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1、精选优质文档-倾情为你奉上CF3I气体自动灭火系统在外浮顶油罐中的应用陶贤文1 李绯2 袁国清3 李金林4 (1.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京; 2.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京; 3.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京; 4.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京)摘 要：CF3I气体自动灭火系统集成火灾监控、检测和气体灭火等系统，24小时监控，自动检测并迅速扑灭早期由于雷电、静电引起的外浮顶油罐边缘密封圈内的火种，降低大面积火灾蔓延的可能性，避免泡沫灭火系统和消防冷却水系统的启动。CF3I气体自动灭火系统具有灭火迅速、后续无须
2、清理、对环境友好等优点，在中东以及世界各地的大型双密封圈的外浮顶油罐中得到了广泛应用，而在国内鲜有应用实例。伊拉克某石油储备库双密封圈外浮顶油罐采用CF3I气体自动灭火系统与人工确认启动低倍数泡沫灭火系统、冷却喷淋系统相结合的消防设计方式，为国内大型外浮顶油罐的消防设计提供新思路。关键词：外浮顶油罐 CF3I气体自动灭火系统 国家石油储备库 泡沫灭火系统 湿式 预作用 Application of CF3I Automatically Suppression System on Open-top Floating Roof TanksTao Xianwen1 Li Fei 2 Yuan Guo
3、qing3 LiJinlin 4 (1.China Petroleum Engineering Co, Ltd. (Beijing), ; 2. China Petroleum Engineering Co, Ltd. (Beijing), ; 3. China Petroleum Engineering Co, Ltd. (Beijing), ; 4. China Petroleum Engineering Co, Ltd. (Beijing), )ABSTRACT: CF3I automatically suppression system combines fire detection
4、and extinguishing system together, supervises and detects the fire in 24h a day, extinguishes the fire in the rim seal fast which is normally caused by lightning or staticelectricity, reduces the possibility of large fire, avoids to starting of foam system & cooling water system. It has the advantag
5、es of knocking-down the fire fast, no cleaning-up after use and environment friendly, it has been used widely in the entire world, but rarely used in China. CF3I Automatically suppression system is selected on open-top floating roof tanks with primary & secondary seal in one Iraqi project, low expan
6、sion foam extinguishing system and cooling water system are designed together for tanks but needing confirmation to be started. This kind of control philosophy provides new ideas for firefighting design in domestic giant petroleum storage depots. KEYWORDS: open-top floating roof tank, CF3I automatic
