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PIPENET在油气储罐区消防系统水力模拟中的应用

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PIPENET 在油气储罐区消防系统水力模拟中的应用

梅欢, 连广宇

【摘 要】摘要: 采用美国NFPA 和API 系列标准, 结合某大型油气储罐区的消防布置要求, 分析和比较了油气储罐区内各构筑物火灾工况时的消防用水量。 选取消防水量较大的2 种火灾工况, 通过PIPENET 软件进行火灾发生时的水力模拟分析并优化设计内容, 校核消防水量, 提供消防泵的选型参数。 【期刊名称】《工业用水与废水》 【年(卷),期】2019(050)004 【总页数】3

【关键词】 油气储罐区; PIPENET 软件; 美国消防规范; 水力模拟分析 水力模拟分析是消防水系统设计的重要方法,正确合理的水力分析对确保系统正常运行、 最佳的经济性和适用性具有重要作用[1]。 PIPENET 软件是目前国际工程领域使用最为广泛的管网流体分析软件, 具有强大的工程管网系统的数值计算、 模拟仿真和系统优化等功能, 能够使工程管网系统的设计更科学、 更合理、 更经济、 更安全; 同时有效地提高设计效率、 增加工程收益、 降低事故发生率。 其消防模块用于消防管网稳态设计的数值计算及模拟仿真, 遵循国际公认和常用的各种消防规范(如NFPA 美国消防规范、 FOC 英联邦国家消防规范、GB 国标消防规范等), 并符合上述规范对各行业消防系统设计的各种强制性计算和布置要求, 同时生成国际通用的NFPA 格式的消防计算书[1-6]。 本文以中东某产油国大型石油储罐区消防系统设计为例,采用PIPENET 软件中的消防模块, 对厂区消防水系统进行水力模拟分析, 优化设计内容, 校核消防水量, 并确定消防泵等主要消防设备的设计参数。

1 工程概况

该工程项目位于中东某产油国境内, 站内主要构筑物如表1 所示, 分2 期完成。 当地气候条件恶劣, 属于热带沙漠地区, 干燥且风沙大, 年降水量少于50 mL, 最高温度达55 ℃, 最低温度达-5 ℃。项目总占地面积约为100 000 m2, 石油储罐区地形高差约10 m, 总图布置呈倾斜状。

2 消防水系统设计

2.1 消防水系统

该大型油气储罐区消防水系统主要由道路周边的消火栓和消防炮等组成。 厂区主要工艺装置石油储罐罐顶设置有低倍数泡沫灭火系统, 并在储罐外表面设置有水喷雾冷却系统; 液化石油气储罐外表面同样设置有水喷雾冷却系统。 消防水源主要由当地市政供水管网提供, 加设了海水备用水源。 消防水系统主要包括室内外消火栓系统、 室外消防炮、泡沫灭火系统、 水喷雾以及水喷淋系统等, 采用高压消防给水系统。 2.2 消防水量计算

从招标文件中得知当地关于消防水量计算依据如下: 基于同一时间只发生一次火灾时的最大消防用水量; 火灾发生时的总用水量包括固定式和移动式等所有保护措施的用水量; 原油储罐等发生火灾时需要对其临近罐也提供暴露保护, 临近罐包括距离着火罐下风向2 D(2 倍直径)和上风向1 D(1 倍直径)储罐[7], 其保护面积为储罐的上半部分[8]; 所采用的单个室外消火栓额定流量为1 000 L/min,单个室外消防炮额定流量为2 000 L/min, 单个室外泡沫栓额定流量为189 L/min; 各构筑物消防水喷淋系统、 水喷雾系统和泡沫灭火系统的用水量考虑10% 的不均匀性余量。 根据具体总图布置, 各构筑物

灭火强度和火灾时消防用水量如表2 所示,泡沫灭火剂采用浓度为3%的AR-AFFF。

2.3 消防水系统的PIPENET 水力分析

作为大型石油储罐区消防水系统, 本项目地形高差较大, 所以最远点未必是最不利点。 根据消防水量计算, 并结合总图高程布置, 选取2 种最不利的火灾工况进行消防水力模拟分析, 建立模型。 火灾工况FS-1:AOT-T1 原油储罐区发生火灾: 火灾工况FS-2:ALPG-02 液化石油气球罐区发生火灾。 2.3.1 建模

本项目采用PIPENET 软件中Spray/Sprinkler Moudule 模块进行水力分析计算。 根据总图和管网实际规划, 结合水消防系统管道流程图, 同时参考储罐、 管道和消火栓等实际设备参数进行建模[3],并向软件中输入基本计算参数, 模型如图1 所示。

