摘　要：結(jié)合工程實例，根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范，對LNG儲罐區(qū)的消防冷卻設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞：LNG儲罐；  儲罐區(qū)；  消防冷卻設(shè)計；  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儲罐是LNG儲存工藝系統(tǒng)中的核心設(shè)備。由于LNG儲罐往往在超低溫(-162℃)狀態(tài)下工作，因此，與其他燃氣儲罐相比，LNG儲罐有其特殊性。LNG廠站發(fā)生火災(zāi)時，由于火災(zāi)產(chǎn)生熱輻射，因此必須冷卻儲罐等設(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、保護受到熱輻射的儲罐等設(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)升級和降低設(shè)備的危險程度，保護消防人員和廠站工作人員。因此，LNG儲罐罐區(qū)的消防冷卻設(shè)計十分重要。

LNG儲罐按結(jié)構(gòu)可分為單容罐、雙容罐、全容罐及薄膜罐^[1]，國內(nèi)投產(chǎn)運行的LNG儲罐較常見的是單容罐、全容罐。本文結(jié)合工程實例，對LNG儲罐罐區(qū)的消防冷卻設(shè)計進行探討。

2　LNG單容罐的消防冷卻設(shè)計

2.　工程概況

中國聯(lián)盛投資集團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，簡體高18.91m，罐頂球面半徑為25.70m，罐頂高2.33m，見圖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，當內(nèi)壁破損時，會出現(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。

2.3　儲罐消防冷卻水量計算

GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(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)計水量，并考慮200m³／h余量后確定。其中單一事故設(shè)計水量參照第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，其消防用水量應(yīng)按儲罐固定式消防冷卻用水量與移動式水槍用水量之和計算。各部分水量計算如下：

①儲罐罐頂?shù)南览鋮s水供給強度不宜小于4L／(min·m²)，罐壁的消防冷卻水供給強度不宜小于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)計防火規(guī)范》第10章未對火災(zāi)延續(xù)時間作出規(guī)定。本文參照第8．5．7條規(guī)定，確定以上①、②兩項的火災(zāi)延續(xù)時間為6h。200m³／h消防余量(用于水槍、水炮)的火災(zāi)延續(xù)時間按照GB／T 20368—2012《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運》的規(guī)定確定為2h。

該LNG單容罐罐區(qū)的消防冷卻水量計算結(jié)果見表1。

2.4　消防冷卻系統(tǒng)設(shè)計

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)的電動閥控制，當發(fā)生火災(zāi)時，可在控制室操作。該LNG單容罐的噴淋水系統(tǒng)見圖1。

水霧噴頭設(shè)計參數(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個水霧噴頭，罐壁每半環(huán)設(shè)有16個水霧噴頭，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SPT50型消防水炮及4個室外消火栓，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)的壓力過高，故在每個消火栓處均設(shè)置一個減壓孔板，使消火栓處的壓力小于0.4MPa。每個消火栓旁都配有一個消火箱，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))，閥門間遠離儲罐區(qū)，所有閥門均采用電動和手動控制，可在控制室遠程控制。

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，泵房內(nèi)設(shè)消防水泵3臺，兩用一備，其中1臺為電動泵：流量為325m³／h，揚程為95m，電機功率為160kW，供電電壓為380V；2臺為柴油泵：流量為325m³／h，揚程為95m，功率為183kW，柴油泵自帶夠使用8h的柴油箱。還設(shè)有全自動氣壓消防穩(wěn)壓給水設(shè)備1套(2臺水泵和1個氣壓罐組成)，該穩(wěn)壓給水設(shè)備在沒有出現(xiàn)火災(zāi)事故時對消防冷卻水系統(tǒng)起到一個穩(wěn)壓的作用，流量為9.5m³／h，揚程為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。

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

當雙容罐外罐為混凝土材料時，只需對罐頂進行冷卻水設(shè)計，設(shè)計方法與單容罐一致。

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

4　結(jié)語

LNG儲罐區(qū)的消防冷卻水主要用于冷卻儲罐等設(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LNG氣化、加快燃燒速度，危險性更大。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)升級和降低設(shè)備的危險。

對于各種類型儲罐罐區(qū)的消防冷卻設(shè)計，應(yīng)在借鑒國外先進經(jīng)驗、盡快完善國內(nèi)LNG消防規(guī)范的前提下，使消防冷卻設(shè)計更加安全、可靠，確保LNG儲罐區(qū)的消防安全，使危險性降低到最低。

參考文獻：

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

[2]吳志榮，徐占偉，苗云波．LNG儲罐壓力控制及干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計[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：中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司第四設(shè)計研究院

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