氣體滅火系統在LNG碼頭的設計應用
發表日期：2016-07-07 文章來源：趙向榮 胡筱瑗 王
摘要：根據國內現行規范要求，提出防護區個數多，各防護區面積小的LNG碼頭控制室等建筑物的氣體滅火系統選用預制無管網七氟丙烷全淹沒滅火系統。闡述七氟丙烷的滅火機理、滅火系統設置、滅火系統控制方式及滅火裝置的組成，對滅火系統的主要技術參數進行計算。
1 概述
與其他貨類碼頭相比，液化天然氣(LNG)碼頭的建設具有特殊性，其安全控制問題更為突出。行業標準JTS165－5－2009《液化天然氣碼頭設計規范》第9．2．6．6款規定，在液化天然氣碼頭的控制室和配電間應設置氣體滅火系統。本文結合工程實例研究LNG碼頭控制室氣體滅火系統的設計應用。
2 工程概況
本工程位于南通港呂四港區，由LNG碼頭和陸域廠站組成。碼頭布置在規劃的液體散貨功能區東側，位于小廟洪水道深槽以南，其西側為已建大唐電廠碼頭和在建呂四港區環抱式港池。本工程擬建設1個LNG卸船泊位，碼頭結構按150900m3LNG船設計。建設規模近期LNG吞吐量為60×104t／a，遠期吞吐量為115×104t／a。LNG碼頭通過3890m的引橋與后方罐區陸域相連，碼頭呈T形布置，LNG碼頭工作平臺上設碼頭控制室(內含控制室、設備間、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、防護設備等。
碼頭控制室、低壓配電間及其附屬設備間是液化天然氣碼頭的中樞和動力中心，一旦發生火災將會引起較大損失，為保證安全，需根據規范要求設置氣體滅火系統。
3 氣體滅火系統設計
3.1滅火系統的選擇
在GB50370－2005《氣體滅火系統設計規范》中列出了3種氣體滅火系統，分別是：七氟丙烷滅火系統、IG541混合氣體滅火系統和熱氣溶膠預制滅火系統。根據本工程防護區個數較多、各個防護區面積較小的實際特點和規范要求，在設計中選擇了預制無管網七氟丙烷全淹沒滅火系統。該滅火系統是一種預制的、全淹沒滅火系統，獨立成套，它與有管網滅火系統相比，具有安裝靈活方便、外形美觀、滅火劑無管網損失、滅火效率高、速度快、無污染等特點，是一種無管網、輕便、可移動、自動滅火的消防設備，可保護較小的區域面積。無管網滅火系統不設儲瓶間，儲氣瓶及整個系統均設置在保護區內。火災發生時，系統直接向保護區內噴放滅火劑，方便快捷。適用于計算機房、檔案館、貴重物品庫、電訊中心等較小空間的保護區。
3.2七氟丙烷的滅火機理
①使防護區冷卻
七氟丙烷滅火劑在高壓下以液態的形式儲存在容器內，在噴出噴頭時，液態滅火劑迅速轉變成氣態，需要吸收大量的熱量，降低了防護區和火焰周圍的溫度。
②滅火劑抑制燃燒反應
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連鎖反應的鏈傳遞，從而抑制燃燒過程中的化學反應，實施滅火。
③消耗氧氣
防護區內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滅火系統設置
設計保護對象為變壓器室、低壓配電間、控制室、設備間和UPS室共5個防護區，用5套預制無管網七氟丙烷滅火裝置進行保護。系統設計充裝壓力為2.5MPa，滅火系統設計溫度為20℃，防護區圍護結構及門窗的耐火極限均不宜低于0.5h，吊頂的耐火極限不宜低于0.25h，防護區圍護結構承受內壓的允許壓強不宜低于1200Pa。防護區的門應向疏散方向開啟，并能自行關閉，用于疏散的門必須能從防護區內打開。系統滅火劑單位容積的充裝量不應大于1120kg／m3。防護區應設置泄壓口，并宜設在外墻上，其高度應位于防護區凈高的2／3以上。噴放滅火劑前，防護區內除泄壓口外的其他開口應能自行關閉。
防護區內的疏散通道及出口應設應急照明與疏散指示標志。防護區的入口處設聲光報警器和滅火劑噴放指示燈，以及防護區采用的相應氣體滅火系統的永久性標志牌。
3.4滅火系統控制方式
滅火系統具有自動、手動兩種控制方式，滅火系統工作流程見圖1。
①自動控制
在防護區無人時，將自動滅火控制器內控制方式轉換開關撥到“自動”位置，滅火系統處于自動控制狀態。各保護區均設兩路獨立探測回路，當防護區第一路探測器發出火災信號時，發出警報，指示火災發生的部位。當第二路探測器亦發出火災信號后，自動滅火控制器開始進入延時階段，同時發出聯動指令，關閉聯動設備及保護區內除應急照明外的所有電源。自動延時30s后(0～30s可調，此階段用于關閉通風、空調、門窗和防護區內除應急照明外的所有電源)，向控制火災區的電磁啟動器發出滅火指令，開啟容器閥，打開七氟丙烷儲氣瓶，向防護區進行滅火作業。同時報警探測器接收壓力信號發生器的反饋信號，控制面板噴放指示燈亮。