消防管网采用海曾-威廉公式进行水力计算, 使用NFPA 标准, 消防水粘度为0.001 Pa·s(20 ℃), 水的密度为998.23 kg/m3(20 ℃), 消防炮额定流量为2 000 L/min(额定压力为1 MPa), 消火栓额定流量为1 000 L/min(额定压力为1 MPa), 采用镀锌钢管(海曾-威廉系数为120)和普通无缝钢管(海曾-威廉系数为120)。 管道流速要求不超过3.5 m/s。 将最大消防用水量31 880.2 L/min 输入到软件中, 软件自动计算主环网管径为DN 450 mm, 流速为3.45 m/s, 满足要求, 同时推算出其他各支管的管径。将上述结果作为设计参数输入到实际模拟工况中。 2.3.2 模拟分析

(1) 火灾工况FS-1 工况。 ①采用PIPENET 软件中的User-defined

specifications 算法, 定向开启消火栓FH-61-007, FH-61-010, 满足其消防额定工作压力1.0 MPa, 开启消防炮MO-61-008; ②泡沫撬设定输出流量为1 440 L/min, 压力由软件自动计算; ③着火罐AOT-T1 的冷却水量5 640 L/min, 临近罐AOT-T2 和AOT-T1 的冷却水量各设定2 820 L/min, 输入到软件中, 模拟结果如图2所示。 火灾发生时所有相关的消防设施均开启, 经软件计算, 泵站出口处流量为19 623.3 L/min, 扬程为1.18 MPa。 (2) 火灾工况FS-2 工况。 ①采用PIPENET 软件中的User-defined specifications 算法, 定向开启着火罐ALPG-02 附近的消火栓FH-61-012, 满足其消防额定工作压力1.0 MPa, 开启消防炮MO-61-011; ②着火罐ALPG-02 的冷却水量12 816 L/min, 临近罐ALPG-T2 和AOT-T1 的冷却水量各设定7 872 L/min, 输入到软件中, 模拟结果如图3所示。 火灾发生时所有相关的消防设施均开启, 经软件计算, 泵站出口处流量31 650.7 L/min, 扬程为1.22 MPa。

根据上述2 种最不利工况分析, 系统的最不利工况为FS-2, 即液化石油气球罐着火时。 此时系统的消防用水量为31 650.7 L/min(1 899 m3/h), 消防泵出口压力为1.22 MPa。

根据分析结果选用2 台流量1 000 m3/h 消防电泵作为消防主泵, 并备用1 台柴油泵。

3 结论

(1) 根据对上述2 种最不利火灾工况的水力模拟结果可知, 本设计最大消防流量为31 650.7 L/min(1 899 m3/h), 消防泵出口压力为1.22 MPa, 作为此次选泵的参数。 本项目选用2 台流量1 000 m3/h 消防电泵作为消防

主泵。

(2) 采用PIPENET 进行水力模拟, 可随时调整输入边界条件, 有助于优化管径。 经过上述水力分析, 选用DN 450 mm 的碳钢管作为消防主环网管。 参考文献:

[1] 阎贵文, 安明泉. PIPENET 软件用于海上平台消防水系统的水力分析[J]. 石油工程建设, 2012, 38(6): 13-15.

[2] 蒙晓非, 赵光. 大型循环水系统的优化设计与软件应用结合的探讨[J]. 工业用水与废水, 2014, 45(1): 43-46.

[3] 毛伟志. 海上平台复杂消防水管网的水击力初步模拟计算[J].工业用水与废水, 2016, 47(2): 77-80.

[4] 张祎达, 袁国清, 李金林, 等. 油田站场消火栓系统设计与分析[J]. 油气田地面工程, 2017, 36(1): 28-32.

[5] 张克雄, 毛伟志, 陈好, 等. PIPENET 水力分析在曹妃甸改造项目中的应用研究[J]. 化工技术与开发, 2011, 40(5): 50-52.

[6] 赵光. PIPENET 软件在大型石化企业消防系统中的应用[J]. 消防设计, 2016, 16(3): 47-50.

[7] NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. Standard for the Installation of Foam-Water Sprinkler and Foam-Water Spray Systems: NFPA 16—2007[S]. Quincy: IHS, 2007.

[8] AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE.Application of Fixed Water Spray Systems for Fire Protection in the Petroleum and Petrochemical Industries: API 2030—2005[S]. Quincy: IHS, 2005.

[9] NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. Standard for the Installation of Sprinkler Systems: NFPA 13—2010[S]. Quincy:IHS, 2010.

[10] NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection: NFPA 15—2007 [S].Quincy: IHS, 2007.

【文献来源】

https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_industrial-water-

wastewater_thesis/0201275749133.html

PIPENET在油气储罐区消防系统水力模拟中的应用

PIPENET在油气储罐区消防系统水力模拟中的应用梅欢,连广宇【摘要】摘要:采用美国NFPA和API系列标准,结合某大型油气储罐区的消防布置要求,分析和比较了油气储罐区内各构筑物火灾工况时的消防用水量。选取消防水量较大的2种火灾工况,通过PIPENET软件进行火灾发生时的水力模拟分析并优化设计内容,校核消防水量,提供消
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