7、ally suppression system, national giant petroleum storage depot, foam extinguishing system, wet type, pre-action1意义众所周知，外浮顶罐最大的火灾危险来自油罐外边缘的密封处的火灾，多年来，世界各地经历了多次油罐边缘引起的火灾，其中有些火灾造成了重大的灾难。调查结果表明，尽管有静电火花引起的火灾，也有大罐动火操作、或者不可控的油品化学反应放出的热量引起的火灾，但是，外浮顶罐火灾的原因主要还是来自雷电。1989年青岛黄岛油库爆炸事故的直接起因正是由于遭到发生而。化学反应引起的火灾，在高含
8、硫化氢的原油外浮顶罐中也已经被证实。如果硫化氢气体泄露，少量的硫化氢气体依然存留在密封圈内，硫化氢气体与铁锈、空气可能发生反应形成自燃铁，这种反应过程是放热的，释放的热量可能足以引燃密封圈内的气体。因此，如何快速地检测火灾以及如何快速灭火变得越来越重要，同时，也推动着整个消防行业中消防灭火系统向如何控制早期火灾以避免大面积火灾发生的方向发展。2 CF3I气体自动灭火系统概述三氟碘甲烷（CF3I）气体是一种无色、无味、环境友好型惰性混合气体，摩尔质量195.91g/mol,是空气密度的6.8倍（空气摩尔质量29g/mol），在空气中的存活时间仅仅为1.5天，因此，是一种比Halon 1211气体
9、更为环境友好型的气体，正逐步得到广泛应用。CF3I气体自动灭火系统，集成了线性火灾检测和气体灭火系统，自动检测，自动灭火，主要用于快速检测并及时扑灭早期火源。系统包括自动检测系统（线性热感应探头、控制盘、液位、压力开关以及仪表控制电缆等）和灭火系统（25L液化气瓶1个、不锈钢气体管线及若干个湿式玻璃喷头）。CF3I气体自动灭火系统及其管材、管件得到了VdS权威安防机构的认证，也得到了NFPA 2001以及ISO 14520-part 2的认证。图1 CF3I气体自动灭火系统3 操作原理CF3I气体灭火系统，分湿式和预作用两种。湿式灭火系统管线平时充满气体，一旦环形密封圈内发生火情，均布于一、二
10、级密封圈之间的闭式玻璃喷头（glass bulb）能够立即熔断，直接将气体喷射于环形槽内的气体空间，在3040秒内迅速释放CF3I气体，避免火灾的蔓延。预作用灭火系统，采用外部火灾检测模块和闭式喷头相结合方式，管道平时没有气体，气体储存在液化气瓶中，火情发生时，需要均布于大罐环形槽周边的线性热感应探头和闭式玻璃喷头同时确认火灾后才能释放气体。每套气体灭火装置的覆盖范围根据大罐的尺寸、大罐泡沫堰的几何形状以及储存油品性质而定，大多数情况下，单套气体灭火装置大致能够保护周长40m的环形槽。根据用户对泡沫灭火系统的执行需求，气体灭火装置能够采用2个或者多个防爆型压力开关来监测系统平时的压力、激活灭火
11、系统和释放气体。液化气瓶上的液位开关能够用于检测气体的泄露，其仪表接点通过硬线接到接线盒，再通过电缆接头接至罐区外。在罐区外，通过一个防爆型绝缘接线盒与用户的火气系统相接，除硬线连接外，与用户的火气系统联络、互动也可以通过无线通信来完成。根据用户的操作要求，每个大罐上的多套气体检测、灭火系统可以共用一个控制盘,也可采用单独的控制盘。图2 CF3I气体自动灭火系统控制原理图4 CF3I气体灭火与泡沫灭火的关系4.1 泡沫灭火系统的不足无论是什么原因导致的火灾，火灾往往发生在外浮顶罐的边缘环形密封圈处，为避免大面积火灾的发生，快速而有效的灭火显得尤为重要。NFPA 11以及石油储备库设计规范GB5
12、0737标准推荐采用直接将泡沫混合液直接喷射到罐壁与泡沫堰之间的方式灭火，这种方式被证明是积极有效的。但是，泡沫混合装置一般位于消防泵站内或者防火堤外，对于大型油罐，泡沫混合装置距离油罐的距离在100m以上，因此，泡沫系统（消防泵、开关阀、泡沫液管线的填充）的启动需要花费较长的时间（说明：泡沫灭火系统设计规范GB50151以及石油储备库设计规范GB50737均规定，泡沫液5min之内到达罐内都是可以接受的）6 8，同时，泡沫系统启动之后，填满泡沫比例混合装置至泡沫产生器之间的管线以及将罐壁与泡沫堰之间的空间填充至二级密封处，需要耗费较多的泡沫液。4.2 气体灭火系统的优势基于以上泡沫系统的缺陷
13、，气体灭火系统优势尤为明显，CF3I气体灭火系统可以在3040秒内检测并将火扑灭；同时，由于从起火到将火灭掉的时间较短，小火源不足以将材料加热到原油的闪点以上，原油再燃的机会几无可能；另外，CF3I气体对罐壁有着很强的降温作用。CF3I气体灭火系统的优势还在于： 采用组合式火灾检测和气体灭火系统 可靠的闭式玻璃喷头（glass bulb）检测技术 CF3I液化气瓶液位、压力24小时监控 远程监控和高可靠性 全自动火灾检测和气体灭火联动 无外在驱动源，比如电力、泵、水力驱动器、水等 无需站场值班人员的手动干预 所有管配件材料均为316不锈钢 无旋转部件，后续维修少 CF3I气体无老化之忧（泡沫原
