浅谈油田储罐液下喷射泡沫灭火系统
摘要：分析储罐低倍数液下泡沫喷射灭火系统的适用条件和特点，并介绍液下喷射泡沫灭火系统的计算依据、系统设置和注意事项。
关键词：原油储罐；泡沫灭火：液下喷射
泡沫灭火系统是原油储罐消防中的重要设施，对于将火灾控制在初起阶段，防止火灾蔓延扩大起着至关重要的作用。液下喷射泡沫灭火系统在油罐发生火灾时具有不易被破坏的特点，其通过泡沫喷射口将泡沫从储罐的下部喷射到油品中。然后在油品的浮力作用下，上浮到油面，扩散后覆盖整个液面进行灭火。
伊朗M油田设置了2座2000m3固定顶储罐，根据伊朗国家石油规范规定，原油固定顶储罐需设置由泡沫消防水泵、泡沫比例混合装置、高背压泡沫产生器等组成的液下喷射泡沫灭火系统。国内油田或油库多使用液上喷射泡沫灭火系统，对液下喷射系统介绍较少，本文结合工程实例介绍了不同国家规范的液下喷射泡沫灭火系统的适用条件和特点，重点介绍了该系统的设置及注意事项。
一、液下喷射泡沫灭火系统的灭火机理
液下喷射泡沫灭火是靠空气泡沫通过燃烧的油层，覆盖燃烧液面以降低液面表层的温度，隔断燃油空气供给，达到灭火的目的。以氟蛋白泡沫液为例，氟蛋白泡沫由于氟碳表面活性剂分子中的氟碳链既有疏水性，又有很强的疏油性，使它既可以在泡沫和油的交界上形成水膜，也能把油滴包于泡沫中，阻止油的蒸发，降低含油泡沫的燃烧性。据测定，氟蛋白泡沫中的汽油质量分数高达17%以上时才能自由燃烧。泡沫液独特的疏油特性保证了泡沫在通过油层的过程中形成了泡沫包围油滴的浮团，可有效进行灭火。
二、液下喷射泡沫灭火系统的特点
与液上喷射泡沫灭火系统相比，液下喷射泡沫灭火系统具有以下特点：
(1)泡沫人口安装在油罐底部，当油罐发生燃烧爆炸时。泡沫灭火设备不易受到破坏，可以正常工作。
(2)泡沫达到燃烧液面，不是通过高温火焰和沿着热的罐壁流人的。这样就减少了泡沫受高温和辐射热的破坏，提高了泡沫灭火效率。
(3)泡沫从油罐底部浮升到燃烧油面上，促使罐内产生对流，使冷油上升，能起到冷却作用，更有利于灭火。
(4)泡沫入口装在油罐底部，使油罐有效储量增加。
(5)可设专用泡沫管线，也可不设专用泡沫管线，而利用油罐进出油管线做为泡沫管线，这样可以减少投资，也便于管理。
(6)高背压泡沫产生器及其附件一般安装在防火堤外地面上，且泡沫喷射口安装在油罐底部，方便维护、检修。
伊朗国家石油规范指出：经验表明，对于固定顶罐，液上喷射泡沫灭火系统可靠性不足，①腐蚀可能导致泡沫产生器的气体密封板破裂，使得储罐内的可燃气体窜人泡沫混合液管线当中，影响安全；②固定顶罐内的火灾往往会造成爆炸，而爆炸很可能导致泡沫产生器及其配件的破坏，从而导致泡沫灭火系统在关键时刻不能使用。基于以上原因，伊朗消防工程师认为液下喷射泡沫灭火系统适用于伊朗M油田的油罐灭火。
三、不同规范中液下喷射泡沫系统的比较
美国防火协会标准(NFPA11 Standardfor Low，Medium，and High—Expansion Foam)，伊朗国家石油规范(IPS-E-SF-140 EngineeringStandard for Foam Generating and Proportioning Systems)和中国国家规范(GB50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》)在描述泡沫灭火系统时均提到液下喷射泡沫灭火系统11-3]。主要规定内容对比及其它参数分别见表1～表3。
经过上述对比可以看出：3个规范的适用储罐类型和储罐储存介质要求一致，在喷射强度和喷射时间的要求上略有差别。笔者认为，液下喷射泡沫液时，要解决的主要问题是如何防止泡沫夹带过多油品成为可燃泡沫而失去灭火能力。因此对泡沫液有较强的选择性，且合理的发泡倍数能有效控制泡沫含油率，故规范中都明确规定了相关要求。
