第六章油库消防系统设计与安全管理

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第六章油库消防系统设计与安全管理

第一节油库消防系统设计第二节油库防雷第三节油库防静电

2

第一节油库消防系统设计

油库火灾和爆炸的原因主观原因客观原因

电器设备的火花、过热等金属的撞击引起火花静电和雷电可燃物的自燃库外火源


3


石油产品易燃、易爆性衡量判据石油产品易燃性衡量判据闪点、燃点、自燃点石油产品易爆性衡量判据爆炸极限


4


燃烧与灭火燃烧定义：同时伴有发光、发热的激烈的

氧化反应燃烧三要素（燃烧的必要条件）

可燃物助燃物导致燃烧的能源


5


燃烧机理（连锁反应理论）在空气中存在着游离态的原子、离子的具有

一定能量的活性基因，或称活化基、活化中心。主要是原子氧、氢、氢氧化合物： O* 、 H* 、OH* （ * 表示是活化基）例如氢的燃烧，连锁反应可以写成下面几个步骤：

H*+O2→O*+OH*

O*+H2→H*+OH*

2(OH*+H2) →2(H*+H2O)

H*+3H2 ＋ O2→2H2O+3H*

形成活化基增殖的反应链。

+


6


爆炸及爆炸极限爆炸定义：物质自一种状态迅速转变成另一

种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生巨大声响的现象称为爆炸

根据爆炸压力波传播速度，爆炸可分为：轻爆：传播速度（数十厘米 ~ 数米 / 秒）爆炸：传播速度（ 10 米 ~ 数百米 / 秒）爆轰：传播速度（ 1000 ～ 7000m/s ）


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爆炸分类物理性爆炸化学性爆炸

– 简单分解爆炸– 复杂分解爆炸– 爆炸性混合物爆炸

由可燃气体、蒸气及粉尘与空气混合形成的混合物的爆炸均属此类爆炸。这类爆炸需要一定的条件，例如：爆炸性物质的含量、含氧量、激发能源等等。同此，其危险性较前二类要低，但极普遍，造成的危害性也较大。

从机理上讲，爆炸性混合物爆炸属于混合燃烧的剧烈形式。


8


爆炸极限：可燃气体或蒸气与空气组成的混合物能使火焰蔓延的最低、最高浓度，称为该气体或蒸气的爆炸下限、上限

影响爆炸极限的因素：（ 1 ）原始温度（ 2 ）原始压力（ 3 ）含惰性介质量


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灭火方法冷却法窒息法隔离法化学中断法（化学抑制法）

常用灭火剂水蒸汽干粉卤化物化学泡沫空气泡沫


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第一节油库消防系统设计油罐火灾的类型

稳定燃烧爆炸燃烧爆燃沸溢燃烧

热波：宽馏分油品储罐火灾中，高温热油层随重组分向下传播的现象称为热波现象

产生沸溢的必要条件– 油品具有移动热波特性– 油品中含有游离水、乳化水、或者油层下有水垫层– 油品具有足够的粘度


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第一节油库消防系统设计油罐火灾的特点

油品燃烧表面温度

油品燃烧速度直线燃烧速度：单位时间内由于燃烧使油品表面

下降的速度， cm/h 或 mm/min重量燃烧速度， kg/m2 · h

油品种类燃烧表面温度汽油 80℃煤油 321~326℃原油 300℃重油大于 300℃


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罐内油品燃烧火焰特征火焰的高度

火焰的倾斜度

火焰的温度：燃烧火焰温度主要取决于燃烧物的种类，一般石油产品的火焰温度在 900 ~ 1200℃之间。火焰温度高，热辐射强度大，对邻近物的威胁也就越大。

通常认为：D>6m ，焰高 H=1.5D D≤6m ，焰高 H=2~3D

无风条件下：倾角 0 ~ 15° 风速≥ 4m/s ：倾角 60 ~ 70°


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空气泡沫的制备

空气泡沫的灭火原理隔离与窒息作用隔热与降温作用冲淡可燃气体，减轻火势

泡沫液泡沫混合液空气 ( 机械 ) 泡沫

加水加空气比例混合器泡沫产生器



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空气泡沫的性能要求具有良好的稳定性和抗烧性具有良好的流动性具有适当的发泡倍数

