专利名称：基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于浮顶油罐火灾危险性防护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。
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，本实用新型提供一种基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统，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I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lO-lOOmm，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= n 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/^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) X流速X时间；支管平均设计流量Qg=Qc Xng,其中ng为喷嘴个数；主干管平均设计流量QZ=QgXnz，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X 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；光纤压力传感器和光纤温度传感器配接至进气管，光纤压力传感器输出端与传感信号处理模块输入端相连，光纤温度传感器输出端与传感信号处理模块输入端相连，传感信号处理模块的输出端与氮气防火控制器输入端，氮气防火控制器输出端连接气体阀门控制器输入端；气体检测模块包括检测器和控制器，检测器输出端与控制器输入引脚相连，气体检测模块输入端连接气泵，气体检测模块输出端与氮气防火控制器输入端相连；气体检测模块实时监测气样的气体浓度，当气体浓度超过设定值时，输出报警信号给氮气防火控制器，由气体阀门控制器控制气泵和备用气源通过阀门切换输送氮气进入出气管，释放到报警区域，实现保护。本实用新型系统利用氮气快速释放降低氧含量，氮气含量为99%，在燃烧物及空气之间形成不燃烧的火焰阻隔区，消灭火焰，实现对火灾的无毒化预防，同时当外界发生火灾时可快速动作防止外界火源进入罐体引发更大火灾；采用无毒无副作用的氮气进行快速填充浮顶油罐密封圈以及密封圈外的接口处，同时大量填充浮顶上方空间，隔离可燃物与氧气的接触并最终扑灭火灾。系统可根据实际工程需求通过更换防护气体来用于不同类型的场所应用。本实用新型系统的工作流程如下氮气防火控制器实现对系统的整体控制。首先通过设定时间进行氮气填充防护，然后是通过采集光纤压力传感器、光纤温度传感器、传感信号处理模块、气体检测模块的报警信号后启动气泵，将备用气源通过阀门控制连通到进气管后，经过出气管释放到报警区域，形成氮气防火隔离气层，实现对保护对象防护。采用本实用新型系统进行浮顶油罐安全防护，具体按如下步骤进行步骤I :确定自动充气设定时间，氧气含量设定值C，进气管压力设定值和油罐顶部温度设定值，实时抽取现场一次密封和二次密封区间的进气和出气；步骤2 :判断是否达到自动充气设定时间，若达到，则进行油罐顶部空间自动填充氮气，否则跳过此步；根据实际工程建筑间隔设计确定不同的防护分区，通过预先设定的不同防护分区对应安装不同的气体防护管网(即供气管路)，按照设定时间进行定期补充氮气，进行日常防护，防止因油气泄漏累积导致引发火灾，并将可能含有油气的混合气体通过回收管路输送到回收系统，无害化后排放。 步骤3 :判断所测气体中是否包含可燃气体，有，则进行油罐顶部空间快速充气；否，则进行氧气含量检测；步骤4 :若氧气含量大于氧气含量设定值C，则进行油罐顶部空间快速充气；若氧气含量小于常量C，则正常充入氮气；步骤5 :充入氮气时，实时检测进气管压力和油罐顶部温度，若压力和温度有变化且达到设定值则进行油罐顶部空间快速充气；否则进行下一次压力和温度检测；当火灾初期或局部高温时，对应的进气管破损导致压力迅速降低，通过光纤压力传感器、光纤温度传感器检测到压力变化或温度上升到设定值时，快速补充氮气进入进气管，通过进气管输出氮气针对起火点喷出灭火，同时对油罐顶部空间进行全范围覆盖充氮气，实现对火灾初期的防护。步骤6 :循环检测压力和温度值，直至第n次经检测时，压力和温度有变化且达到设定值，则进行油罐顶部空间快速充气，并进行声光报警。有益效果本实用新型系统采用定期维持浮顶油罐顶部的氮气防护层，结合不同类型的无源检测器件作为反馈，辅助配置快速反应气源，当发现火灾征兆或现场其他区域发生火灾危险时，及时快速释放防护气体，在油罐上方形成防护气层，通过气体隔离实现对火灾的防护。可实现当现场发生静电、雷击外界明火火灾等等异常状况时实现对浮顶油罐火灾的防护。通过配置气体隔板、结合压力和温度探测以及主动式吸气可燃气体检测形成闭环控制，当发现有异常温度、压力、油气泄漏时进行防护气体自动吹扫，降低火灾风险，提高油罐安全性能。
