LNG儲罐區的消防冷卻設計

摘要

結合工程實例，根據國內現行規范，對LNG儲罐區的消防冷卻設計進行了探討。

摘　要：結合工程實例，根據國內現行規范，對LNG儲罐區的消防冷卻設計進行了探討。

關鍵詞：LNG儲罐；儲罐區；消防冷卻設計；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儲存工藝系統中的核心設備。由于LNG儲罐往往在超低溫(-162℃)狀態下工作，因此，與其他燃氣儲罐相比，LNG儲罐有其特殊性。LNG廠站發生火災時，由于火災產生熱輻射，因此必須冷卻儲罐等設備和管道，預防設備、管道內的壓力上升。水流可以冷卻、保護受到熱輻射的儲罐等設備和管道，吸收和控制火災產生的熱量，阻止大火蔓延，以防止火災升級和降低設備的危險程度，保護消防人員和廠站工作人員。因此，LNG儲罐罐區的消防冷卻設計十分重要。

LNG儲罐按結構可分為單容罐、雙容罐、全容罐及薄膜罐^[1]，國內投產運行的LNG儲罐較常見的是單容罐、全容罐。本文結合工程實例，對LNG儲罐罐區的消防冷卻設計進行探討。

2　LNG單容罐的消防冷卻設計

2.　工程概況

中國聯盛投資集團有限公司在山西沁水投資建設了日處理量50×10⁴m³／d的煤層氣液化項目，液化廠內設有一座常壓LNG單容罐，內壁材料為耐低溫鋼(9％鎳鋼)，外壁材料為碳鋼，內外壁之間填充保冷材料。該罐基本參數為：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，當內壁破損時，會出現LNG和蒸發氣的泄漏，因此罐區應設置圍堰，儲罐應設固定式消防冷卻水系統，并在罐區周圍設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《石油天然氣工程設計防火規范》第10．4．5條規定：LNG廠站固定消防水系統的消防水量應以最大可能出現單一事故設計水量，并考慮200m³／h余量后確定。其中單一事故設計水量參照第8．5．3條規定：天然氣凝液、液化石油氣罐區設置固定式消防冷卻水系統時，其消防用水量應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儲罐罐頂的消防冷卻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《石油天然氣工程設計防火規范》第10章未對火災延續時間作出規定。本文參照第8．5．7條規定，確定以上①、②兩項的火災延續時間為6h。200m³／h消防余量(用于水槍、水炮)的火災延續時間按照GB／T 20368—2012《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運》的規定確定為2h。

該LNG單容罐罐區的消防冷卻水量計算結果見表1。

2.4　消防冷卻系統設計

①罐頂、罐壁噴淋水系統

在罐頂及罐壁周圍各設一圈供水管，均一分為二呈半環狀，罐頂供水環管為DN 65mm，罐壁供水環管為DN 80mm。兩個半環分別由兩條DN 150mm的給水立管供水(給水立管引自廠站內的環狀消防管網)，每條給水立管都由設在圍堰外閥門間內的電動閥控制，當發生火災時，可在控制室操作。該LNG單容罐的噴淋水系統見圖1。

水霧噴頭設計參數：流量系數42.75，霧化角120°，工作壓力0.35MPa。在罐頂每半環設有10個水霧噴頭，罐壁每半環設有16個水霧噴頭，噴淋流速按大于2.5m／s考慮，噴頭安裝后應將噴頭調整到距罐外表面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部雜物，整個系統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有過濾器。

②消防水炮及消火栓的設置

在罐區周圍設有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范圍內調節，射程為40～60m。

由于消防管網的壓力過高，故在每個消火栓處均設置一個減壓孔板，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，內有消防水龍帶及消防水槍。

③閥門間

由于本工程所處地區冬季較寒冷，出于防凍及操作便利的考慮，設置了閥門間(站內消防系統的所有閥門均在閥門間內)，閥門間遠離儲罐區，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。在站內設有消防泵房及水池。消防泵房為半地下式，泵房內設消防水泵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。還設有全自動氣壓消防穩壓給水設備1套(2臺水泵和1個氣壓罐組成)，該穩壓給水設備在沒有出現火災事故時對消防冷卻水系統起到一個穩壓的作用，流量為9.5m³／h，揚程為64m，功率為3kW，穩壓范圍為0.3～0.6MPa。從消防泵房引出兩條DN 300mm的水管與站內的環狀消防管網相連。

在消防水泵出水總管上設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。控制室顯示消防水池水位。

3　雙容罐與全容罐的消防冷卻設計

當雙容罐外罐為混凝土材料時，只需對罐頂進行冷卻水設計，設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計。根據GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規范》第10．4．5．2款的規定，在罐頂泵平臺處設置固定水噴霧系統，供水強度不小于20.4L／(min·m²)。

4　結語

LNG儲罐區的消防冷卻水主要用于冷卻儲罐等設備和管道，而不是撲滅火焰(LNG廠站內還設有高倍數泡沫滅火系統及干粉滅火系統^[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周圍未著火的設備和管道，吸收和控制火災產生的熱量，阻止大火蔓延，防止火災升級和降低設備的危險。