噴放滅火劑前,防護區內除泄壓口外的其他開(kāi)口應能自行關(guān)閉。
防護區內的疏散通道及出口應設應急照明與疏散指示標志。防護區的入口處設聲光報警器和滅火劑噴放指示燈,以及防護區采用的相應氣體滅火系統的永久性標志牌。
3.4滅火系統控制方式
滅火系統具有自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制方式,滅火系統工作流程見(jiàn)圖1。
①自動(dòng)控制
在防護區無(wú)人時(shí),將自動(dòng)滅火控制器內控制方式轉換開(kāi)關(guān)撥到“自動(dòng)”位置,滅火系統處于自動(dòng)控制狀態(tài)。各保護區均設兩路獨立探測回路,當防護區第一路探測器發(fā)出火災信號時(shí),發(fā)出警報,指示火災發(fā)生的部位。當第二路探測器亦發(fā)出火災信號后,自動(dòng)滅火控制器開(kāi)始進(jìn)入延時(shí)階段,同時(shí)發(fā)出聯(lián)動(dòng)指令,關(guān)閉聯(lián)動(dòng)設備及保護區內除應急照明外的所有電源。自動(dòng)延時(shí)30s后(0~30s可調,此階段用于關(guān)閉通風(fēng)、空調、門(mén)窗和防護區內除應急照明外的所有電源),向控制火災區的電磁啟動(dòng)器發(fā)出滅火指令,開(kāi)啟容器閥,打開(kāi)七氟丙烷儲氣瓶,向防護區進(jìn)行滅火作業(yè)。同時(shí)報警探測器接收壓力信號發(fā)生器的反饋信號,控制面板噴放指示燈亮。
②電氣手動(dòng)控制
在防護區有人工作或值班時(shí),將自動(dòng)滅火控制器內控制方式轉換開(kāi)關(guān)撥到“手動(dòng)”位置,滅火系統即處于手動(dòng)控制狀態(tài)?;馂奶綔y器處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí),當防護區發(fā)生火情,火災探測器只發(fā)出報警信號,不輸出動(dòng)作信號,由值班人員確認火警后,可按下自動(dòng)滅火控制器內手動(dòng)啟動(dòng)按鈕,或啟動(dòng)設在防護區門(mén)外的緊急啟動(dòng)按鈕,即可按上述程序啟動(dòng)滅火系統,實(shí)施滅火。在自動(dòng)控制狀態(tài),仍可實(shí)現電氣手動(dòng)控制。電氣手動(dòng)控制實(shí)施前防護區內人員必須全部撤離。當發(fā)生火災警報,在延遲時(shí)間內發(fā)現不需要啟動(dòng)滅火系統進(jìn)行滅火時(shí),可按下自動(dòng)滅火控制器上或手動(dòng)控制盒內的緊急停止按鈕,即可阻止滅火指令的發(fā)出,停止系統滅火程序。
3.5滅火裝置的組成
主要由儲氣瓶組、電磁啟動(dòng)器、壓力信號發(fā)生器、連接軟管、箱體和噴頭等組成,無(wú)管網(wǎng)七氟丙烷滅火裝置的結構見(jiàn)圖2。
①儲氣瓶組
儲氣瓶組是自動(dòng)滅火系統用于儲存及釋放滅火劑的主要部件,按設計要求充裝七氟丙烷和增壓氮氣?;馂陌l(fā)生時(shí)將滅火劑釋放出去進(jìn)行滅火。儲氣瓶組由儲氣容器(七氟丙烷儲氣瓶、增壓氮氣儲氣瓶)、容器閥、虹吸管、保護帽等組成。儲存容器是鋼制無(wú)縫儲氣瓶,七氟丙烷在高壓下以液態(tài)儲存在容器內。當發(fā)生火警時(shí),通過(guò)電磁啟動(dòng)器開(kāi)啟容器閥,七氟丙烷經(jīng)容器閥出口向防護區噴放。
