CN103055447A - 易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统，而提供一种能防止火灾发生，发生火情时，能自动灭火的系统。水箱的出水管通过水泵及进水管道与内部冷却水管的进水口连接，进水管道上有内部冷却水进水控制电磁阀，内部冷却水管的进水口处有压力传感器，内部冷却水管的出水口通过内部冷却出水控制电磁阀与外部壁面冷却水管的进水口连接，外部壁面冷却水管上有多个朝向容器外部壁面的喷水孔；压力传感器的信号输出端与报警控制器的信号输入端连接，报警控制器的控制信号输出端与水泵、内部冷却水进水控制电磁阀、内部冷却水出水控制电磁阀和细水雾灭火装置的高压泵连接。在火情发生时能对容器内外进行冷却灭火，降低火灾造成的损失。

Description

易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统

技术领域

本发明涉及消防技术领域，特别是涉及一种易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，石油及石油产品在生产、生活中的应用越来越广泛，各类油库、加油站日益增多，而油罐是储存散装油料最为重要的设备，油罐储油是当前应用最普遍的一种储油方式。油罐内储存的各种油品一般都具有易挥发、易流失、易燃烧、易爆炸等性质，一旦发生火灾，必将造成重大的损失。

为了保证石油安全，我国于2003年建立石油储备体系，相比外国比较滞后，尚缺乏健全完善的石油安全预警应急体系。庞大的石油储备必然带来大量石油储存罐区的兴建，石油以及其制品的易燃易爆性，必然带来一系列的安全问题。多年间发生的石油罐区火灾事故造成的损失巨大，教训惨痛，使得人们更充分的认识到石油罐区安全问题的重要性和迫切性。其他易燃物储存也存在类似的问题。

目前，易燃物储存区的消防主要是在油罐区安装火灾自动报警系统。当发生火灾时，火灾自动报警系统发出报警信号，再由人工拨打火灾报警电话，等待消防救援。在等待消防救援的过程中，人工使用灭火装置进行灭火。由于油罐等的易燃易爆性，一旦发生火灾，仅靠个人使用普通灭火装置是很难控制的，并且一旦不能第一时间发现，将会造成无法估量的损失。往往发生火灾后，在等待消防救援人员赶到时，又会耽误了救援的黄金时间，因此，减缓火灾发展的速率及火灾危害等级、为灭火救援到场提供时间是降低火灾损失的重要手段。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够预防火灾发生，在发生火情时，能够自动灭火的易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统，包括水箱、水泵、内部冷却水管、外部壁面冷却水管、内部冷却水进水控制电磁阀，内部冷却水出水控制电磁阀、用于检测内部冷却水管内压力的压力传感器、报警控制器、细水雾灭火装置，所述水箱的出水管通过所述水泵及进水管道与所述内部冷却水管的进水口连接，所述进水管道上安装有所述内部冷却水进水控制电磁阀，所述内部冷却水管的进水口处安装有所述压力传感器，所述内部冷却水管的出水口通过所述内部冷却出水控制电磁阀与所述外部壁面冷却水管的进水口连接，所述外部壁面冷却水管上设置有多个朝向容器外部壁面的喷水孔；所述压力传感器的信号输出端与所述报警控制器的信号输入端连接，所述报警控制器的控制信号输出端分别与所述水泵、内部冷却水进水控制电磁阀、内部冷却水出水控制电磁阀和所述细水雾灭火装置的高压泵连接；正常情况下，所述内部冷却水管装满水后，所述内部冷却水进水控制电磁阀和内部冷却水出水控制电磁阀处于关闭状态；发生火情时，所述内部冷却水进水控制电磁阀和内部冷却水出水控制电磁阀开启。

所述内部冷却水管为盘管。

所述内部冷却水管和外部壁面冷却水管均为铜管。

所述内部冷却水管和外部壁面冷却水管分别通过支架安装于易燃物储存容器上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的自动冷却控火灭火系统在容器内部安装有冷却水管，能够降低容器内部的易燃物的温度，预防火灾的发生。

2、本发明的自动冷却控火灭火系统通过压力传感器检测进水管的压力变化，能够及时感知火灾的发生，并在火情发生时，及时打开容器内外的冷却水，对容器内外进行冷却灭火，能够降低火灾造成的损失及人员伤亡。

