CN106552386B - 一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统 - Google Patents

Abstract

一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，包括液氮储站、低温液氮增压泵和监测‑喷注一体盒；监测‑喷注一体盒包括壳体、设有玻璃球破裂自由面的玻璃球膨胀型定温火灾探测器、扩张腔和喇叭形出口且三者之间形成低温氮气腔；液氮储站顶部通过排气接口与自提升缓冲罐相连，自提升缓冲罐通过外壳上接口与低温氮气腔连通；低温液氮增压泵与低温球阀的入口处连接；低温球阀的出口处通过储气管后段与玻璃球破裂自由面相连，储气管后段上设置有连接线，连接线上依次连接有压力反馈器、消防联动控制器和报警器，所述报警器与低温球阀的控制端连接。该系统可解决火灾高效响应和液氮有效输送、高效雾化、扩散的难题，达到油罐内自动高效抑爆灭火的目的。

Description

一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统

技术领域

本发明属于油罐安防领域，具体涉及一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统。

背景技术

目前，油罐储油是最普遍的一种储油方式，储存原油的最大浮顶储罐已达20×10⁴m³，储运成品油的最大内浮顶储罐也已达到5×10⁴m³。由国际资源保护组织(RPI)负责，BP、Shell等16家石油公司组织开展的LASTFIRE项目表明每年发生15～20起大型石油化工储罐火灾事故。近年来我国油罐火灾爆炸事故频发，特别是油罐改造、施工、作业等过程中存在极大的火灾隐患。

传统的油罐区消防系统多以消防水系统和泡沫灭火系统为主，水灭火时，水分混杂在油品中燃烧时，燃烧的油品有的大量外溢，有的从罐内猛烈喷出形成高达70-80m的巨大火柱，火柱顺风向喷射距离可达120m左右，容易直接烧至邻近油罐，扩大受灾面积；泡沫灭火具有延迟性，一般适用于地面油火的覆盖灭火，且流动性差使得灭火效率较低；另外，传统的油罐区消防技术多为消防车被动式抢险灭火，不仅灭火不及时，而且还会给油罐內的油料带来污染，造成油料的报废。

发明内容

本发明的目的是提供一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，该系统能够实时监控油罐的压力，通过液氮降温抑爆灭火来进行自动防护，当消防联动控制器收到油罐内压力减小的信号后能够迅速进行液氮灭火，解决火灾高效响应和液氮有效输送、高效雾化和扩散的难题，达到油罐内实时、高效、安全灭火的目的，且不会污染油罐內的油料。

为实现上述目的，一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，包括液氮储站和低温液氮增压泵，所述系统还包括监测-喷注一体盒、压力反馈器、消防联动控制器、报警器和低温球阀；所述监测-喷注一体盒位于储油罐内并固定设置在储油罐顶壁上，储油罐顶部设有安全阀；所述监测-喷注一体盒包括壳体、玻璃球膨胀型定温火灾探测器、扩张腔和喇叭形出口，所述壳体的一端设有外壳上接口和外壳下接口，另一端设有可供喇叭形出口安装的开口；所述玻璃球膨胀型定温火灾探测器上设有玻璃球破裂自由面，所述扩张腔的两端分别与玻璃球破裂自由面和喇叭形出口相连，所述喇叭形出口的侧壁为筛孔结构；所述玻璃球膨胀型定温火灾探测器、扩张腔和喇叭形出口与壳体之间形成低温氮气腔；

所述液氮储站的顶部设有排气接口，所述排气接口通过低温氮气管前段与自提升缓冲罐相连，自提升缓冲罐通过低温氮气管后段和外壳上接口与低温氮气腔连通；所述液氮储站的底部出口与低温液氮增压泵连接，所述低温液氮增压泵通过储气管前段与低温球阀的入口处连接；所述低温球阀的出口处通过储气管后段和外壳下接口与玻璃球破裂自由面相连，所述储气管后段上设置有连接线，所述连接线上依次连接有压力反馈器、消防联动控制器和报警器，所述报警器与低温球阀的控制端连接。

