摘　要：結(jié)合工程實(shí)例，根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范，對(duì)LNG儲(chǔ)罐區(qū)的消防冷卻設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。 

關(guān)鍵詞：LNG儲(chǔ)罐；  儲(chǔ)罐區(qū)；  消防冷卻設(shè)計(jì)；  單容罐

Abstract：Based on the current domestic code，the fire fighting cooling design of LNG tank area is discussed with an engineering example．

Keywords：LNG tank；tank area；fire fighting cooling design；single tank

 

LNG儲(chǔ)罐是LNG儲(chǔ)存工藝系統(tǒng)中的核心設(shè)備。由于LNG儲(chǔ)罐往往在超低溫(-162℃)狀態(tài)下工作，因此，與其他燃?xì)鈨?chǔ)罐相比，LNG儲(chǔ)罐有其特殊性。LNG廠站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于火災(zāi)產(chǎn)生熱輻射，因此必須冷卻儲(chǔ)罐等設(shè)備和管道，預(yù)防設(shè)備、管道內(nèi)的壓力上升。水流可以冷卻、保護(hù)受到熱輻射的儲(chǔ)罐等設(shè)備和管道，吸收和控制火災(zāi)產(chǎn)生的熱量，阻止大火蔓延，以防止火災(zāi)升級(jí)和降低設(shè)備的危險(xiǎn)程度，保護(hù)消防人員和廠站工作人員。因此，LNG儲(chǔ)罐罐區(qū)的消防冷卻設(shè)計(jì)十分重要。

LNG儲(chǔ)罐按結(jié)構(gòu)可分為單容罐、雙容罐、全容罐及薄膜罐^[1]，國(guó)內(nèi)投產(chǎn)運(yùn)行的LNG儲(chǔ)罐較常見(jiàn)的是單容罐、全容罐。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)LNG儲(chǔ)罐罐區(qū)的消防冷卻設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

中國(guó)聯(lián)盛投資集團(tuán)有限公司在山西沁水投資建設(shè)了日處理量50×10⁴m³／d的煤層氣液化項(xiàng)目，液化廠內(nèi)設(shè)有一座常壓LNG單容罐，內(nèi)壁材料為耐低溫鋼(9％鎳鋼)，外壁材料為碳鋼，內(nèi)外壁之間填充保冷材料。該罐基本參數(shù)為：公稱容積4500m³，外罐直徑為21.40m，簡(jiǎn)體高18.91m，罐頂球面半徑為25.70m，罐頂高2.33m，見(jiàn)圖1。

 

由于LNG單容罐的外壁為普通碳鋼，不能承受低溫，當(dāng)內(nèi)壁破損時(shí)，會(huì)出現(xiàn)LNG和蒸發(fā)氣的泄漏，因此罐區(qū)應(yīng)設(shè)置圍堰，儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)固定式消防冷卻水系統(tǒng)，并在罐區(qū)周圍設(shè)置固定消防水炮及室外消火栓。

GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第10．4．5條規(guī)定：LNG廠站固定消防水系統(tǒng)的消防水量應(yīng)以最大可能出現(xiàn)單一事故設(shè)計(jì)水量，并考慮200m³／h余量后確定。其中單一事故設(shè)計(jì)水量參照第8．5．3條規(guī)定：天然氣凝液、液化石油氣罐區(qū)設(shè)置固定式消防冷卻水系統(tǒng)時(shí)，其消防用水量應(yīng)按儲(chǔ)罐固定式消防冷卻用水量與移動(dòng)式水槍用水量之和計(jì)算。各部分水量計(jì)算如下：

①儲(chǔ)罐罐頂?shù)南览鋮s水供給強(qiáng)度不宜小于4L／(min·m²)，罐壁的消防冷卻水供給強(qiáng)度不宜小于2L／(min·m²)。

②輔助水槍或水炮消防冷卻水量按45L／s考慮。

③余量200m³／h。

④GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第10章未對(duì)火災(zāi)延續(xù)時(shí)間作出規(guī)定。本文參照第8．5．7條規(guī)定，確定以上①、②兩項(xiàng)的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為6h。200m³／h消防余量(用于水槍、水炮)的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按照GB／T 20368—2012《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)》的規(guī)定確定為2h。

該LNG單容罐罐區(qū)的消防冷卻水量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

 

①罐頂、罐壁噴淋水系統(tǒng)

在罐頂及罐壁周圍各設(shè)一圈供水管，均一分為二呈半環(huán)狀，罐頂供水環(huán)管為DN 65mm，罐壁供水環(huán)管為DN 80mm。兩個(gè)半環(huán)分別由兩條DN 150mm的給水立管供水(給水立管引自廠站內(nèi)的環(huán)狀消防管網(wǎng))，每條給水立管都由設(shè)在圍堰外閥門間內(nèi)的電動(dòng)閥控制，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可在控制室操作。該LNG單容罐的噴淋水系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