四、液下喷射泡沫灭火系统设置注意事项
(1)关于使用限制，前文已有论述。这里要强调的是液下喷射泡沫灭火系统只适用于固定顶储罐和介质是非水溶性的甲、乙、丙类液体。
(2)泡沫液的选择。上文已规定氟蛋白、水成膜、成膜氟蛋白泡沫液适用于液下喷射泡沫灭火系统，而蛋白泡沫液不适用液下喷射泡沫灭火系统。因后者从油罐底层向上浮升时，较易受油品污染，因此也较易被引燃破坏。
(3)合理设计泡沫的发泡倍数。根据国内相关试验，发泡倍数大，泡沫含油率相应增大。为将泡沫含油率控制在非燃浓度内。又要考虑其综合灭火效果，泡沫发泡倍数应控制在3倍左右较为适宜。美国防火协会标准和中国国家规范中明确规定液下喷射灭火系统发泡倍数应大于2，且应小于4。
(4)合理控制泡沫进入油品的速度。泡沫进入油品的速度是一个重要的技术参数。因为流速增大，泡沫与油品的搅动以及在油罐内油品形成的湍流也增大，致使泡沫含油量增大为减少泡沫中的含油量，保证灭火效果，就必须限制泡沫进入油品的速度。我国的国家规范规定，泡沫进人甲、乙类液体的速度不应大于3m/s：泡沫进入丙类液体的速度不应大于6m/s。
(5)设置防油品渗漏设施。这个问题比较突出，泡沫喷射管上止回阀容易密封不严，导致原油储罐内油品渗漏。为解决渗漏问题，有些系统除关闭了储罐根部的闸阀外，在防火堤外又设置一道处于关闭状态的闸阀，这样使该系统处于半瘫痪状态，发生火灾时，不能迅速及时地启动泡沫灭火系统进行灭火：有的系统将泡沫喷射管设置成顶部高于液面的门形，既给安装带来困难，又增加了泡沫管道的阻力，同时影响美观。伊朗M油田项目在止回阀后设置爆破片，既能实现迅速及时灭火，又能有效防止油品渗漏。
(6)泡沫产生器最大允许背压。液下泡沫产生器、混合器、扩散管、压力表等构成。当有压力的泡沫混合液以高速度射流通过喷嘴后，在混合管段内形成真空负压区吸入空气与泡沫混合液混合后形成泡沫，输入油罐内。为保证空气泡沫能够有效地覆盖液面，泡沫产生器需要较高的背压以克服产生器后面的由爆破片、止回阀等产生的局部损失、产生器后面的管道至泡沫喷射口的沿程损失以及储罐内液体的静压。美国WILLIAMSFIRE泡沫产生器规定，产生器最大允许背压应小于40%进口压力，其规定产生器标准进口压力为1.03MPa，最大允许背压为0．41MPa。由高背压泡沫产生器的流量特性系数和进口压力P可以计算出所需的泡沫混合液的流量Q。
(7)泡沫喷射口布置形式。泡沫喷射口的数量由储罐直径和油品性质决定，前文已有论述。喷射口应能够保证泡沫液均匀分配覆盖液体表面，当泡沫喷射口数量达到2个或更多时，典型布置方式见图1。
五、结语
在油田、油库生产过程中，由于存在易燃、易爆、有毒等不安全因素，危险性极大。合理选用泡沫灭火系统是油罐消防的重要环节，在火灾起始阶段，能够有效防止其蔓延扩大。实践证明，液下喷射泡沫灭火系统相比于其它形式喷射灭火系统具有其自身优点，能够适用于固定顶罐非水溶性甲、乙、丙类液体。在选用液下喷射泡沫灭火系统时，设计人员应考虑泡沫液的选择、泡沫的发泡倍数、泡沫喷射口布置形式、高背压泡沫产生器的特点等技术参数。同时应设置防油品渗漏设施。
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本文主要内容来自于：李庄(中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京100085)
中图分类号：TE48；TU998．1文献标识码：A文章编号：1009—2455(2014)O1—0076—03
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