气体灭火系统在LNG码头的设计应用
摘要：根据国内现行规范要求，提出防护区个数多，各防护区面积小的LNG码头控制室等建筑物的气体灭火系统选用预制无管网七氟丙烷全淹没灭火系统。阐述七氟丙烷的灭火机理、灭火系统设置、灭火系统控制方式及灭火装置的组成，对灭火系统的主要技术参数进行计算。
关键词：LNG码头控制室；气体灭火系统；设计计算；七氟丙烷
1 概述
与其他货类码头相比，液化天然气(LNG)码头的建设具有特殊性，其安全控制问题更为突出。行业标准JTS165－5－2009《液化天然气码头设计规范》第9．2．6．6款规定，在液化天然气码头的控制室和配电间应设置气体灭火系统。本文结合工程实例研究LNG码头控制室气体灭火系统的设计应用。
2 工程概况
本工程位于南通港吕四港区，由LNG码头和陆域厂站组成。码头布置在规划的液体散货功能区东侧，位于小庙洪水道深槽以南，其西侧为已建大唐电厂码头和在建吕四港区环抱式港池。本工程拟建设1个LNG卸船泊位，码头结构按150900m3LNG船设计。建设规模近期LNG吞吐量为60×104t／a，远期吞吐量为115×104t／a。LNG码头通过3890m的引桥与后方罐区陆域相连，码头呈T形布置，LNG码头工作平台上设码头控制室(内含控制室、设备间、UPS室、变压器室和低压配电间等)、管线支墩和集液池，并安装卸船、登船、防护设备等。
码头控制室、低压配电间及其附属设备间是液化天然气码头的中枢和动力中心，一旦发生火灾将会引起较大损失，为保证安全，需根据规范要求设置气体灭火系统。
3 气体灭火系统设计
3.1灭火系统的选择
在GB50370－2005《气体灭火系统设计规范》中列出了3种气体灭火系统，分别是：七氟丙烷灭火系统、IG541混合气体灭火系统和热气溶胶预制灭火系统。根据本工程防护区个数较多、各个防护区面积较小的实际特点和规范要求，在设计中选择了预制无管网七氟丙烷全淹没灭火系统。该灭火系统是一种预制的、全淹没灭火系统，独立成套，它与有管网灭火系统相比，具有安装灵活方便、外形美观、灭火剂无管网损失、灭火效率高、速度快、无污染等特点，是一种无管网、轻便、可移动、自动灭火的消防设备，可保护较小的区域面积。无管网灭火系统不设储瓶间，储气瓶及整个系统均设置在保护区内。火灾发生时，系统直接向保护区内喷放灭火剂，方便快捷。适用于计算机房、档案馆、贵重物品库、电讯中心等较小空间的保护区。
3.2七氟丙烷的灭火机理
①使防护区冷却
七氟丙烷灭火剂在高压下以液态的形式储存在容器内，在喷出喷头时，液态灭火剂迅速转变成气态，需要吸收大量的热量，降低了防护区和火焰周围的温度。
②灭火剂抑制燃烧反应
七氟丙烷灭火剂是由大分子组成的，高温下分子中的分子链断裂，其分解物能够中断燃烧过程中化学连锁反应的链传递，从而抑制燃烧过程中的化学反应，实施灭火。
③消耗氧气
防护区内灭火剂的喷放降低了氧气的浓度，从而降低了燃烧的速度。
3.3灭火系统设置
设计保护对象为变压器室、低压配电间、控制室、设备间和UPS室共5个防护区，用5套预制无管网七氟丙烷灭火装置进行保护。系统设计充装压力为2.5MPa，灭火系统设计温度为20℃，防护区围护结构及门窗的耐火极限均不宜低于0.5h，吊顶的耐火极限不宜低于0.25h，防护区围护结构承受内压的允许压强不宜低于1200Pa。防护区的门应向疏散方向开启，并能自行关闭，用于疏散的门必须能从防护区内打开。系统灭火剂单位容积的充装量不应大于1120kg／m3。防护区应设置泄压口，并宜设在外墙上，其高度应位于防护区净高的2／3以上。喷放灭火剂前，防护区内除泄压口外的其他开口应能自行关闭。
防护区内的疏散通道及出口应设应急照明与疏散指示标志。防护区的入口处设声光报警器和灭火剂喷放指示灯，以及防护区采用的相应气体灭火系统的*性标志牌。
3.4灭火系统控制方式
灭火系统具有自动、手动两种控制方式，灭火系统工作流程见图1。
①自动控制
在防护区无人时，将自动灭火控制器内控制方式转换开关拨到“自动”位置，灭火系统处于自动控制状态。各保护区均设两路独立探测回路，当防护区*路探测器发出火灾信号时，发出警报，指示火灾发生的部位。当第二路探测器亦发出火灾信号后，自动灭火控制器开始进入延时阶段，同时发出联动指令，关闭联动设备及保护区内除应急照明外的所有电源。自动延时30s后(0～30s可调，此阶段用于关闭通风、空调、门窗和防护区内除应急照明外的所有电源)，向控制火灾区的电磁启动器发出灭火指令，开启容器阀，打开七氟丙烷储气瓶，向防护区进行灭火作业。同时报警探测器接收压力信号发生器的反馈信号，控制面板喷放指示灯亮。