水霧噴頭設(shè)計(jì)參數(shù)：流量系數(shù)42.75，霧化角120°，工作壓力0.35MPa。在罐頂每半環(huán)設(shè)有10個(gè)水霧噴頭，罐壁每半環(huán)設(shè)有16個(gè)水霧噴頭，噴淋流速按大于2.5m／s考慮，噴頭安裝后應(yīng)將噴頭調(diào)整到距罐外表面650mm處，噴頭的安裝方向均朝向罐中心。噴淋管道(圖1內(nèi)的所有消防冷卻水管)均采用熱鍍鋅鋼管。管道安裝前必須清除內(nèi)部雜物，整個(gè)系統(tǒng)安裝完畢后用壓縮空氣或水沖洗。為防止噴頭堵塞，在兩條給水立管上均設(shè)有過(guò)濾器。

②消防水炮及消火栓的設(shè)置

在罐區(qū)周圍設(shè)有4個(gè)SPT50型消防水炮及4個(gè)室外消火栓，SPT50型消防水炮除了可噴射直流水柱外，還可噴射霧狀水流，其流量可在20～50L／s范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，射程為40～60m。

由于消防管網(wǎng)的壓力過(guò)高，故在每個(gè)消火栓處均設(shè)置一個(gè)減壓孔板，使消火栓處的壓力小于0.4MPa。每個(gè)消火栓旁都配有一個(gè)消火箱，內(nèi)有消防水龍帶及消防水槍。

③閥門間

由于本工程所處地區(qū)冬季較寒冷，出于防凍及操作便利的考慮，設(shè)置了閥門間(站內(nèi)消防系統(tǒng)的所有閥門均在閥門間內(nèi))，閥門間遠(yuǎn)離儲(chǔ)罐區(qū)，所有閥門均采用電動(dòng)和手動(dòng)控制，可在控制室遠(yuǎn)程控制。

④消防泵房及消防水池

本工程的消防水量為605m³／h，一次滅火所需總水量為2830m³。在站內(nèi)設(shè)有消防泵房及水池。消防泵房為半地下式，泵房?jī)?nèi)設(shè)消防水泵3臺(tái)，兩用一備，其中1臺(tái)為電動(dòng)泵：流量為325m³／h，揚(yáng)程為95m，電機(jī)功率為160kW，供電電壓為380V；2臺(tái)為柴油泵：流量為325m³／h，揚(yáng)程為95m，功率為183kW，柴油泵自帶夠使用8h的柴油箱。還設(shè)有全自動(dòng)氣壓消防穩(wěn)壓給水設(shè)備1套(2臺(tái)水泵和1個(gè)氣壓罐組成)，該穩(wěn)壓給水設(shè)備在沒(méi)有出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)對(duì)消防冷卻水系統(tǒng)起到一個(gè)穩(wěn)壓的作用，流量為9.5m³／h，揚(yáng)程為64m，功率為3kW，穩(wěn)壓范圍為0.3～0.6MPa。從消防泵房引出兩條DN 300mm的水管與站內(nèi)的環(huán)狀消防管網(wǎng)相連。

在消防水泵出水總管上設(shè)有檢查和試驗(yàn)用的壓力表、放水閥門和泄壓閥，防止消防水系統(tǒng)超壓。消防水泵可在泵房、控制室及室外消火栓處啟動(dòng)。

消防水池為地下式，總有效容積為2845m³。消防水池分為4格，其中1格為公共吸水池，另外3格分別通過(guò)DN 400mm的閘閥與公共吸水池相連?？刂剖绎@示消防水池水位。

當(dāng)雙容罐外罐為混凝土材料時(shí)，只需對(duì)罐頂進(jìn)行冷卻水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方法與單容罐一致。

當(dāng)全容罐外罐及外頂均為混凝土材料時(shí)，不需要對(duì)罐壁及罐頂進(jìn)行冷卻水設(shè)計(jì)。根據(jù)GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第10．4．5．2款的規(guī)定，在罐頂泵平臺(tái)處設(shè)置固定水噴霧系統(tǒng)，供水強(qiáng)度不小于20.4L／(min·m²)。

LNG儲(chǔ)罐區(qū)的消防冷卻水主要用于冷卻儲(chǔ)罐等設(shè)備和管道，而不是撲滅火焰(LNG廠站內(nèi)還設(shè)有高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)及干粉滅火系統(tǒng)^[2]，可以撲滅火焰)。相對(duì)于LNG而言，水是熱源，可以為L(zhǎng)NG氣化提供熱量。特別是LNG在溢出初期就接觸到水，將促進(jìn)LNG氣化、加快燃燒速度，危險(xiǎn)性更大。但水流可以冷卻著火區(qū)周圍未著火的設(shè)備和管道，吸收和控制火災(zāi)產(chǎn)生的熱量，阻止大火蔓延，防止火災(zāi)升級(jí)和降低設(shè)備的危險(xiǎn)。

對(duì)于各種類型儲(chǔ)罐罐區(qū)的消防冷卻設(shè)計(jì)，應(yīng)在借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、盡快完善國(guó)內(nèi)LNG消防規(guī)范的前提下，使消防冷卻設(shè)計(jì)更加安全、可靠，確保LNG儲(chǔ)罐區(qū)的消防安全，使危險(xiǎn)性降低到最低。

 

[1]施紀(jì)文．LNG接收站儲(chǔ)罐型式及儲(chǔ)罐大型化發(fā)展趨勢(shì)探討[J]．煤氣與熱力，2014，34(6)：B05-B08．

[2]吳志榮，徐占偉，苗云波．LNG儲(chǔ)罐壓力控制及干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．煤氣與熱力，2014，34(10)：B26-B29．