图I本实用新型实施例浮顶油罐单体气体防火分布示意图；图2本实用新型实施例一次密封与二次密封区间氮气填充示意图；图3本实用新型实施例气体喷嘴结构示意图；图4本实用新型实施例光纤压力及温度火灾征兆探测示意图；图5本实用新型实施例浮顶油罐主动气体检测示意图；图6本实用新型实施例浮顶油罐主动填充氮气防护系统主体构成图；图7本实用新型实施例主动吸气式气体检测及防护流程图；[0039]图8本实用新型实施例光纤压力、温度早期探测防护流程图；图9本实用新型实施例定时自动充气流程图；其中，I-浮顶油罐顶部，2-气体喷嘴，3-浮顶，4-油罐底部，5-进气主管路，6-进气，7-出气，8-气体隔板(N)，9-气体隔板(1)，10- 一次密封与二次密封区间。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。浮顶油罐单体气体防火分布示意图如图I所示。本实用新型提供的基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统，如图2所示，在浮顶油罐的一次和二次密封区间设置至少I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，如图3所示，气体喷嘴采用双层圆面出气喷嘴，两层圆面气体喷嘴高度差为L，L的取值范围是lO-lOOmm，本实施例取L=30mm，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= n 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/^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) X流速X时间；支管平均设计流量Qg=Qc Xng,其中ng为喷嘴个数；主干管平均设计流量QZ=QgXnz,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XC (冗余系数C取1.3)；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米样点的气样；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；光纤压力传感器和光纤温度传感器配接至进气管，光纤压力传感器输出端与传感信号处理模块输入端相连，光纤温度传感器与传感信号处理模块输入端相连，传感信号处理模块的输出端与氮气防火控制器输入端，氮气防火控制器输出端连接气体阀门控制器输入端;气体检测模块包括检测器FDGB-GOl-O和控制器FDGB-G03-01，检测器输出端与控制器输入引脚相连，气体检测模块输入端连接气泵，气体检测模块输出端与氮气防火控制器输入端相连；气体检测模块实时监测气样的气体浓度，当气体浓度超过设定值时，输出报警信号给氮气防火控制器，由气体阀门控制器控制气泵和备用气源通过阀门切换输送氮气进入出气管，释放到报警区域，实现保护。气体检测示意图如图5所示。本实用新型系统利用氮气快速释放降低氧含量，氮气含量为99%，在燃烧物及空气之间形成不燃烧的火焰阻隔区，消灭火焰，实现对火灾的无毒化预防，同时当外界发生火灾时可快速动作防止外界火源进入罐体引发更大火灾；采用无毒无副作用的氮气进行快速填充浮顶油罐密封圈以及密封圈外的接口处，同时大量填充浮顶上方空间，隔离可燃物与氧气的接触并最终扑灭火灾。系统可根据实际工程需求通过更换防护气体来用于不同类型的场所应用。本实施例气体喷嘴选用FDGB-02-01，气泵选用FDGB-03-01，光纤压力传感器选用FDGB-G01-01，光纤温度传感器选用FDGB-F02-01，传感信号处理模块选用FDGB-S01-01处理器，氮气防火控制器选用FDGB-G02-01处理器；隔板型号根据规格选用型号为FDGB-Ol-01/02/03/04/05/06/07/08/09，气体阀门控制器选用型号为 GAS-C-1201。