摘 要：本文对甲乙丙类固定顶立式液体储罐固定式冷却水系统的设计进行研究分析，介绍了固定式消防冷却水系统水幕喷头选型、冷却水量的计算等相关的知识。
关键词：甲乙丙类固定顶立式液体储罐; 固定式冷却系统; 水幕喷头
随着国内经济的迅猛发展，尤其是化工行业的崛起，甲、乙、丙类液体储罐随处可见，如果消防设计不合理，将会对社会造成巨大的危害。
根据《建筑设计防火规范》GB 50016-2006的规定：当地上储罐的高度大于15m或单罐容积大于2000m3时，宜采用固定式冷却水设施；根据《石油化工企业设计防火规范》 GB 50160-92的规定：储罐高度大于17m或储罐容量大于、等于10000m3的非保温罐应设置固定式消防冷却水系统。
那么如何正确的设计甲乙丙类储罐固定式冷却水系统呢？下面就以具体的工程实例进行分析阐述：
例：某6500 m3固定顶立式燃料油储罐，外形尺寸￠×H=22500×20400。
无论是根据《建筑设计防火规范》GB 50016-2006还是《石油化工企业设计防火规范》 GB 50160-92本储罐都需要设计固定式消防冷却水系统。以下就以《建筑设计防火规范》GB 50016-2006为设计依据进行说明。
根据《建筑设计防火规范》GB 50016-2006表8.2.4的规定：冷却水供给范围为罐周长，供给强度为0.5(L/S*m)。
经计算储罐一次着火需要的冷却水量=￠×3.14×0.5(L/S*m)
=22.5m×3.14×0.5(L/S*m)
=35.325 L/S（理论需要的冷却水量）
那么如何根据储罐一次着火需要的冷却水量进行选择喷头和设计喷头呢？首先，应确定选择什么型式的喷头。固定顶立式储罐选用的冷却水喷头一般
为水幕喷头或水雾喷头，根据我的设计经验和知识认为选择水幕喷头会比水雾喷头冷却效果会更好，因为水幕喷头可以对着储罐罐壁喷射冷却水，冷却水会沿着罐壁下趟，这样冷却水能充分与储罐壁接触，能起到更好地冷却效果；而水雾喷头喷射出来的是雾状水，虽然冷却水通过水雾喷头被雾化，增加了冷却水的表面积，但水雾喷头喷射出来的雾状冷却水不能充分的与储罐壁接触，降低了冷却水对罐壁的冷却效果。
本工程选择水幕喷头，那么如何确定水幕喷头的数量和参数呢？
首先，确定选择的水幕喷头的喷射角度，查相关的水幕喷头的样本可以得知，
水幕喷头的喷射角一般为120°、160°和180°三种；本项目选择的喷头的喷射角为120°。
第二确定水幕喷头的数量，根据冷却水管中心与储罐壁的距离600mm，经
计算可以得出选定的喷射角的水幕喷头单个喷头的保护储罐的周长最长为2.08m，根据储罐周长70.65m，可以计算出需要安装的喷头数量最少为34个，沿着罐壁均匀布置。
第三确定喷头的流量特性系数，根据储罐一次着火需要的冷却水量35.325
L/S和喷头的安装数量34个，再根据喷头的流量计算公式：
q=K(10P)1/2
式中： q ------ 喷头流量(L/min)
P------ 喷头工作压力(MPa)(水幕喷头最小工作压力一般为0.10MPa)
K ------ 喷头流量系数
经计算：
35.325L/S÷34×60S=K(10×0.1)1/2
K=62.338
计算出来的流量系数K=62.338表示什么含义呢？表示的是只有流量系数达到62.338及以上的水幕喷头才能满足本储罐的设计要求，即设计的喷头的喷水总量能够满足本储罐着火时所需要的冷却水量；反之，如果喷头流量系数小于62.338则不能满足本储罐的设计要求；将计算出来的喷头流量系数与选择的产品进行比较，选择流量系数不小于62.338的水幕喷头。
综上本工程选择喷射角为120°、流量系数K=80的单缝水幕喷头。根据选择的喷头再复核储罐一次着火所需要的冷却水量，经计算实际需要的冷却水量为46L/S。
以上设计方法是先给定所选择的水幕喷头的喷射角度，那么我们是否也可以用先给定所选择的喷头的流量系数的方法进行设计呢？下面我们用这种设计方法重新对本储罐进行设计。
首先，确定选择的水幕喷头的流量系数，根据产品的资料，我们先假定选择的水幕喷头流量系数为K=40，根据喷头的流量计算公式：
q=K(10P)1/2
式中： q ------ 喷头流量(L/min)
P------ 喷头工作压力(MPa)(水幕喷头最小工作压力一般为0.10MPa)
K ------ 喷头流量系数
经计算：
q=40×(10×0.10)1/2
q=0.67L/S
第二确定水幕喷头的数量，根据储罐一次着火所需要的理论冷却水量35.325 L/S可以计算出需要的喷头数量53个，沿储罐均匀布置；根据储罐周长70.65m，计算可以得出选定的流量系数的水幕喷头保护的储罐最大周长为1.34m；。
第三确定水幕喷头的喷射角，根据选定的流量系数的水幕喷头保护的储罐最大周长为1.34m及冷却水管中心与储罐壁的距离600mm，计算出水幕喷头的喷射角为95°，就是说选择的水幕喷头的喷射角达到95°及以上即可满足本工程的设计要求。
综上本工程选择喷射角为120°、流量系数K=40的单缝水幕喷头。根据选择的喷头再复核储罐一次着火所需要的冷却水量，经计算实际需要的冷却水量为35.33L/S；即实际设计的冷却水量正好等于储罐理论计算需要的冷却水量。
通过以上两种不同的设计思路可以看出虽然是对同一个储罐进行的设计，但最终结果是不一样的，尤其一次着火所需要的冷却水量，设计结果一个是46L/S、一个是35.33L/S，再乘以冷却水供水时间6h，计算出一次着火所需要的冷却水总量993.6m3和763m3；可以看出差别还是很大的。那么为什么会有这么大的差别呢？
我们仔细的分析就会发现其中的原因，第一种设计冷却水是均匀的喷射到被保护的储罐壁上。第二种设计冷却水不是均匀的喷射到被保护的储罐壁上，在两个水幕喷头中间的位置冷却水会重叠，对冷却效果有一定的影响。虽然设计规范并没有规定第二种设计方法不符合规范，但从冷却效果角度考虑还是推荐第一种设计方法；但第一种设计方法增加了冷却水总量，即增加了消防水池和消防水泵的投资。
有时我们还会遇到有的大型储罐会有加强圈，通常设计思路是在加强圈下部再增加一圈水幕喷头；但是加强圈上下冷却水量该如何通过设计进行分配呢，通过上下的面积进行分配还是把圈上和圈下直接按照两个储罐进行设计呢，如果这样冷却水量至少会增加一倍；所以这部分设计还是缺少相关规范和依据的，希望将来权威部门能把这部分的增加到设计规范中去。
以上对甲、乙、丙类固定顶立式储罐的固定式冷却水系统两种设计方法和其它设计中应注意的问题进行了分析，具体设计时可以结合项目的具体情况并与当地消防局进行沟通，除了要满足相关消防设计规范外，也要遵守当地消防的一些特殊要求。
