[发明专利]基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于浮顶油罐火灾危险性防护方法及火灾危险征兆探测技术领域，特别涉及基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统及方法。

背景技术

火灾是一种灾害性的燃烧现象，特别是在石化场所中发生的火灾造成的危害更大。在油气采、储、运、用等过程中，普遍存在泄漏现象，油气一旦燃烧，火势很难控制，可能引发更大规模的火灾和爆炸，及早发现并采取相应措施，将火灾消灭在萌芽阶段是该类型场所火灾防治的有效措施。浮顶油罐是当前主要采用的储存容器，目前在该类场所广泛使用的是自然通风以及密封结构防护：也有个别厂家采用普通火灾探测配合氮气淹没的方式进行储油罐的消防灭火防护。该类应用中存在：起火后才开始，并且是灭火，时间滞后，灭火难度大；灭火时可能火势已经较大，灭火不一定针对起火点；现场油气易引起气体传感器中毒从而导致探测器失效；火灾探测性能受现场环境因素影响大；保护能力有限；设备投入与工程投入大；运行维护工作繁重等等问题；有个别厂家提供油罐氮气灭火装置，部分解决了气体覆盖，气体输出等问题，但是仍存在需要现场安装大量的探测报警设备，工程投入太大运行维护工作繁重等问题。

    目前使用的浮顶油罐消防安全系统主要由消防控制器、探测器、灭火系统组成，当探测器探测到火灾或火灾隐患时，控制器报警并根据联动控制灭火系统。探测器主要有点型可燃气体探测器、点型火焰探测器等，这些探测器的优点是：对保护区域出现的可燃气体浓度变化及明火火焰能做出快速的响应，对及早发现火灾隐患并在火灾早期探测并报警，同时为保护区内的人员生命安全以及财产安全具有至关重要的作用；其存在的缺点是：探测器的误报现象时有发生；保护区域环境复杂，易燃易爆、高温、强电磁干扰且多尘，很多探测器在投入运行后很短的时间内就出现失效现象，无法实现保护区域的早期火灾的可靠探测，给消防安全管理带来隐患。而其保护场所的危险级别基本都是采用隔爆型或本安级别的探测器，成本较高；同时由于保护场所的火灾发展比较迅速，当火灾发生并被探测时经控制器确认后再启动灭火措施，火灾有可能已经快速扩大，即使及时灭火也已经造成较大的损失。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统及方法，主动探测火灾危险征兆和早期火灾预防并控制防护措施及时动作，隔离火灾危险源，实现对火灾隐患的及时处理以及对初期火灾的起火点进行快速扑灭并隔离。

基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统的技术方案是：

在浮顶油罐的一次和二次密封区间设置至少1个气体隔板，配套设置进气管和出气管，形成相对独立空间，以便于气体循环、气体采集以及气体防护。从备用气源到油罐顶部的进气管采用金属管，备用气源与进气管之间是平时有阀门隔离，从油罐顶部到浮顶的进气管采用金属封装的螺纹软管，保证氮气从进气管进入后按照预期的气路进行循环，进气管连接固定安装到油罐密封边缘，并充满一定压力的氮气，进气管连接气体喷嘴，气体喷嘴采用双层圆面气体喷嘴，两层圆面气体喷嘴高度差为L，L的取值范围是10-100mm，通过浮顶圆面出气保证气体的覆盖面，双层出气可快速形成保护气体层面，实现对油罐的防护，双层出气需要双倍流量的气体，通过双层同时出气，快速形成气体保护层可提高防护的有效性，快速防护。

设每个气体喷嘴的保护半径是x(单位是m)，保护层的高为z(单位是m)，形成保护层设定的时间是t（单位是s）；

则气体喷嘴的保护体积：V= ∏x²·z (V的单位是m³)；

根据自动填充氮气的设定时间可得每秒所需气体体积V₁= V/t，其中t为自动填充氮气的设定时间；

结合喷嘴的出气管径A(单位是m²)，可得

单个喷嘴流量Qc = A(单位是m²)×流速×时间；

支管平均设计流量Qg=Qc×ng ，其中ng为喷嘴个数；

主干管平均设计流量QZ= Qg×nz，其中，nz为支管个数；

计算后结合冗余系数C配置对应的气源保证气体供应，总体积= 需求气源的体积×C；

出气管采用金属材料管路，气泵与出气管相连，通过不同吸气管路采集不同罐体采样点的气样； 

浮顶油罐外设置有光纤压力传感器、光纤温度传感器、传感信号处理模块、气体检测模块、气体阀门控制器和氮气防火控制器；