空气泡沫的性能指标25%析液时间抗烧时间90%控制时间



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空气泡沫灭火系统的形式液上喷射空气泡沫灭

火系统固定式灭火系统半固定式灭火系统移动式灭火系统

液下喷射空气泡沫灭火系统


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液上喷射空气泡沫灭火系统的主要设备泡沫比例混合器

负压比例混合器压力比例混合器

泡沫产生器消火栓、水枪、水龙带、泡沫钩管、泡沫管架、泡沫枪等移动设备


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19



20



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负压比例混合器命名（例如 PH32 ）PH代表泡沫 (P) 、混合器 (H) 第一个汉字声母32代表最大混合液输出量， L/s

负压比例混合器适用流程——环泵式流程压力比例混合器命名（例如 PHY32 ）

PH代表泡沫 (P) 、混合器 (H) 、压力 (Y) 第一个汉字声母

32代表最大混合液输出量， L/s



22



23



24


泡沫灭火系统设计内容泡沫液用量、储备量消防用水量、储备量泡沫产生器数量泡沫比例混合器数量消火栓数量泡沫泵、清水泵的选择等


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泡沫混合液供给强度 Zh

定义：为有效灭火，单位时间内、单位燃烧面积上所需供给的泡沫混合液量，单位为 L/min·m2

取值参见《低倍数泡沫灭火系统设计规范》(GB50151-92)


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泡沫混合液计算耗量在进行泡沫灭火系统设计计算时，油库的泡

沫混合液计算耗量是以油库一次灭火所需最大泡沫混合液消耗量作为混合液计算耗量

一次是指只考虑油库一个罐起火的情况最大消耗量是指对不同规格、不同油品储罐做计算，找出混合液用量最大的储油罐为着火罐，以此作为设计计算依据算出混合液计算耗量


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第一节油库消防系统设计扑救油罐火灾泡沫混合液计算耗量

固定顶罐： F= 着火油罐的横截面积外浮顶罐： F= 着火油罐壁板与泡沫堰板之间的环形面积内浮顶罐

– 浅盘式和浮盘采用易溶材料制作的内浮顶油罐，同固定顶油罐– 单、双盘式内浮顶油罐，计算同外浮顶油罐

FZQ hhG

QhG ：油罐一次灭火所需的泡沫混合液量， L

Zh ：泡沫混合液供给强度， L/min.m2

F ：燃烧面积， m2

τ ：泡沫混合液连续供给时间， min


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扑救流散火灾所需的泡沫混合液用量

式中： qpQ ：泡沫枪泡沫混合液工作流量， L/min

npQ ：泡沫枪数 τh3 ：混合液连续供给时间， min

3hpQpQhL nqQ

油罐直径 (m) PQ8 型泡沫枪数量 n (支 ) 连续供给时间 τh3 (min)

<23 1 10

23~33 2 20

>33 3 30第六章油库消防系统设计与安全管理

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泡沫液消耗量 Qye

m ：泡沫混合液中泡沫液所占的百分比泡沫液储量

Qh3 ：充满管道的混合液体积

mQQQ hLhGye

31.1~05.1 hye mQQV


30

第一节油库消防系统设计消防用水总量

配制泡沫混合液的用水量冷却着火油罐的用水量或冷却邻近油罐的用水量或式中： Zs ：冷却水的供给强度， L/min.m2 或 L/s.m F1 ：着火罐罐壁表面积， m2 （固定式冷却系统） L1 ：着火罐冷却范围计算长度， m （移动式冷却系统） L2 ：邻近罐冷却范围计算长度， m τ1 ：冷却水供给时间， D>20m 时， τ1=6h D≤20m 时， τ1=4h

321 ssss QQQQ hLhGs QQmQ 11

112 FZQ ss 112 LZQ ss

123 FZQ ss 123 LZQ ss


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第一节油库消防系统设计泡沫产生器数量

或向上取整 qch ：一个泡沫产生器混合液的工作流量 Lg 、 Lc ：冷却范围长度、产生器保护范围长度

固定顶储罐、浅盘式和浮盘采用易熔材料制作的内浮顶储罐的泡沫产生器数量不应小于下表的规定

ch

hhGc q

QN

/

c

gc L

LN

储罐直径 (m) 泡沫产生器数量 ( 个 )