14、液需隔若干年更换一次，视情况而定） CF3I气体在大气存活时间短，对臭氧层破坏小 CF3I气体释放后，配管系统无需清洗，对原油无污染，对大罐无伤害 闭式玻璃喷头更换容易，液化气瓶再充方便4.3 气体灭火、泡沫灭火系统的设计气体灭火用于快速扑灭早期小火灾，泡沫灭火系统可以作为备用，可设计成手动操作系统，或者经过人工确认火灾之后，远程手动启动泡沫系统。同时，考虑冷却喷淋系统作为备用，当造成大面积火灾时，需要对着火罐进行冷却喷淋（相邻罐未做要求）。5 CF3I气体灭火系统在某工程中的应用伊拉克某国家储备油库，库容200104m3,66000m3外浮顶原油储罐22座，外径91m，高度15.6m。230
15、00m3外浮顶泄压油罐2座，外径50m，高度16.9m。业主的标书中要求，消防系统采用稳高压，消防系统同时考虑CF3I气体灭火系统、泡沫灭火系统和冷却喷淋系统，消防冷却水和泡沫混合液用水共用一套消防管网。5.1 CF3I气体灭火系统的设置所有气体灭火系统均放于浮盘上，单个66000m3外浮顶原油储罐浮盘周边均布7套，23000m3外浮顶原油泄压罐浮盘周边均布4套CF3I自动气体灭火系统，单套保护周长不超过40m。气体灭火系统采用湿式喷头，平时气体管网充满压力，每个大罐所有火气探头信号集于防火堤外的一个控制盘，控制盘通过硬线和中控室火气系统联络。5.2 泡沫灭火系统的设置原油储罐设置固定式泡沫灭
16、火系统，作为CF3I气体灭火系统的有力补充。系统采用6%型水成膜泡沫（AFFF）灭火剂,每三个原油储罐共用一个泡沫站，泡沫站设于防火堤外，泡沫混合液用水取自冷却水和泡沫混合共用的消防环网。泡沫混合液管网为支状管网。消防水环网上设置水/泡沫两用的消防炮，并在大罐周边设置移动式泡沫推车。单个66000m3外浮顶原油储罐周边均布12个泡沫产生器，23000m3外浮顶原油储罐周边均布8个泡沫产生器，单个泡沫产生器保护周长不超过24m。泡沫产生器采用罐壁安装方式。大罐底部泡沫混合液干线设置气动雨淋阀，可远程开启。5.3 冷却喷淋系统的设置考虑到发生大面积火灾的可能性，罐区原油储罐设置固定式冷却喷淋水系统
17、，相邻罐不考虑同时喷淋。大罐底部冷却水干线设置气动雨淋阀，可远程开启。5.4 消防系统的逻辑控制CF3I气体灭火系统自带的湿式喷头（glass bulb），24小时监测储罐密封圈内火灾，自动灭火，24个大罐共用1套就地控制盘，控制盘放于防火堤外的安全区域（见图1），所有火灾探头监测、检测信号以及阀位启闭信号先收集到就地控制盘，然后上传到中控室。当人工确认气体灭火系统未能有效控制火灾时，可以在中控室远程手动启动消防泵组，也可以在消防泵棚内手动启动消防泵组，同时还可以通过官网压力自动启动消防泵组,开启泡沫系统和冷却水喷淋系统。6 CF3I气体灭火系统应用案例 CF3I气体灭火系统从1999年开始，
18、在外浮顶罐以及拱顶罐上已经开始广泛应用，使用地区分布欧洲、中东、亚洲、非洲各地。具体使用案例见下表。表1 成功案例应用列表项目或业主名称地区大罐数量大罐参数建成时间中东地区Tuba Tank field伊拉克，巴士拉外浮顶罐,1座直径92m2003年Tuba Tank field extension伊拉克，巴士拉外浮顶罐,3座直径92m2013年Zubair 1&2&DS,Tuba,FAO伊拉克，巴士拉外浮顶罐,40座各种尺寸2014年State Company for Oil Projects(SCOP)伊拉克，Samawa外浮顶罐,1座直径23m2013年Esfahan Refinery伊
19、朗，伊斯法罕外浮顶罐,52座直径不等，最小18m,最大120m2004-2008年Bandar Abbas Refinery伊朗，Bandar Abbas外浮顶罐,36座直径不等，最小22m,最大87m2002-2008年Shazand Arak Refinery伊朗，Arak外浮顶罐,9座直径不等，最小39m,最大83m2008-2009年Takreer IRP-II阿联酋，阿布扎比外浮顶罐10座内浮顶罐6座直径67m2011年Takreer Hamriyah Oil Terminal阿联酋，阿布扎比内浮顶罐4座直径41m2013年Takreer ADIA Oil Depot阿联酋，阿布扎比
20、内浮顶罐4座直径36m2015年Kuwait Oil Company科威特外浮顶罐1座直径44m2014年Bahrain Petroleum Company巴林SITRA&MANAMA外浮顶罐3座直径17m 2座，直径4m 1座1999年亚洲地区Mangelore Refinery MRPL印度外浮顶罐1座直径65m2008年Hindustan Petroleum HPCL印度孟买外浮顶罐1座直径79m2009年Bahrat Petroleum BPCL印度孟买外浮顶罐1座直径79m2010年非洲地区Waha Oil Company利比亚外浮顶罐19座直径61m 15座，直径79.3m 4座2
