城镇中小型LNG气化站罐区消防设计

　　摘　要：分析了LNG及LNG储罐的特点，根据国家现行的相关设计防火规范，提出了LNG气化站消防设计方案。
　　
　　关键词：LNG气化站；罐区；消防设计

　　小型LNG气化站通常采用2台50m³或者100m³真空绝热储罐，中型LNG气化站通常采用4～8台100m³或者150m³真空绝热储罐，单排或双排布置。由于天然气属于易燃易爆物质，因此其储罐区配置有效的消防设施是气化站安全运行的必要保障。
　　
　　1 LNG性质与特点
　　
　　LNG是将气态天然气深冷至-162℃以下制得的液态天然气，是以甲烷为主并含有乙烷、丙烷等的混合物。以新疆广汇公司生产的LNG为例，液体密度为486.28kg/m3，平均相对分子质量为19.444，温度为-162.33℃。
　　
　　LNG一旦泄漏，将快速气化成为气体并向周围扩散，因大量吸热使周围空气温度降低，大气中的水蒸气冷凝成为雾。天然气与空气形成可燃气体混合物的雾团，此雾团通常是可见的，可以作为可燃性云团的示踪物，指示出云团的范围(实际可燃性云团范围还要更大一些)，能随风向远处和天空扩静当云团中天然气体积分数在5％～15％范围内遇明火则着火，云团中的天然气处于低速燃烧状态，云团内形成的压力<5kPa，一般不会造成很大的爆炸危害[2]。
　　
　　2 LNG储罐特点
　　
　　LNG储罐为低温储罐，150m³及以下容积储罐通常采用双层真空绝热结构，真空层间充填珠光砂。50～150m³储罐典型形式为立式储罐，物料进出均口在储罐底部，外罐顶部仅有一个安全泄放口(防爆膜)；20～50m³储罐典型形式为卧式储罐，物料进出口均集中在储罐一端封头下部，安全泄放口(防爆膜)在同一端封头上部，储罐另一端封头一般无任何接口。
　　
　　LNG储罐这种真空绝热结构可以控制大气环境下日蒸发率。即使储罐真空破坏，只要外罐顶部以下未破裂，超过100mm厚的珠光砂绝热层也能提供有效的隔冷保护，使储罐内LNG不会迅速气化。因此，当LNG罐区发生火灾时，及时切断LNG储罐液相出料口并迅速打开喷淋水管对储罐壁及下部进出料阀组进行喷淋保护，只要储罐不破裂就不会引起LNG大量泄漏。
　　
　　3 消防设计
　　
　　消防设计的原则就是以防为主，防消结合。第一是防止火灾发生，在生产区设置多个可燃气体报警探头，并和储罐液相出口紧急切断阀联锁，一旦发现泄漏紧急切断阀可立即关闭，防止LNG大量泄出；第二是一旦发生火灾能自救，消灭初期火灾，控制较大火灾，防止火灾扩大，给消防队前来灭火争取时间。
　　
　　3．1主要防火设计规范
　　
　　用于LNG气化站的防火设计规范主要有：
　　
　　①《建筑设计防火规范》(GB50016--2006)；
　　
　　②《城镇燃气设计规范》(GB50028--2006)；
　　
　　③《石油天然气工程设计防火规范》(GB50183--2004)；
　　
　　④《石油化工企业设计防火规范》(GB50160—2，1999年版)。
　　
　　城镇燃气设计中使用的主要专业规范就是《城镇燃气设计规范》[3]，其次是《建筑设计防火规范》[4]。由于LNG厂站建设在我国刚刚兴起，故2004年底以前已发布的规范中尚没有专门针对LNG厂站设计的专业规范或章节，仅在《石油化工企业设计防火规范》中有关于全冷冻式液化烃储罐(LNG储罐属于此类储罐)的消防要求。2004年11月4日发布的《石油天然气工程设计防火规范》中新增加了第十章液化天然气站场，对LNG站场布置及消防要求甚高，适用于大中型以上LNG站场。国家建设部根据城镇燃气的新发展，已经组织专家对《城镇燃气设计规范》进行修订，新增加第9章液化天然气供应，对储罐布置及消防等都列出了具体的要求。新版《城镇燃气设计规范》(GB50028—2006)已于2006年7月12日发布，并于2006年11月1日起实施。
