氣體滅火系統(tǒng)在LNG碼頭的設(shè)計應(yīng)用
發(fā)表日期：2016-07-07 文章來源：趙向榮 胡筱瑗 王
摘要：根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范要求，提出防護(hù)區(qū)個數(shù)多，各防護(hù)區(qū)面積小的LNG碼頭控制室等建筑物的氣體滅火系統(tǒng)選用預(yù)制無管網(wǎng)七氟丙烷全淹沒滅火系統(tǒng)。闡述七氟丙烷的滅火機(jī)理、滅火系統(tǒng)設(shè)置、滅火系統(tǒng)控制方式及滅火裝置的組成，對滅火系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計算。
1 概述
與其他貨類碼頭相比，液化天然氣(LNG)碼頭的建設(shè)具有特殊性，其安全控制問題更為突出。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTS165－5－2009《液化天然氣碼頭設(shè)計規(guī)范》第9．2．6．6款規(guī)定，在液化天然氣碼頭的控制室和配電間應(yīng)設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)。本文結(jié)合工程實(shí)例研究LNG碼頭控制室氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用。
2 工程概況
本工程位于南通港呂四港區(qū)，由LNG碼頭和陸域廠站組成。碼頭布置在規(guī)劃的液體散貨功能區(qū)東側(cè)，位于小廟洪水道深槽以南，其西側(cè)為已建大唐電廠碼頭和在建呂四港區(qū)環(huán)抱式港池。本工程擬建設(shè)1個LNG卸船泊位，碼頭結(jié)構(gòu)按150900m3LNG船設(shè)計。建設(shè)規(guī)模近期LNG吞吐量為60×104t／a，遠(yuǎn)期吞吐量為115×104t／a。LNG碼頭通過3890m的引橋與后方罐區(qū)陸域相連，碼頭呈T形布置，LNG碼頭工作平臺上設(shè)碼頭控制室(內(nèi)含控制室、設(shè)備間、UPS室、變壓器室和低壓配電間等)、管線支墩和集液池，并安裝卸船、登船、防護(hù)設(shè)備等。
碼頭控制室、低壓配電間及其附屬設(shè)備間是液化天然氣碼頭的中樞和動力中心，一旦發(fā)生火災(zāi)將會引起較大損失，為保證安全，需根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)。
3 氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計
3.1滅火系統(tǒng)的選擇
在GB50370－2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中列出了3種氣體滅火系統(tǒng)，分別是：七氟丙烷滅火系統(tǒng)、IG541混合氣體滅火系統(tǒng)和熱氣溶膠預(yù)制滅火系統(tǒng)。根據(jù)本工程防護(hù)區(qū)個數(shù)較多、各個防護(hù)區(qū)面積較小的實(shí)際特點(diǎn)和規(guī)范要求，在設(shè)計中選擇了預(yù)制無管網(wǎng)七氟丙烷全淹沒滅火系統(tǒng)。該滅火系統(tǒng)是一種預(yù)制的、全淹沒滅火系統(tǒng)，獨(dú)立成套，它與有管網(wǎng)滅火系統(tǒng)相比，具有安裝靈活方便、外形美觀、滅火劑無管網(wǎng)損失、滅火效率高、速度快、無污染等特點(diǎn)，是一種無管網(wǎng)、輕便、可移動、自動滅火的消防設(shè)備，可保護(hù)較小的區(qū)域面積。無管網(wǎng)滅火系統(tǒng)不設(shè)儲瓶間，儲氣瓶及整個系統(tǒng)均設(shè)置在保護(hù)區(qū)內(nèi)。火災(zāi)發(fā)生時，系統(tǒng)直接向保護(hù)區(qū)內(nèi)噴放滅火劑，方便快捷。適用于計算機(jī)房、檔案館、貴重物品庫、電訊中心等較小空間的保護(hù)區(qū)。
3.2七氟丙烷的滅火機(jī)理
①使防護(hù)區(qū)冷卻
七氟丙烷滅火劑在高壓下以液態(tài)的形式儲存在容器內(nèi)，在噴出噴頭時，液態(tài)滅火劑迅速轉(zhuǎn)變成氣態(tài)，需要吸收大量的熱量，降低了防護(hù)區(qū)和火焰周圍的溫度。
②滅火劑抑制燃燒反應(yīng)
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程中化學(xué)連鎖反應(yīng)的鏈傳遞，從而抑制燃燒過程中的化學(xué)反應(yīng)，實(shí)施滅火。
③消耗氧氣
防護(hù)區(qū)內(nèi)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(tǒng)設(shè)置