优选的，所述扩张腔中间段的管径为两端管径的1.5～5.0倍。

优选的，所述自提升缓冲罐的材质为铝，进一步的，所述自提升缓冲罐的罐体外层设置翅片或者肋片。

优选的，所述喇叭形出口侧壁上筛孔的孔径为0.5～2.0cm。

优选的，所述低温氮气管后段的管径小于低温氮气管前段的管径。

优选的，所述储气管前段、储气管后段、低温氮气管前段和低温氮气管后段均为不锈钢无缝钢管且外层包裹聚氨酯保温套。

进一步的，所述液氮储站的顶部设有液氮补给接口。

进一步的，所述储气管后段的耐压为0.15MPa以上；所述储气管后段上设置有膨胀节。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)高效响应，快速主动防护：根据储油罐内油品的燃点不同选择不同温度的玻璃球膨胀型定温火灾探测器，当储油罐内温度达到额定温度时，玻璃球膨胀型定温火灾探测器内的有机溶液受高温膨胀在玻璃球破裂自由面发生破裂，储气管后段内封存的汽化液氮泄压，消防联动控制器立即启动报警器及低温球阀，输出液氮及时进行灭火；

(2)高效雾化，快速扩散降温：经低温氮气腔增压的低温氮气自提升并通过喇叭形出口的侧壁筛孔，与扩张腔出口的液氮混合，使得喇叭形出口的液氮呈现高效雾化、高效扩散的形态，雾化液氮撞击油气颗粒，有助于其与储油罐受限空间内的油气充分的传热传质，冷凝油气混合物，形成氮气帷幕隔离带，惰化罐体内的空间，失去燃烧爆炸能力；

(3)气液两相分离，使得液氮的输送更为高效；通过重力分离的原理，液态氮通过储气管前段输送，汽化的低温氮气通过排气接口经低温氮气管输送，尽量避免了非稳态热力学现象发生，降低液氮输送气塞等难题；

(4)减少氮气的损耗，灭火后无残留；利用液氮自身的性质来降低油罐內的温度，不污染油料，不会损坏油品质量，且不损伤到储油设备，安全环保；

(5)本质安全：当液氮汽化后压力大于额定值时，安全阀自动开启泄压，实现抑爆功能；

本系统尤其适用于油罐区内储油罐内火灾实时监测及高效安全灭火，结构简单，响应及时，节省人力，实现全天候监测，具有广泛的实用性。由于液氮不与其他物质起化学反应，因此本发明亦可推广至船舶、集装箱、危化品等消防场所。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图，

图2为本发明中监测-喷注一体盒的放大结构示意图；

图中，1、安全阀，2、储油罐，3、监测-喷注一体盒，3-1、壳体，3-2、玻璃球破裂自由面，3-3、玻璃球膨胀型定温火灾探测器，3-4、扩张腔，3-5、喇叭形出口，3-6、低温氮气腔，3-7、外壳上接口，3-8、外壳下接口，4-1、储气管前段，4-2、储气管后段，5、压力反馈器，6、消防联动控制器，7、报警器，8、低温球阀，9、膨胀节，10、自提升缓冲罐，11、低温液氮增压泵，12、排气接口，13、液氮储站，14、液氮补给接口，15-1、低温氮气管前段，15-2、低温氮气管后段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示的一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，包括液氮储站13和低温液氮增压泵11，所述系统还包括监测-喷注一体盒3、压力反馈器5、消防联动控制器6、报警器7和低温球阀8；所述监测-喷注一体盒3位于储油罐2内并固定设置在储油罐2顶壁上，储油罐2顶部设有安全阀1；所述监测-喷注一体盒3包括壳体3-1、玻璃球膨胀型定温火灾探测器3-3、扩张腔3-4和喇叭形出口3-5，所述壳体3-1的一端设有外壳上接口3-7和外壳下接口3-8，另一端设有可供喇叭形出口3-5安装的开口；所述玻璃球膨胀型定温火灾探测器3-3上设有玻璃球破裂自由面3-2，所述扩张腔3-4的两端分别与玻璃球破裂自由面3-2和喇叭形出口3-5相连，所述喇叭形出口3-5的侧壁为筛孔结构；所述玻璃球膨胀型定温火灾探测器3-3、扩张腔3-4和喇叭形出口3-5与壳体3-1之间形成低温氮气腔3-6；