<10 1

10~20 2

21~25 3

26~35 4第六章油库消防系统设计与安全管理

32


泡沫比例混合器的数量常用向上取整

qbh ：一个泡沫比例混合器最大混合液流量

消防水池容量灭火期间无清水补充灭火期间有清水补充

bh

hhGb q

QN

/

bh

chcb q

qNN

ss QV

sss qQV 1 h)/(m96

3ss

Qq


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泡沫泵选择流量要求

环泵式压力式

扬程要求环泵式

压力式

qQQ h

hQQ

g

PZHH

h

cp

g

PPZHH

h

cp

q：环泵循环回流流量 Hp ：泡沫混合液管线总摩阻ΔZ：泡沫产生器入口与消防水池液面之间的高差 Pc ：泡沫产生器入口的工作压力ΔP：压力式混合器入口与出口之间的压降 ρh ：混合液的密度


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清水泵的选择流量要求

扬程要求

式中： Hz ：为了保证一定的充实水柱，水枪喷嘴出口所必需的压头， m Hd ：水带摩阻， m Hg ：水池至消火拴出口的摩阻， m ΔZ ：水枪出口至水池液面之间的高差， m

212 LLZQ s

ZHHHH gdz


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消火栓的数量

'

2

1sxs nnn

xx q

Qn 2

nx ：水枪数qx ：一支水枪的额定流量， L/s ：备用数量，一般取 2~3 个

'sn


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罐区消火栓的布置1. 确定着火罐及其邻近油罐 ;

2. 确定消火拴数量 ns ;

3. 初步布置这 ns 个消火拴 ;

4. 计算一支消火拴的保护半径 R ，使 R≤120m;

5. 选定另一个油罐为着火油罐，并确定其邻近油罐 ;

6. 重复第 2) 、 3) 、 4) 步，注意利用已经布置好的消火拴，作适当的调整 ;

7. 重复第 5) 、 6) 步，最终确定并布置罐区的消火拴 Ns 。


37

第二节油库防雷

雷电的形成构成雷电的基本条件

是雷云重力分离起电机制对流起电机制

-

+

冰丸

+

冰晶

E

- - - - - - -

- - - - - - -

- - - - - - -

+++++++

++++++++++++++

+++++++

传导电流


38


雷电的种类线状雷电( 发生在云、地之间 )片状雷电( 发生在云、云之间 )球雷


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直接危害电效应热效应机械效应

间接危害雷电反击静电感应电磁感应跨步电压

<3m

雷电的危害导体绝缘体非导体

+ +

+ + +

- - -

火花放电

导体

U


40


避雷针的种类独立避雷针附设避雷针


41

第二节油库防雷避雷针的组成

接闪器引下线接地体

垂直接地体水平接地体复合接地体当单根接地体的接地电阻 R>10 时，应考虑适当数

量的单根接地体组成复合接地体，使 Rf ≤10 。可反算出 ( 向上取整 )

10

R

R

Rn

f


42


避雷针的保护原理


43

第二节油库防雷单支避雷针的保护范围

在地面上的保护半径：

任一高度 hx 水平面上的保护半径：式中： h ：避雷针的总高度， m

hx ：被保护物体的高度， m

rx ：高度为 hx处避雷针的保护半径， m P ：避雷针超过 30m 时，保护范围受高度影响的系数。当 m 时， P=1 当 30<h<120 m 时， ha ：避雷针的有效高度， m;