21、008-2009年STIR Raffinerie Bizerte突尼斯外浮顶罐2座直径87.5m 2座2007年Shell Petroleum Development Co.of Nigeria Ltd.尼日尔Bonny Island外浮顶罐15座直径34m2003年Shell Petroleum Development Co.of Nigeria Ltd.尼日尔UQCC UGHELLI外浮顶罐4座直径48m2001年National Nigerian Petroleum Co. 尼日尔外浮顶罐85座各种尺寸2001-2013年欧洲地区Compagnie Industriel Maritime
22、法国外浮顶罐1座直径89m2003年Pern波兰外浮顶罐4座直径85m2004/2013年Petkim Petrokimya Holding土耳其外浮顶罐12座直径不等，最小19m,最大79m2000年Total Raffinaderij Antwerp 比利时外浮顶罐6座直径42m和 55m2003年Europoint Terminals Amsterdam B.V. 荷兰外浮顶罐24座直径24m和 42m2000-2004年Oil tanking Amsterdam荷兰阿姆斯特丹外浮顶罐40座直径不等，最小12m,最大47m1999-2009年7 总结、建议与探讨CF3I气体自动灭火系统作
23、为控制内、外浮顶油罐甚至拱顶罐前期火灾迅速而有效的措施，已经在世界各地有了较为广泛而成熟的应用。而目前的国家石油储备库设计规范GB50737、 石油库设计规范GB50074以及气体灭火系统设计规范GB 50370中，均未对大型外浮顶罐的灭火是否可以采用气体灭火方式做有说明。国内已建的舟山国家石油储备库（500104m3）、兰州国家石油储备油库（300104m3）, 所有直径80m的储罐，都只采用了传统的泡沫站和冷却水喷淋系统，是否在以后的大型外浮顶罐的消防设计中增加大罐气体自动灭火系统或者将小型泡沫液储罐、泡沫产生器均布于外浮顶罐的浮盘上，以达到迅速灭火的目的，值得商讨。尽管CF3I气体自动灭
24、火系统有着以上介绍的各种优点，个人认为，它也存在着使用方面的局限性。比如，闭式气体喷头需要安装在外浮顶罐第一和第二道密封之间，形成相对密闭的空间，对于只有一道密封圈的外浮顶罐，气体灭火系统不可行。另外，即使有两道密封圈，当密封圈内气体着火并发生爆炸，第二道密封圈（挡雨板）破坏之后，形不成有效的闭式空间，气体灭火系统使用无效，以及发生大面积的环形槽火灾情况下，均需要依靠传统的泡沫系统和冷却喷淋系统进行灭火。因此，为安全起见，在大型国家石油储备库的消防设计中，气体灭火系统、传统泡沫灭火系统以及冷却喷淋系统缺一不可。8参考资料1 Jeffery L. Harrington, Standard on
25、Clean Agent Fire Extinguishing Systems, NFPA 2001S,1 Batterymarch Park, Quincy, MA 02169-7471,USA,NFPA出版社,2012年,1525页2 ISO copyright office ,Gaseous Fire Extinguishing Systems-Physical Properties and System Design -Part 2 CF3I extinguishant, ISO/FDIS 14520S, Case Postale 56.CH-1211 Geneva 20,Switzer
26、land, ,2006年,16页3 Fay Purvis, Standard for Low-, Medium-, and high-expansion foam, NFPA 11S,1 Batterymarch Park, Quincy, MA 02169-7471,USA,NFPA出版社,2010年,1223页4 公安部天津消防研究所，气体灭火系统设计规范，GB50370S,北京，中国计划出版社，2005年，820页5 公安部天津消防研究所，卤代烷1301灭火系统设计规范，GB50163S，北京，中国计划出版社，1992年，28页6 中国石化工程建设公司，石油储备库设计规范，GB50737S，北京，中国计划出版社，2011年，第22页7 公安部天津消防研究所，泡沫灭火系统设计规范，GB 50151S，北京，中国计划出版社，2010年， 1921页8 中国石化工程建设公司，石油库设计规范，GB 50074S，北京，中国计划出版社，2014年，第63页【第一作者简介】陶贤文 35岁（1980.12-），男，汉族，湖南省浏阳市，工程师，本科，主要从事油田地面工程含油污水处理、注水以及消防、给排水设计。联系电话：010-/010-，E-Mail:taoxianwen专心-专注-专业