設(shè)計保護(hù)對象為變壓器室、低壓配電間、控制室、設(shè)備間和UPS室共5個防護(hù)區(qū)，用5套預(yù)制無管網(wǎng)七氟丙烷滅火裝置進(jìn)行保護(hù)。系統(tǒng)設(shè)計充裝壓力為2.5MPa，滅火系統(tǒng)設(shè)計溫度為20℃，防護(hù)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及門窗的耐火極限均不宜低于0.5h，吊頂?shù)哪突饦O限不宜低于0.25h，防護(hù)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓強(qiáng)不宜低于1200Pa。防護(hù)區(qū)的門應(yīng)向疏散方向開啟，并能自行關(guān)閉，用于疏散的門必須能從防護(hù)區(qū)內(nèi)打開。系統(tǒng)滅火劑單位容積的充裝量不應(yīng)大于1120kg／m3。防護(hù)區(qū)應(yīng)設(shè)置泄壓口，并宜設(shè)在外墻上，其高度應(yīng)位于防護(hù)區(qū)凈高的2／3以上。噴放滅火劑前，防護(hù)區(qū)內(nèi)除泄壓口外的其他開口應(yīng)能自行關(guān)閉。
防護(hù)區(qū)內(nèi)的疏散通道及出口應(yīng)設(shè)應(yīng)急照明與疏散指示標(biāo)志。防護(hù)區(qū)的入口處設(shè)聲光報警器和滅火劑噴放指示燈，以及防護(hù)區(qū)采用的相應(yīng)氣體滅火系統(tǒng)的永久性標(biāo)志牌。
3.4滅火系統(tǒng)控制方式
滅火系統(tǒng)具有自動、手動兩種控制方式，滅火系統(tǒng)工作流程見圖1。
①自動控制
在防護(hù)區(qū)無人時，將自動滅火控制器內(nèi)控制方式轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到“自動”位置，滅火系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)。各保護(hù)區(qū)均設(shè)兩路獨(dú)立探測回路，當(dāng)防護(hù)區(qū)第一路探測器發(fā)出火災(zāi)信號時，發(fā)出警報，指示火災(zāi)發(fā)生的部位。當(dāng)?shù)诙诽綔y器亦發(fā)出火災(zāi)信號后，自動滅火控制器開始進(jìn)入延時階段，同時發(fā)出聯(lián)動指令，關(guān)閉聯(lián)動設(shè)備及保護(hù)區(qū)內(nèi)除應(yīng)急照明外的所有電源。自動延時30s后(0～30s可調(diào)，此階段用于關(guān)閉通風(fēng)、空調(diào)、門窗和防護(hù)區(qū)內(nèi)除應(yīng)急照明外的所有電源)，向控制火災(zāi)區(qū)的電磁啟動器發(fā)出滅火指令，開啟容器閥，打開七氟丙烷儲氣瓶，向防護(hù)區(qū)進(jìn)行滅火作業(yè)。同時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電氣手動控制
在防護(hù)區(qū)有人工作或值班時，將自動滅火控制器內(nèi)控制方式轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到“手動”位置，滅火系統(tǒng)即處于手動控制狀態(tài)。火災(zāi)探測器處于手動狀態(tài)時，當(dāng)防護(hù)區(qū)發(fā)生火情，火災(zāi)探測器只發(fā)出報警信號，不輸出動作信號，由值班人員確認(rèn)火警后，可按下自動滅火控制器內(nèi)手動啟動按鈕，或啟動設(shè)在防護(hù)區(qū)門外的緊急啟動按鈕，即可按上述程序啟動滅火系統(tǒng)，實(shí)施滅火。在自動控制狀態(tài)，仍可實(shí)現(xiàn)電氣手動控制。電氣手動控制實(shí)施前防護(hù)區(qū)內(nèi)人員必須全部撤離。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)警報，在延遲時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)不需要啟動滅火系統(tǒng)進(jìn)行滅火時，可按下自動滅火控制器上或手動控制盒內(nèi)的緊急停止按鈕，即可阻止滅火指令的發(fā)出，停止系統(tǒng)滅火程序。
3.5滅火裝置的組成
主要由儲氣瓶組、電磁啟動器、壓力信號發(fā)生器、連接軟管、箱體和噴頭等組成，無管網(wǎng)七氟丙烷滅火裝置的結(jié)構(gòu)見圖2。
①儲氣瓶組
儲氣瓶組是自動滅火系統(tǒng)用于儲存及釋放滅火劑的主要部件，按設(shè)計要求充裝七氟丙烷和增壓氮?dú)狻；馂?zāi)發(fā)生時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?dú)鈨馄?、容器閥、虹吸管、保護(hù)帽等組成。儲存容器是鋼制無縫儲氣瓶，七氟丙烷在高壓下以液態(tài)儲存在容器內(nèi)。當(dāng)發(fā)生火警時，通過電磁啟動器開啟容器閥，七氟丙烷經(jīng)容器閥出口向防護(hù)區(qū)噴放。