3、本发明的自动冷却控火灭火系统结构简单，使用方便。

附图说明

图1所示为本发明易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统的示意图；

图2所示为外部冷却水管的俯视图；

图3所示为内部冷却系统的俯视图；

图4所示为冷却系统俯视图。

图中：1.易燃物容器，2.内部冷却水管，3.外部壁面冷却水管，4.喷水孔，5.内部冷却水出水控制电磁阀，6、压力传感器，7.内部冷却水进水控制电磁阀，8.进水管道，9.水泵，10.水箱,11.细水雾灭火装置，12.报警控制器，13.支架。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统的示意图如图1-图4所示，包括水箱10、水泵9、内部冷却水管2、外部壁面冷却水管3、内部冷却水进水控制电磁阀7、内部冷却水出水控制电磁阀5、用于检测内部冷却水管内压力的压力传感器6、报警控制器、细水雾灭火装置11，所述水箱10的出水管通过所述水泵9及进水管道8与所述内部冷却水管2的进水口连接，所述进水管道8上安装有所述内部冷却水进水控制电磁阀7，所述内部冷却水管2的进水口处安装有所述压力传感器6，所述内部冷却水管2的出水口通过所述内部冷却出水控制电磁阀5与所述外部壁面冷却水管3的进水口连接，所述外部壁面冷却水管3上设置有多个朝向容器外部壁面的喷水孔4。所述压力传感器6的信号输出端与所述报警控制器12的信号输入端连接，所述报警控制器12的控制信号输出端分别与水泵9、所述内部冷却水进水控制电磁阀7、内部冷却水出水控制电磁阀5和所述细水雾灭火装置11的高压泵连接。正常情况下，所述内部冷却水管2装满水后，所述内部冷却水进水控制电磁阀7和内部冷却水出水控制电磁阀5处于关闭状态，发生火情时，所述内部冷却水进水控制电磁阀7和内部冷却水出水控制电磁阀5开启。

为了达到最佳的冷却效果，所述内部冷却水管2为盘管。所述内部冷却水管2和外部壁面冷却水管3均为铜管。

所述内部冷却水管和外部壁面冷却水管分别通过支架13安装于易燃物储存容器1上。

下面以容积为125立方米的汽油罐、内部冷却水管采用铜管为例，给出相应的内部冷却水管尺寸及压力随温度变化关系：

125立方米油罐热释放率计算：

容积： $V=\frac{\mathrm{\π}}{4}\×D^2\×H---\left(1\right)$

式（1）中D为油罐直径，H为油罐高度，按照材料和费用最省原则，则H≈2R，综合考虑，得出D=4m，H=10m。

热释放速率公式：Q＝MΔH_cA_f        （2）

式（2）中：M为单位面积的质量燃烧速率（kg·m^-2·s^-1）；

M＝0.55×(1-exp(-kβD))        （3）

取经验常数，kβ＝2.1m^-1，汽油密度ρ＝0.725kg/L，ΔH_c为燃烧热值(J·g^-1)，ΔH_c＝43700000J/kg，A_f为燃烧面积，

$A_f=\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{4};---\left(4\right)$

根据公式（1-4）可得出Q=30180.17KW。冷却系统可带走10％的热量，即冷却系统可带走的热量q=3018017W。

内部冷却水管长度l的计算：

对流换热公式： $q=h_m\mathrm{A\Δ}{t}_m=\mathrm{\ρu}\frac{\mathrm{\π}{d_m}^2}{4}{c}_p(t_{\mathrm{out}}-t_{\mathrm{in}})---\left(5\right)$

式中t_in为内部冷却水管内冷却水的温度，t_in＝25℃；t_out为内部冷却水管的外部壁面温度，t_out＝100℃；A为换热面积，Δt_m为定性温度，

ρ为水的密度，ρ＝980kg/m³；u为管内冷却水流速，u＝2m/s；c_p为比热容，c_p＝4.180KJ/(kg·K)；d_m为内部冷却水管直径，取内部冷却水管d_m＝17.4mm。

可查得导热系数λ＝0.66W/(m·K)，运动粘滞系数v_f＝0.450×10^-6m²/s，普朗特数Pr_f＝2.9，则

雷诺数 ${\mathrm{Re}}_f=\frac{\mathrm{ud}}{v_f}=\frac{5\×0.05}{0.450\×{10}^{-6}}=7.7\×{10}^4---\left(6\right)$

取内部冷却水管内壁温度t_w＝100℃，查出，

η_w＝0.295m²/s,η_f＝0.46m²/s，则

努谢尔数 $\mathrm{Nu}=0.027{\mathrm{Re}}_f^{0.8}{\mathrm{Pr}}_f^{1/3}{\left(\frac{{\mathrm{\η}}_f}{{\mathrm{\η}}_w}\right)}^{0.14}=333.18---\left(7\right)$

对流换热系数 $h_m=\frac{{\mathrm{\λ}}_f}{d}{\mathrm{Nu}}_f=\frac{0.66}{0.0174}\×333.18=12637.77w/m^2\·k---\left(8\right)$

$l=\frac{q}{\mathrm{\πdh}(t_w-t_f)}=\frac{3018017}{\mathrm{\π}\×0.0174\×12637.77\×37.5}=117m---\left(9\right)$

因此，得出内部冷却水管d＝0.0174m，长度l＝117m。

根据上述计算过程，下表为3种不同直径油罐所需内部冷却水管长度。

表1不同直径油罐所需内部冷却水管长度

管内压力预判计算：

下根据PR方程给出水管内压力随温度变化的关系：

PR方程 $p=\frac{\mathrm{RT}}{V_m-b}-\frac{a\left(T\right)}{{V_m}^2+2V_{m}b-b^2}---\left(10\right)$

式（10）中，p为系统的压力,kPa；T为系统的温度,K;

b为常数

$b=0.0778\frac{{\mathrm{RT}}_c}{p_c}---\left(11\right)$

体积 $V=\mathrm{\π}\·{\left(\frac{17.4\×{10}^{-3}}{2}\right)}^{2}l=0.0278m^3---\left(12\right)$

