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：

2

30.2⨯⨯=dh Q π 3400=⇒Q L/min

3m 8164603400t Q =⨯⨯=⨯=水池v

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：

m 73.1601=︒⨯=tg R

喷头之间距离应大于1.4R ，故设计距离为1.4R=2.4m 喷头环圈周长=⨯⨯=+=5.102)12

(

2ππD l 65.94m 每圈喷头个数4.274.294.65==n 取整为28。 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

18.6122

816==q L/min

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 ： P k q 10•= (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 ： 9.135.0104.4=⨯=q 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 v d q •=

24

1π=2266.6L/min （单罐最大用水量） 一般情况v ≤5 m/s ，故d ≥98.1mm

进行规格化——DN100。故环管取DN100的钢管。

5.3.2 配水管管径

BC 段配水管流量为环管的41，流量=BC q 2266.6×4

1=566.65 L/min 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81，流量=AB q 2266.6×8

1=283.3 L/min ，v =5 m/s ，计算得d=34.7mm 。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：

Z P h H ++=∑0 (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

P 0——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∑f h ，∑f h 由公式5-5计算：∑f h =i×L （5-5）。据《自动喷水灭火系统设计规范》9.2.2条规定：

每米管道水头损失由式5-5 计算：i=0.0000107×3.12

j

d v MPa/m (5-6)； 《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。

据不同节点AB 段∑f h =i×L=0.0000107×1239

.053.12

⨯=0.008 MPa BC 段∑f h =i×L=0.0000107×5.2749

.053.12

⨯=0.015 MPa 环管部分∑f h =i×L=0.0000107×2599

.053.12

⨯=0.007 MPa 总∑f h =0.008+0.015+0.007=0.03 MPa

∑h =1.2∑f h =0.03×1.2=0.036 MPa