②电气手动控制
在防护区有人工作或值班时，将自动灭火控制器内控制方式转换开关拨到“手动”位置，灭火系统即处于手动控制状态。火灾探测器处于手动状态时，当防护区发生火情，火灾探测器只发出报警信号，不输出动作信号，由值班人员确认火警后，可按下自动灭火控制器内手动启动按钮，或启动设在防护区门外的紧急启动按钮，即可按上述程序启动灭火系统，实施灭火。在自动控制状态，仍可实现电气手动控制。电气手动控制实施前防护区内人员必须全部撤离。当发生火灾警报，在延迟时间内发现不需要启动灭火系统进行灭火时，可按下自动灭火控制器上或手动控制盒内的紧急停止按钮，即可阻止灭火指令的发出，停止系统灭火程序。
3.5灭火装置的组成
主要由储气瓶组、电磁启动器、压力信号发生器、连接软管、箱体和喷头等组成，无管网七氟丙烷灭火装置的结构见图2。
①储气瓶组
储气瓶组是自动灭火系统用于储存及释放灭火剂的主要部件，按设计要求充装七氟丙烷和增压氮气。火灾发生时将灭火剂释放出去进行灭火。储气瓶组由储气容器(七氟丙烷储气瓶、增压氮气储气瓶)、容器阀、虹吸管、保护帽等组成。储存容器是钢制无缝储气瓶，七氟丙烷在高压下以液态储存在容器内。当发生火警时，通过电磁启动器开启容器阀，七氟丙烷经容器阀出口向防护区喷放。
紧急情况时，可用手指拉住保险扣拉手，将保险扣拉出，拍击手动按钮，即可开启容器阀，直接释放出七氟丙烷气体。
②电磁启动器
由电磁铁、释放机构、动作机构组成。当发生火警时由火灾报警控制器输出直流电流，启动电磁铁，电磁铁启动释放机构，使动作机构动作，闸刀刺破容器阀的密封膜片，释放出七氟丙烷灭火剂。
③压力信号发生器
由本体、点动开关、弹簧、活塞等组成。压力信号发生器平时触点开路，在释放气体灭火剂时管路压力推动压力信号发生器的活塞，接通开关，送出工作信号给灭火控制系统，显示系统已启动。
④连接软管
主要由高压橡胶软管和球面接头组成，连接软管是容器阀与液体单向阀之间的连接管路。
⑤箱体和喷头
喷头为全淹没喷头，安装在箱体上端，用来喷放灭火剂。箱体由Q235冷轧钢板制成，表面采用静电喷涂，用来安装储存瓶组、高压软管、启动器、喷头等部件，箱体底部有地脚螺栓孔供固定用，箱体上部有进线孔，供连接外部设备用。
3.6灭火系统主要技术参数
GB50370－2005《气体灭火系统设计规范》第3．3．4条：油浸变压器室、带油开关的配电室和自备发电机房等防护区，灭火设计浓度宜采用9％。第3．3．5条：通讯机房和电子计算机房等防护区灭火设计浓度宜采用8％。第3．3．7条：在通讯机房和电子计算机房等防护区，设计喷放时间不应大于8s；在其他防护区，设计喷放时间不应大于10s。第3．3．8条：灭火浸渍时间应符合下列规定：通讯机房和电子计算机房内的电气设备火灾应采用5min；其他固体表面火灾采用10min。各个防护区灭火系统的设计参数见表1。
3.7灭火装置的设计计算
①灭火设计用量计算
式中m——灭火设计用量或惰化设计用量，kg
K——海拔修正系数
V——防护区净容积，m3
n——灭火剂过热蒸气在101kPa和防护区*环境温度下的质量体积，m3／kg
c1——灭火设计浓度或隋化设计浓度，％
q——防护区*环境温度，℃
②系统灭!足剂储存量计算
m0=m+Dm1+Dm2(3)
式中m0——系统灭火剂储存量，kg
Dm1——储存容器内的灭火剂剩余量，kg
Dm2——管道内的灭火剂剩余量，kg
③防护区的泄压口面积计算
式中A——泄压口面积，m2
qm——灭火剂在防护区平均喷放速率，kg/s
p——围护结构承受内压的允许压力，Pa
t——灭火剂设计喷放时间，s
④计算实例
以控制室为例，控制室为有人值守，设定q=20℃。各防护区的Dm1均按3kg计，Dm2按0kg计。控制室围护结构承受内压的允许压力为1200Pa。
由公式(1)～(5)可得：
除控制室外其余防护区均为无人值守，按q=5℃计；其他各个防护区的体积、灭火设计浓度和设计喷放时间参数见表1。各防护区的设计计算结果见表2。
4注意事项
①气体灭火系统设计采用的产品及组件必须符合国家有关标准和规定的要求。
②灭火后的防护区应通风换气，通风换气次数应不少于5次／h。
③在有人值守的控制室宜配置空气呼吸器。
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