所述液氮储站13的顶部设有排气接口12，所述排气接口12通过低温氮气管前段15-1与自提升缓冲罐10相连，自提升缓冲罐10通过低温氮气管后段15-2和外壳上接口3-7与低温氮气腔3-6连通；所述液氮储站13的底部出口与低温液氮增压泵11连接，所述低温液氮增压泵11通过储气管前段4-1与低温球阀8的入口处连接；所述低温球阀8的出口处通过储气管后段4-2和外壳下接口3-8与玻璃球破裂自由面3-2相连，所述储气管后段4-2上设置有连接线，连接线上依次连接有压力反馈器5、消防联动控制器6和报警器7，所述报警器7与低温球阀8的控制端连接。

为了提高液氮的初次雾化效果，所述扩张腔3-4中间段的管径为两端管径的1.5～5.0倍。

为了提高自提升缓冲罐10的热交换效应，从而提高低温氮气的压强，所述自提升缓冲罐10的材质为铝，自提升缓冲罐10的罐体外层设置翅片或者肋片。

为了进一步提高低温氮气的压强，从而进一步提高液氮的二次雾化效果，所述喇叭形出口3-5侧壁上筛孔的孔径为0.5～2.0cm；所述低温氮气管后段15-2的管径小于低温氮气管前段15-1的管径。

为了提高管道的耐压承受能力和保温效果，从而提高液氮和氮气在管内的压强，所述储气管前段4-1、储气管后段4-2、低温氮气管前段15-1和低温氮气管后段15-2均为不锈钢无缝钢管且外层包裹聚氨酯保温套。

为了更方便向液氮储站13内增加液氮，所述液氮储站13的顶部设有液氮补给接口14。

为了防止储气管后段4-2升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，所述储气管后段4-2的耐压为0.15MPa以上；所述储气管后段4-2上设置有膨胀节9。

使用时，当储油罐2内温度达到额定温度时，玻璃球膨胀型定温火灾探测器3-3内有机溶液受高温膨胀在玻璃球破裂自由面3-2发生破裂，储气管后段4-2内封存的汽化液氮通过扩张腔3-4和喇叭形出口3-5排出而泄压。此时，消防联动控制器6接受到压力反馈器5反馈的压力减小信号后立即控制启动报警器7报警及连锁打开低温球阀8，低温液氮增压泵11随即开始增压，液氮经过储气管前段4-1、低温球阀8、膨胀节9、储气管后段4-2和玻璃球膨胀型定温火灾探测器3-3后进入扩张腔3-4，进入扩张腔3-4内的液氮由于扩张腔3-4的特殊扩径结构，液氮的液柱或液团被打碎分离实现初次雾化，最后通过喇叭形出口3-5对储油罐2进行及时的灭火作业；同时液氮储站13自然汽化的氮气经排气接口12进入低温氮气管前段15-1，然后进入外层呈翅片或者肋片结构的自提升缓冲罐10，低温氮气经与外界的充分传热后受热膨胀，体积增加，压力升高，再经过低温氮气管后段15-2，由于低温氮气管后段15-2的管径比低温氮气管前段15-1小，使得低温氮气的出口压力进一步增加，呈高压的低温氮气经低温氮气腔3-6和喇叭形出口3-5的侧壁筛孔与扩张腔3-4出口的液氮混合，从而使得喇叭形出口3-5的液氮二次雾化，呈现高效雾化的形态，实现高效扩散。