　　
　　作为城镇燃气气源的中小型LNG气化站，站内LNG储存量少，液相管道管径小，即使管道受损破裂，因管道口径小、操作压力低，LNG泄漏也慢，不易在地面上形成大规模的易燃易爆低温天然气蒸气云团。因此，在设计实践中，在2005年前消防设计按《城镇燃气设计规范》中液化石油气部分设计，2005年后对储罐较多、场地较充裕的气化站按《石油天然气工程设计防火规范》中液化天然气站场消防要求在原计算消防水量基础上增加200m3／h备用消防水量，并增加消火栓数量以达到消火栓出水量满足全部消防水量的要求[5]。
　　
　　3．2预防措施
　　
　　迅速切断LNG来源和减缓LNG的气化是消防设计中的第一步措施，即防止天然气沿地面扩散引发火灾，具体措施为：
　　
　　①在罐区内设置多个可燃气体泄漏报警探头，重点在储罐根部阀组及操作阀组附近。
　　
　　②储罐出液管根部设置遥控紧急切断阀，并和可燃气体报警实行联锁，做到一旦发现泄漏能及时切断LNG来源。
　　
　　③储罐四周设置集液沟，罐区边缘设置集液池，使泄漏的LNG能沿集液沟流淌到集液池中，防止在罐区内到处流淌而迅速气化扩散。集液池边设置高倍数泡沫发生器，发生泄漏时用大量的泡沫覆盖集液池及周围，阻止LNG快速吸收周围热量迅速气化而形成可燃性天然气蒸气云团。
　　
　　3．3灭火措施
　　
　　①LNG卧式罐区
　　
　　一旦失火，规范要求着火罐和相邻罐必须同时喷淋[3]，着火罐全部喷淋，相邻罐一半喷淋将使设计及实际操作变得复杂。另外卧式LNG储罐筒体部分的双层密闭结构使筒体部分并不会有LNG泄出燃烧，只可能在封头一端泄漏燃烧。小型LNG储罐进出口管管径小(公称直径≤50mm)，即使管道断裂泄漏量也有限，因此在泄漏点附近LNG会迅速气化而不会在储罐组防护墙内大面积流淌，着火点自然也会在泄漏点处。综上所述，在罐区四周布置多支多功能消防水炮更为适合，可采用一支消防水炮集中喷射着火处，其余消防水炮开花式喷射覆盖储罐和阀组。
　　
　　②LNG立式罐区
　　
　　立式LNG储罐高度较高，最高点通常高于18m，采用普通消防水炮不易覆盖储罐上部，如果采用射程远的消防水炮必然流量大而且水压要求也高，不仅提高了对消防泵房和消防水池的要求，也使同一消防管网上的消火栓需设置减压孔板。在石化行业，全冷冻式液化烃储罐通常罐顶设置喷淋水管，罐壁采用消防水炮喷淋[6]，此方式较为完善，但对消防水量和水压的要求较高，石化企业通常建有自己专属的电厂、水厂和消防队，而城镇燃气中小型LNG气化站不具备此条件。《建筑设计防火规范》(GB50016--2006)第9.6.5条明确规定“液化天然气储罐固定喷淋装置宜采用喷雾头，固定喷淋装置的布置必须保证喷淋时，将其储罐全部覆盖。”因此，立式LNG储罐宜设置固定式喷淋装置，根据选用的喷头特性，沿筒体上下均匀分布多层环形喷淋管道，并在储罐下部进出口阀组处架设局部喷头。同时可在罐区四周布置几支多功能消防水炮用于辅助灭火。
　　
　　4 结论

    LNG罐区消防喷淋水设计，对于卧式储罐采用多功能消防水炮喷淋较好，可充分利用消防水炮射程远、覆盖面广的优点。对于立式储罐，尤其是双列布置的储罐，采用在储罐上安装多层固定喷淋水环管方式，可使储罐得到全面的喷淋保护，有效保证储罐安全。