②電氣手動控制
在防護區有人工作或值班時，將自動滅火控制器內控制方式轉換開關撥到“手動”位置，滅火系統即處于手動控制狀態。火災探測器處于手動狀態時，當防護區發生火情，火災探測器只發出報警信號，不輸出動作信號，由值班人員確認火警后，可按下自動滅火控制器內手動啟動按鈕，或啟動設在防護區門外的緊急啟動按鈕，即可按上述程序啟動滅火系統，實施滅火。在自動控制狀態，仍可實現電氣手動控制。電氣手動控制實施前防護區內人員必須全部撤離。當發生火災警報，在延遲時間內發現不需要啟動滅火系統進行滅火時，可按下自動滅火控制器上或手動控制盒內的緊急停止按鈕，即可阻止滅火指令的發出，停止系統滅火程序。
3.5滅火裝置的組成
主要由儲氣瓶組、電磁啟動器、壓力信號發生器、連接軟管、箱體和噴頭等組成，無管網七氟丙烷滅火裝置的結構見圖2。
①儲氣瓶組
儲氣瓶組是自動滅火系統用于儲存及釋放滅火劑的主要部件，按設計要求充裝七氟丙烷和增壓氮氣。火災發生時將滅火劑釋放出去進行滅火。儲氣瓶組由儲氣容器(七氟丙烷儲氣瓶、增壓氮氣儲氣瓶)、容器閥、虹吸管、保護帽等組成。儲存容器是鋼制無縫儲氣瓶，七氟丙烷在高壓下以液態儲存在容器內。當發生火警時，通過電磁啟動器開啟容器閥，七氟丙烷經容器閥出口向防護區噴放。
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、釋放機構、動作機構組成。當發生火警時由火災報警控制器輸出直流電流，啟動電磁鐵，電磁鐵啟動釋放機構，使動作機構動作，閘刀刺破容器閥的密封膜片，釋放出七氟丙烷滅火劑。
③壓力信號發生器
由本體、點動開關、彈簧、活塞等組成。壓力信號發生器平時觸點開路，在釋放氣體滅火劑時管路壓力推動壓力信號發生器的活塞，接通開關，送出工作信號給滅火控制系統，顯示系統已啟動。
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，箱體上部有進線孔，供連接外部設備用。
3.6滅火系統主要技術參數
GB50370－2005《氣體滅火系統設計規范》第3．3．4條：油浸變壓器室、帶油開關的配電室和自備發電機房等防護區，滅火設計濃度宜采用9％。第3．3．5條：通訊機房和電子計算機房等防護區滅火設計濃度宜采用8％。第3．3．7條：在通訊機房和電子計算機房等防護區，設計噴放時間不應大于8s；在其他防護區，設計噴放時間不應大于10s。第3．3．8條：滅火浸漬時間應符合下列規定：通訊機房和電子計算機房內的電氣設備火災應采用5min；其他固體表面火災采用10min。各個防護區滅火系統的設計參數見表1。
3.7滅火裝置的設計計算
①滅火設計用量計算
式中m——滅火設計用量或惰化設計用量，kg
K——海拔修正系數
V——防護區凈容積，m3
n——滅火劑過熱蒸氣在101kPa和防護區最低環境溫度下的質量體積，m3／kg
c1——滅火設計濃度或隋化設計濃度，％
q——防護區最低環境溫度，℃
②系統滅!足劑儲存量計算
m0=m+Dm1+Dm2(3)
式中m0——系統滅火劑儲存量，kg
Dm1——儲存容器內的滅火劑剩余量，kg
Dm2——管道內的滅火劑剩余量，kg
③防護區的泄壓口面積計算
式中A——泄壓口面積，m2
qm——滅火劑在防護區平均噴放速率，kg/s
p——圍護結構承受內壓的允許壓力，Pa
t——滅火劑設計噴放時間，s
④計算實例
以控制室為例，控制室為有人值守，設定q=20℃。各防護區的Dm1均按3kg計，Dm2按0kg計。控制室圍護結構承受內壓的允許壓力為1200Pa。
由公式(1)～(5)可得：
除控制室外其余防護區均為無人值守，按q=5℃計；其他各個防護區的體積、滅火設計濃度和設計噴放時間參數見表1。各防護區的設計計算結果見表2。
4注意事項
①氣體滅火系統設計采用的產品及組件必須符合國家有關標準和規定的要求。
②滅火后的防護區應通風換氣，通風換氣次數應不少于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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