储罐冷却系统设计

第五章 罐区冷却系统设计

油罐内储存的汽油属甲类低闪点易燃液体，其闪点﹣50℃，爆炸上限6.0%，爆炸下限1.3％，其蒸汽与空气接触形成爆炸性混合物，高热极易燃烧爆炸。根据《石油库设计规范》规定，应设置消防冷却水系统，以对着火罐和临近罐实施冷却；同时根据《石油化工企业设计防火规范》规定：“甲类液体固定顶罐或压力储罐除有保温的原油罐外，应设防日晒的固定冷却水喷淋系统或其他设施。”故对油罐实施水冷却保护有两方面含义：一指火灾发生时，对着火油罐和临近罐采取的应急降温措施，即消防冷却；二指夏季高温对油罐实施的日常性防护冷却，即防日晒冷却。由于对着火油罐和临近罐冷却用水量及设备要求更高，所以前者冷却系统调节水量后可兼作防日晒冷却。

5.1总用水量的计算

储罐参数：罐体为内浮顶罐，容积5000m3；罐体外径19m；罐高19m；

据《石油化工企业建筑设计防火规范》8.5.5条规定：罐壁高于17m的储罐应设置固定式消防冷却系统；着火罐为浮顶罐时，应对罐壁整体进行冷却，供水强度不应小于2.0L/min·㎡；临近罐需冷却时，冷却表面为罐壁表面积的1/2。8.4.6条规定，其冷却时间为4h。

一般罐区极少出现两罐同时起火现象，现取一罐起火，一罐需冷却为最大冷却时供给情况：

Q?2.0??dh?3 2?Q?3400L/min

v水池?Q?t?3400?60?4?816 m3

5.2 喷头选型及布置

5.2.1喷头数量确定

1、 水雾喷头的平面布置方式可为矩形或菱形。当按矩形布置时， 水雾喷头之间的距离不

应大于1．4倍水雾喷头的水雾锥底圆半径；当按菱形布置时，水雾喷头之间的距离不应大于1．7倍水雾喷头的水雾锥底圆半径。 水雾锥底圆半径应按式5-1计算：

R＝B·tgθ/2 (5-1)

式中：R-水雾锥底圆半径（m）；

B-水雾喷头的喷口与保护对象之间的距离（m）； θ-水雾喷头的雾化角（°）；

此次设计选用矩形布置，喷头雾化角θ取120°；B取1m。 故喷头工作时单个喷头喷洒范围如下图：

图5-1 喷头喷洒示意图

按式5-1计算：

R?1?tg60??1.73m

喷头之间距离应大于1.4R，故设计距离为1.4R=2.4m

D?1)?2???10.5?65.94m 265.94每圈喷头个数n??27.4 取整为28。

2.4喷头环圈周长l?2?(喷头圈数共4圈

图5-2 喷头布置剖面图

总喷头数：4×28=112 个

5.2.2喷头选型

由于水幕喷头喷出的水能形成雾状层及膜状层的双层效果，其均匀性、隔离性、冷却效果均很好，故设计采用型水幕喷头。水幕喷头工况直接决定水泵的选型，合理选择喷头，优化喷头布置是油罐水冷却系统节能降耗的途径之一。 选型依据：1.已选用雾化角为120°的喷头。

2.着火时单罐须冷却水流量 Q=816 L/min，故单个喷头流量为

q?

816?6.18L/min 122

取水幕喷头SMTBD－10－120 ，其主要参数为特性系数如下： K=4.4±0.14 Q=10±0.2L/min 雾化角120° 由公式5-2 ：

q?k?10P (5-2)

其中：q——喷头流量（L/min）

P——喷头工作压力（MPa） K——喷头流量系数

工作压力取0.5MPa，流量系数取2.2 ： q?4.410?0.5?13.9 L/min 所以水幕喷头SMTBD－10－120满足设计要求

5.3 管径选取

图5-3 水力计算示意图

5.3.1 环管管径

已知 q?≥98.1mm

进行规格化——DN100。故环管取DN100的钢管。 5.3.2 配水管管径

1?d2?v=2266.6L/min（单罐最大用水量） 一般情况v ≤5 m/s，故d 4

BC段配水管流量为环管的

11，流量qBC?2266.6×=566.65 L/min 44流速同样取5 m/s，d=49.0mm。故BC段环管取DN50的钢管。 AB段配水管为环管的

11，流量qAB?2266.6×=283.3 L/min，v =5 m/s，计算得d=34.7mm。88故AB段环管取DN40的钢管。 5.4 泵及扬程

泵扬程应按公式5-3计算：

H??h?P0?Z (5-4)

其中：H——入口供水压力，即扬程，MPa

?h——局部及沿程损失之和，MPa

P0——最不利点处泡沫产生装置或泡沫喷射装置的工作压力，MPa

Z——最不利点与消防水池的最低水位或系统水平供水引入管中心

线之间的静压差，MPa

水力计算时，对于长路径管道，局部损失可取沿程损失的0.2倍，即

?h=1.2?hf，

?hf由公式5-5计算：

?hf=i×L（5-5）。据《自动喷水灭火系统设计规范》9.2.2条规定：

v2每米管道水头损失由式5-5 计算：i=0.0000107×1.3MPa/m (5-6)；

dj《自动喷水灭火系统设计规范》10.31条规定：最不利点喷头最小工作压力为0.05MPa。 水力计算：

图5-3中，A点即为最不利点。

52?12=0.008 MPa 据不同节点AB段?hf=i×L=0.0000107×1.30.3952?27.5=0.015 MPa BC段?hf=i×L=0.0000107×

0.491.352?25=0.007 MPa 环管部分?hf=i×L=0.0000107×1.30.99总

?hf=0.008+0.015+0.007=0.03 MPa

f?h=1.2?h

=0.03×1.2=0.036 MPa

Z??gh?1000?10?18?0.18 MPa

所以 H?0.03?0.036?0.18?0.246 MPa

根据扬程及流量：Q=3400L/min；H=0.246 MPa ，查阅《苏尔寿离心泵手册》，可用国际标准单级单汲清水离心泵，型号为IS50－400－125。

参考文献

GB 50074—2002 石油库设计规范［S］ 2003-03-01. GB 50016-2006 建筑设计防火规范［S］ 2006-07-12. GB 50160-2008 石油化工企业设计防火规范［S］ 2009-07-01.

GB50242-2002 建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范［S］ 2002-02-15

油罐水冷却设计计算探讨 储罐区消防冷却喷淋装置设计探讨 消防应用技术

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