采用本实用新型系统进行浮顶油罐安全防护，具体按如下步骤进行步骤I :确定自动充气设定时间为120分钟，氧气含量设定值C为12%，进气管压力设定值为5MPA和油罐顶部温度设定值80°C，实时抽取现场一次密封和二次密封区间的进气和出气，浮顶油罐主动气体检测示意图如图5所示；定时自动充气流程如图所示；步骤2 :判断是否达到自动充气设定时间，若达到，则进行油罐顶部空间自动填充氮气，否则跳过此步；主动填充氮气示意图如图6所示。根据实际工程建筑间隔设计确定不同的防护分区，通过预先设定的不同防护分区对应安装不同的气体防护管网(即供气管路)，按照设定时间进行定期补充氮气，进行日常防护，防止因油气泄漏累积导致引发火灾，并将可能含有油气的混合气体通过回收管路输送到回收系统，无害化后排放，如图6所示。步骤3 :判断所测气体中是否包含可燃气体，有，则进行油罐顶部空间快速充气；否，则进行氧气含量检测；主动吸气式气体检测及防护流程如图7所示；步骤4 :若氧气含量大于氧气含量设定值C，则进行油罐顶部空间快速充气；若氧气含量小于氧气含量设定值C，则正常充入氮气；步骤5 :充入氮气时，实时检测进气管压力和油罐顶部温度，若压力和温度有变化且达到设定值则进行油罐顶部空间快速充气；否则进行下一次压力和温度检测；当火灾初期或局部高温时，对应的进气管破损导致压力迅速降低，通过光纤压力传感器、光纤温度传感器检测到压力变化或温度上升到设定值时，快速补充氮气进入进气管，通过进气管输出氮气针对起火点喷出灭火，同时对油罐顶部空间进行全范围覆盖充氮气，实现对火灾初期的防护，光纤压力及温度火灾征兆探测示意图如图4所示；光纤压力、温度早期探测防护流程如图8所示；步骤6 :循环检测压力和温度值，直至第n次经检测时，压力和温度有变化且达到设定值，则进行油罐顶部空间快速充气，并进行声光报警。
权利要求1.一种基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统，包括浮顶油罐，其特征在于该系统在浮顶油罐的一次和二次密封区间设置至少I个气体隔板，配套设置进气管和出气管，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，进气管连接固定安装到油罐密封边缘，进气管连接气体喷嘴，气泵与出气管相连； 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； 光纤压力传感器和光纤温度传感器配接至进气管，光纤压力传感器输出端与传感信号处理模块输入端相连，光纤温度传感器输出端与传感信号处理模块输入端相连，传感信号处理模块的输出端与氮气防火控制器输入端，氮气防火控制器输出端连接气体阀门控制器输入端； 气体检测模块包括检测器和控制器，检测器输出端与控制器输入引脚相连，气体检测模块输入端连接气泵，气体检测模块输出端与氮气防火控制器输入端相连。
2.根据权利要求I所述的基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统，其特征在于所述气体喷嘴采用双层圆面气体喷嘴。
3.根据权利要求I所述的基于主动填充氮气的浮顶油罐安全防护系统，其特征在于所述出气管采用金属材料管路。
专利摘要一种基于主动填充氮气的浮顶油罐火灾安全防护系统，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，进气管连接固定安装到油罐密封边缘，进气管连接气体喷嘴，气体喷嘴采用双层圆面气体喷嘴，气泵与出气管相连；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、气泵、气体检测模块、气体阀门控制器和氮气防火控制器；当发现火灾征兆或现场其他区域发生火灾危险时，快速释放氮气，在油罐上方形成防护层，实现对火灾的防护，通过配置气体隔板、压力和温度探测以及主动式吸气可燃气体检测形成闭环控制，当发现有异常温度、压力、油气泄漏时进行填充防护气体，降低火灾风险，提高油罐安全性能。
文档编号B65D90/48GK202575116SQ20122006895
公开日2012年12月5日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者潘刚, 王勇俞, 张培红 申请人:潘刚