高效雾化液氮撞击油气颗粒，有助于其与储油罐2内的油气空间充分的传热传质，汽化吸热时可抑制油品的挥发汽化，已经汽化的油气在低温环境下液化为液态油，从而减少油品损耗，达到高效灭火、迅速降温的目的。当液氮汽化后压力超过额定值时，储油罐2的安全阀1开启泄压，液氮灭火汽化后氮气经安全阀1排出。当火势消灭后，消防联动控制器6接受到压力反馈器5反馈的压力减小信号后控制关闭报警器7和低温球阀8，消防灭火后及时更换玻璃球膨胀型定温火灾探测器3-3以备日后监测。定期通过液氮补给接口14向液氮储站13内增加液氮。

Claims (8)

1.一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，包括液氮储站(13)和低温液氮增压泵(11)，其特征在于，还包括监测-喷注一体盒(3)、压力反馈器(5)、消防联动控制器(6)、报警器(7)和低温球阀(8)；

所述监测-喷注一体盒(3)位于储油罐(2)内并固定设置在储油罐(2)顶壁上，储油罐(2)顶部设有安全阀(1)；所述监测-喷注一体盒(3)包括壳体(3-1)、玻璃球膨胀型定温火灾探测器(3-3)、扩张腔(3-4)和喇叭形出口(3-5)，所述壳体(3-1)的一端设有外壳上接口(3-7)和外壳下接口(3-8)，另一端设有可供喇叭形出口(3-5)安装的开口；所述玻璃球膨胀型定温火灾探测器(3-3)上设有玻璃球破裂自由面(3-2)，所述扩张腔(3-4)的两端分别与玻璃球破裂自由面(3-2)和喇叭形出口(3-5)相连，所述喇叭形出口(3-5)的侧壁为筛孔结构；所述玻璃球膨胀型定温火灾探测器(3-3)、扩张腔(3-4)和喇叭形出口(3-5)与壳体(3-1)之间形成低温氮气腔(3-6)；

所述液氮储站(13)的顶部设有排气接口(12)，所述排气接口(12)通过低温氮气管前段(15-1)与自提升缓冲罐(10)相连，自提升缓冲罐(10)通过低温氮气管后段(15-2)和外壳上接口(3-7)与低温氮气腔(3-6)连通；所述液氮储站(13)的底部出口与低温液氮增压泵(11)连接，所述低温液氮增压泵(11)通过储气管前段(4-1)与低温球阀(8)的入口处连接；所述低温球阀(8)的出口处通过储气管后段(4-2)和外壳下接口(3-8)与玻璃球破裂自由面(3-2)相连，所述储气管后段(4-2)上设置有连接线，连接线上依次连接有压力反馈器(5)、消防联动控制器(6)和报警器(7)，所述报警器(7)与低温球阀(8)的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，其特征在于，所述扩张腔(3-4)中间段的管径为两端管径的1.5～5.0倍。

3.根据权利要求1或2所述的一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，其特征在于，所述自提升缓冲罐(10)的材质为铝，自提升缓冲罐(10)的罐体外层设置翅片或者肋片。

4.根据权利要求1或2所述的一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，其特征在于，所述喇叭形出口(3-5)侧壁上筛孔的孔径为0.5～2.0cm。

5.根据权利要求1或2所述的一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，其特征在于，所述低温氮气管后段(15-2)的管径小于低温氮气管前段(15-1)的管径。

6.根据权利要求1或2所述的一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，其特征在于，所述储气管前段(4-1)、储气管后段(4-2)、低温氮气管前段(15-1)和低温氮气管后段(15-2)均为不锈钢无缝钢管且外层包裹聚氨酯保温套。

7.根据权利要求1或2所述的一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，其特征在于，所述液氮储站(13)的顶部设有液氮补给接口(14)。

8.根据权利要求1或2所述的一种油罐区液氮自动灭火抑爆系统，其特征在于，所述储气管后段(4-2)的耐压为0.15MPa以上；储气管后段(4-2)上设置有膨胀节(9)。