緊急情況時(shí),可用手指拉住保險扣拉手,將保險扣拉出,拍擊手動(dòng)按鈕,即可開(kāi)啟容器閥,直接釋放出七氟丙烷氣體。
②電磁啟動(dòng)器
由電磁鐵、釋放機構、動(dòng)作機構組成。當發(fā)生火警時(shí)由火災報警控制器輸出直流電流,啟動(dòng)電磁鐵,電磁鐵啟動(dòng)釋放機構,使動(dòng)作機構動(dòng)作,閘刀刺破容器閥的密封膜片,釋放出七氟丙烷滅火劑。
③壓力信號發(fā)生器
由本體、點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)、彈簧、活塞等組成。壓力信號發(fā)生器平時(shí)觸點(diǎn)開(kāi)路,在釋放氣體滅火劑時(shí)管路壓力推動(dòng)壓力信號發(fā)生器的活塞,接通開(kāi)關(guān),送出工作信號給滅火控制系統,顯示系統已啟動(dòng)。
④連接軟管
主要由高壓橡膠軟管和球面接頭組成,連接軟管是容器閥與液體單向閥之間的連接管路。
⑤箱體和噴頭
噴頭為全淹沒(méi)噴頭,安裝在箱體上端,用來(lái)噴放滅火劑。箱體由Q235冷軋鋼板制成,表面采用靜電噴涂,用來(lái)安裝儲存瓶組、高壓軟管、啟動(dòng)器、噴頭等部件,箱體底部有地腳螺栓孔供固定用,箱體上部有進(jìn)線(xiàn)孔,供連接外部設備用。
3.6滅火系統主要技術(shù)參數
GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》第3.3.4條:油浸變壓器室、帶油開(kāi)關(guān)的配電室和自備發(fā)電機房等防護區,滅火設計濃度宜采用9%。第3.3.5條:通訊機房和電子計算機房等防護區滅火設計濃度宜采用8%。第3.3.7條:在通訊機房和電子計算機房等防護區,設計噴放時(shí)間不應大于8s;在其他防護區,設計噴放時(shí)間不應大于10s。第3.3.8條:滅火浸漬時(shí)間應符合下列規定:通訊機房和電子計算機房?jì)鹊碾姎庠O備火災應采用5min;其他固體表面火災采用10min。各個(gè)防護區滅火系統的設計參數見(jiàn)表1。
3.7滅火裝置的設計計算
①滅火設計用量計算
式中m——滅火設計用量或惰化設計用量,kg
K——海拔修正系數
V——防護區凈容積,m3
n——滅火劑過(guò)熱蒸氣在101kPa和防護區最低環(huán)境溫度下的質(zhì)量體積,m3/kg
c1——滅火設計濃度或隋化設計濃度,%
q——防護區最低環(huán)境溫度,℃
②系統滅!足劑儲存量計算
m0=m+Dm1+Dm2(3)
式中m0——系統滅火劑儲存量,kg
Dm1——儲存容器內的滅火劑剩余量,kg
Dm2——管道內的滅火劑剩余量,kg
③防護區的泄壓口面積計算
式中A——泄壓口面積,m2
qm——滅火劑在防護區平均噴放速率,kg/s
p——圍護結構承受內壓的允許壓力,Pa
t——滅火劑設計噴放時(shí)間,s
④計算實(shí)例
以控制室為例,控制室為有人值守,設定q=20℃。各防護區的Dm1均按3kg計,Dm2按0kg計??刂剖覈o結構承受內壓的允許壓力為1200Pa。
由公式(1)~(5)可得:
除控制室外其余防護區均為無(wú)人值守,按q=5℃計;其他各個(gè)防護區的體積、滅火設計濃度和設計噴放時(shí)間參數見(jiàn)表1。各防護區的設計計算結果見(jiàn)表2。
4注意事項
①氣體滅火系統設計采用的產(chǎn)品及組件必須符合國家有關(guān)標準和規定的要求。
②滅火后的防護區應通風(fēng)換氣,通風(fēng)換氣次數應不少于5次/h。
③在有人值守的控制室宜配置空氣呼吸器。