摩尔体积 $V_m=\frac{V\·M}{m}=0.018m^3/\mathrm{kmol}$

常数 $a\left(T\right)=\mathrm{\α}\·a\left(\mathrm{Tr}\right)=0.45724\frac{R^2{T}_c^2}{p_c}\·\mathrm{\α}---\left(13\right)$

$\mathrm{\α}={\{1+m[1-{\left(\frac{T}{T_c}\right)}^{0.5}\left]\right\}}^2---\left(14\right)$

m＝0.37464+1.54266ω-0.26992ω²        （15）

$\mathrm{\ω}=\frac{0.781}{Z_c}-2.667---\left(16\right)$

P_c为水临界压力,p_c＝227.98×10⁵pa;T_c为水临界温,T_c＝373.5K;R为气体常数,R=8.314kJ/(kmol·K);α为温度函数式；T_r为气体对比温度,T_r=T/T_c;v为气体比容,m³/kmol;ω为偏心因子，Z_c＝0.29。

根据上述可得出：

m＝0.4

a(T_r)＝0.193

$\mathrm{\α}={[1.4-0.4{\left(\frac{T}{T_c}\right)}^{0.5}]}^2$

$P=\frac{\mathrm{RT}}{V_m-b}+\frac{a\left(T\right)}{{V_m}^2+{2V}_{m}b-b^2}=464T+{34T}^{0.5}-1167---\left(17\right)$

当油罐起火，由于内部冷却水管为铜材质，导热效果良好，因此，内部冷却水管管内水温迅速增加到100℃，则根据公式（17）可知，此时管内压力为0.17Mpa。

因此，当报警控制器检测到压力传感器的压力值到达0.17Mpa时，报警控制器向水泵9、内部冷却水进水控制电磁阀7、内部冷却水出水控制电磁阀5和细水雾灭火装置中的高压泵发出控制信号，内部冷却水进水控制电磁阀7、内部冷却水出水控制电磁阀5和细水雾灭火装置中的高压泵开启，通过细水雾灭火装置的喷头向油罐喷水进行灭火。

储存油罐时，开启水泵9及内部冷却水进水控制电磁阀7，关闭内部冷却水出水控制电磁阀5使水箱中的水介质通过进水管道8流入内部冷却水管2，内部冷却水管充满水后关闭内部冷却水管进水电磁阀7，停止水泵9。冷却水能够降低油罐内部温度，起到冷却油罐效果，预防火灾发生。一旦油罐起火，油罐内温度升高，内部冷却水管内压力骤增，当报警控制器检测到压力传感器的压力值达到预定值时，报警控制器向内部冷却水进水控制电磁阀7、内部冷却水出水控制电磁阀5和细水雾灭火装置中的高压泵发出控制信号，细水雾灭火装置中的高压泵开启，通过细水雾灭火装置的细水雾喷淋对起火油罐降温灭火，与此同时，开启水泵9，内部冷却水进水控制电磁阀7、内部冷却水出水控制电磁阀5同时开启，使水箱中的水介质流经进水管道、内部冷却水管进入到外部壁面冷却水管，水介质在外部壁面冷却水管中通过喷水孔向油罐壁面喷淋，从而起到对起火油罐降温冷却效果。

本发明的结构简单，可以通过该装置对起火油罐进行第一时间冷却灭火，可降低经济损失及人员伤亡。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统，其特征在于，包括水箱、水泵、内部冷却水管、外部壁面冷却水管、内部冷却水进水控制电磁阀，内部冷却水出水控制电磁阀、用于检测内部冷却水管内压力的压力传感器、报警控制器、细水雾灭火装置，所述水箱的出水管通过所述水泵及进水管道与所述内部冷却水管的进水口连接，所述进水管道上安装有所述内部冷却水进水控制电磁阀，所述内部冷却水管的进水口处安装有所述压力传感器，所述内部冷却水管的出水口通过所述内部冷却出水控制电磁阀与所述外部壁面冷却水管的进水口连接，所述外部壁面冷却水管上设置有多个朝向容器外部壁面的喷水孔；所述压力传感器的信号输出端与所述报警控制器的信号输入端连接，所述报警控制器的控制信号输出端分别与所述水泵、内部冷却水进水控制电磁阀、内部冷却水出水控制电磁阀和所述细水雾灭火装置的高压泵连接；正常情况下，所述内部冷却水管装满水后，所述内部冷却水进水控制电磁阀和内部冷却水出水控制电磁阀处于关闭状态；发生火情时，所述内部冷却水进水控制电磁阀和内部冷却水出水控制电磁阀开启。

2.根据权利要求1所述的易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统，其特征在于，所述内部冷却水管为盘管。

3.根据权利要求1或2所述的易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统，其特征在于，所述内部冷却水管和外部壁面冷却水管均为铜管。

4.根据权利要求3所述的易燃物储存容器自动冷却控火灭火系统，其特征在于，所述内部冷却水管和外部壁面冷却水管分别通过支架安装于易燃物储存容器上。

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