緊急情況時，可用手指拉住保險扣拉手，將保險扣拉出，拍擊手動按鈕，即可開啟容器閥，直接釋放出七氟丙烷氣體。
②電磁啟動器
由電磁鐵、釋放機(jī)構(gòu)、動作機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)發(fā)生火警時由火災(zāi)報警控制器輸出直流電流，啟動電磁鐵，電磁鐵啟動釋放機(jī)構(gòu)，使動作機(jī)構(gòu)動作，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)動開關(guān)、彈簧、活塞等組成。壓力信號發(fā)生器平時觸點(diǎn)開路，在釋放氣體滅火劑時管路壓力推動壓力信號發(fā)生器的活塞，接通開關(guān)，送出工作信號給滅火控制系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)已啟動。
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
噴頭為全淹沒噴頭，安裝在箱體上端，用來噴放滅火劑。箱體由Q235冷軋鋼板制成，表面采用靜電噴涂，用來安裝儲存瓶組、高壓軟管、啟動器、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)線孔，供連接外部設(shè)備用。
3.6滅火系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)
GB50370－2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第3．3．4條：油浸變壓器室、帶油開關(guān)的配電室和自備發(fā)電機(jī)房等防護(hù)區(qū)，滅火設(shè)計濃度宜采用9％。第3．3．5條：通訊機(jī)房和電子計算機(jī)房等防護(hù)區(qū)滅火設(shè)計濃度宜采用8％。第3．3．7條：在通訊機(jī)房和電子計算機(jī)房等防護(hù)區(qū)，設(shè)計噴放時間不應(yīng)大于8s；在其他防護(hù)區(qū)，設(shè)計噴放時間不應(yīng)大于10s。第3．3．8條：滅火浸漬時間應(yīng)符合下列規(guī)定：通訊機(jī)房和電子計算機(jī)房內(nèi)的電氣設(shè)備火災(zāi)應(yīng)采用5min；其他固體表面火災(zāi)采用10min。各個防護(hù)區(qū)滅火系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)見表1。
3.7滅火裝置的設(shè)計計算
①滅火設(shè)計用量計算
式中m——滅火設(shè)計用量或惰化設(shè)計用量，kg
K——海拔修正系數(shù)
V——防護(hù)區(qū)凈容積，m3
n——滅火劑過熱蒸氣在101kPa和防護(hù)區(qū)最低環(huán)境溫度下的質(zhì)量體積，m3／kg
c1——滅火設(shè)計濃度或隋化設(shè)計濃度，％
q——防護(hù)區(qū)最低環(huán)境溫度，℃
②系統(tǒng)滅!足劑儲存量計算
m0=m+Dm1+Dm2(3)
式中m0——系統(tǒng)滅火劑儲存量，kg
Dm1——儲存容器內(nèi)的滅火劑剩余量，kg
Dm2——管道內(nèi)的滅火劑剩余量，kg
③防護(hù)區(qū)的泄壓口面積計算
式中A——泄壓口面積，m2
qm——滅火劑在防護(hù)區(qū)平均噴放速率，kg/s
p——圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓力，Pa
t——滅火劑設(shè)計噴放時間，s
④計算實(shí)例
以控制室為例，控制室為有人值守，設(shè)定q=20℃。各防護(hù)區(qū)的Dm1均按3kg計，Dm2按0kg計。控制室圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓力為1200Pa。
由公式(1)～(5)可得：
除控制室外其余防護(hù)區(qū)均為無人值守，按q=5℃計；其他各個防護(hù)區(qū)的體積、滅火設(shè)計濃度和設(shè)計噴放時間參數(shù)見表1。各防護(hù)區(qū)的設(shè)計計算結(jié)果見表2。
4注意事項
①氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計采用的產(chǎn)品及組件必須符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的要求。
②滅火后的防護(hù)區(qū)應(yīng)通風(fēng)換氣，通風(fēng)換氣次數(shù)應(yīng)不少于5次／h。
③在有人值守的控制室宜配置空氣呼吸器。
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