hr 5.10

P

h

hh

rx

ax

1

5.1

hP

30

xa hhh

30h

hx

ha hrx

r0


44


双支等高避雷针的保护范围

17

3.14.1

Ph

a

r

b

ax

x P

ahh

70

式中： bx ：两避雷针之间中间点处 hx 高度上保护宽度的一半， m

a ：两避雷针之间的距离， m h0 ：两避雷针之间中点处所能保护的最大高度。

bb

rx

rxhx

a

hha

高度 hx 水平截面

h0

P

ahh

70


45


接地电阻的计算1. 垂直接地体的接地电阻

式中：：土壤电阻率， L ：接地体全长， m

d ：接地体直径或当量直径， m

t ：地面到接地体中部的深度， m

Lt

Lt

d

L

LR

4

4ln

2

12ln

2

t

L

d


46


2. 水平接地体的接地电阻

式中： d ：水平接地体直径或等效直径， m K ：水平接地体形状系数

K

td

L

LR

2

ln2

t

L

d


47


3. 复合接地体的接地电阻

式中： Rf ：复合接地体的接地电阻， R ：单根垂直（水平）接地体的接地电阻， n ：垂直（水平）接地体的根数；：复合接地体的屏蔽系数，一般取 0.8 。

nR

R f


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油罐防雷措施固定顶油罐：

我国的《石油库设计规范》规定：顶板厚度≥4mm ，不设避雷针；顶板厚度＜ 4mm ，设避雷针。

浮顶油罐按《石油库设计规范》规定，浮顶罐可以不设避雷针，罐体做良好的接地，并且浮顶与罐体之间用两根截面积不小于 25mm2 的软铜线作电气连接。


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地上非金属油罐应装设独立避雷针。油罐的金属附件和外露金

属件做电气连接并接地，为了防止电磁感应、静电感应的破坏，在罐顶铺设金属网并接地，金属网采用直径不小于 8mm 的圆钢做不大于 6m×6m的网格。

覆土油罐凡覆土厚度在 0.5m 以上者，可不设避雷装置。


50

第三节油库防静电液体带电的双电层理论


51

第三节油库防静电

液体带电的成因液体与固体（气体或不相溶的液体）接触形

成双电层接触两相的相对运动，两者分别带有极性相

反的电荷

[ 接触、分离 ]


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油品起电途径油品在管路中流动起电水滴、杂质在油品中的沉降起电油品冲击起电喷射起电


53


非导电性介质中电荷的流散和积累1 、介质中电荷的流散

根据静电学原理，在静电场中电荷流散规律为：

t

eQQ

0t

e

0或Q0 、 — t =0 时的电量、电荷密度 ;

Q 、 — t 时刻的电量、电荷密度 ;0

kr 0 , — 介质放电的时间常数 , s;

— 介质的介电常数 ;

— 真空介电常数。r0 =8.845×10 12 ﹣ c2/N·m2

0k — 介质电阻率， Ω.m


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讨论：（ 1 ）介质中电荷量或电荷密度是以指数规律减少的，而且时间常数越小，电荷流散越快。

Q

Q 0

¦Ó 1

¦Ó 2

t

0.5Q 0

¦Ó 1>¦Ó 2

e

1（ 2 ）为电量泄漏到原电量的所需要的时间。（ 3 ）电荷泄漏的快慢仅与介质的性质有关。

t

eQQ

0


55


2 、介质内部电荷的积累

当介质的性质、运动状态和环境一定时，电荷的产生速率是一定的。我们可以推导出介质电荷积累规律的表达式。

)1( t

s e


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第三节油库防静电影响静电产生和积累的因素

介质电阻率的影响当电阻率 k处于处于 1010~1012范围时，最易积累静电；

k＜ 109 或 k＞ 1013 时，不易积累静电。影响电阻率的因素：油品所含杂质；介电常数；液体粘滞性；混合溶质等

管线材质及管壁粗糙度的影响管路中的设备、附件的影响流态的影响

（注：以下电阻率 k 的单位为：）

m


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第三节油库防静电静电放电

静电放电的类型电晕放电火花放电刷形放电

影响静电放电的因素电极形状电极极性气体状态电压作用时间

放电危险程度 :火花放电＞刷形放电＞电晕放电。

油品带负电荷更易放电。


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静电放电引起爆炸和火灾事故的必要条件有静电产生的来源静电能积累到放电的程度静电放电能量达到爆炸性混合物最小引燃能量放电空间有处于爆炸极限范围之内的可燃气体


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第三节油库防静电油库防止静电事故的措施

减少静电的产生控制流速控制加油方式防止不同油品相混，或油品中含有空气或水

增强电荷的流散加抗静电剂设置静电消除器设置静电缓和器接地与跨接

消除危险放电消除爆炸性混合气体

END第六章油库消防系统设计与安全管理

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