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

Fire Fighting Cooling Design of LNG Tank Area

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

1　概述

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。

2　LNG單容罐的消防冷卻設(shè)計(jì)

2.　工程概況

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。

2.2　消防冷卻系統(tǒng)總體情況

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?chē)O(shè)置固定消防水炮及室外消火栓。

2.3　儲(chǔ)罐消防冷卻水量計(jì)算

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。

2.4　消防冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①罐頂、罐壁噴淋水系統(tǒng)

在罐頂及罐壁周?chē)髟O(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(mén)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?chē)O(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(mén)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(mén)間(站內(nèi)消防系統(tǒng)的所有閥門(mén)均在閥門(mén)間內(nèi))，閥門(mén)間遠(yuǎn)離儲(chǔ)罐區(qū)，所有閥門(mén)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(mén)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。

3　雙容罐與全容罐的消防冷卻設(shè)計(jì)

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)。

4　結(jié)語(yǔ)

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LNG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?chē)粗鸬脑O(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(lèi)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。

參考文獻(xiàn)：

[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．

本文作者：吳志榮  苗云波

作者單位：中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司第四設(shè)計(jì)研究院

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