液化天然氣（LNG）碼頭消防設計淺析

□ 湯 霖 張守華

一、引言

隨著中國經濟的快速增長，國內能源市場面臨供應不足的局面，能夠取代石油成為能源消費的主要是天然氣，包括便于運輸的液化天然氣（LNG）。LNG是液化天然氣Liquefied Natural Gas的英文縮寫，主要成分是甲烷，其火災危險性屬于甲A類。LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態天然氣體積的1／600，LNG的重量僅為同體積水的45 %左右，閃電溫度為-188 ℃，沸點為-161 ℃。由于LNG泄露時的溫度很低，其周圍大氣中的水蒸氣被冷凝成“霧團”，LNG的低溫危險性能使相關設備脆性斷裂和遇冷收縮，從而損壞設備和低溫灼傷操作者。天然氣在空氣中百分含量在5 %～15 %（體積百分比），遇明火可產生爆燃。因此，必須防止可燃物、點火源、氧化劑（空氣）這三個因素同時存在。

地質勘探出的天然氣通過制冷方法，將天然氣在大氣壓下冷卻至約-162 ℃的低溫下轉變成液態物質，成為液化天然氣。液化天然氣海上運輸是在低溫（-163 ℃）條件下以專用船舶進行的，LNG船所運載的貨物具有溫度低、比重小、蒸發氣與空氣混合極易燃燒等特點，因此LNG海上運輸屬于危險品運輸。

二、工程概況

某公司根據對市場的調查研究，規劃近期年轉運量100萬t LNG，遠期考慮轉運量300 萬t～400 萬t LNG的規模，LNG液化廠年產量40萬t LNG，碼頭靠泊船型兼容1 000 m3～10 000 m3LNG運輸船型。LNG接收站工程包括：LNG接收碼頭，LNG接收站，LNG儲罐，LNG槽車轉運，LNG液化廠。布置LNG泊位2個，設計代表船型為10 000 m3（5 000 DWT），工作船泊位2個。根據港址所在位置的水域條件，LNG泊位結構型式采用浮式碼頭方案，工作船泊位結構型式為斜坡碼頭。其中LNG泊位碼頭岸線長度為343 m，工作船泊位碼頭岸線長度為180 m。

三、消防系統的選擇

首先根據碼頭所裝卸的物料和設計船舶的噸級來劃分碼頭的等級：碼頭裝卸單一貨種為液化天然氣，設計代表船型為5 000 DWT，屬于裝卸甲A類的一級碼頭。碼頭同時發生火災次數按一次考慮。LNG碼頭所配備的消防設施，應能滿足撲救碼頭火災和輔助撲救停泊設計船型船舶火災的要求。因此，本工程消防系統由固定式干粉滅火系統、固定式消防冷卻水系統及水幕隔斷系統組成。

（一）滅火系統——固定式干粉滅火

LNG泄露后很快汽化，形成的氣體火災為立體火災，因此，適用于平面火災滅火的泡沫滅火系統，難以撲滅此類火災，而應采用的主要滅火劑是干粉。發生天然氣火災后，首先必須盡快切斷氣源，隨后立即噴水冷卻。在確認氣源已斷絕后，方可噴射干粉滅火。若未切斷氣源即實行滅火，滅火后繼續泄露的氣體容易形成爆炸性混合氣，有發生爆炸的危險性。因此，在LNG碼頭配備干粉滅火系統是十分必要的。

（二）冷卻系統——固定式高壓水冷卻

固定式遠控消防水炮是液化天然氣碼頭的主要消防冷卻設施，在火災發生時能對船舶的甲板面、LNG儲罐或碼頭工藝設施進行噴水冷卻。由于霧狀水與圓柱充實密集水流相比，具有更好的冷卻、窒息以及隔絕熱輻射的效果，對可燃氣體具有吹滅和乳化滅火的作用。因此，水炮配備直流—水霧兩用噴嘴。

碼頭消防水炮可與消防船或消拖兩用船協同工作以滿足覆蓋停泊設計船型的全船范圍和冷卻水量要求。因此停靠碼頭的LNG船舶起火時，可由碼頭消防炮和消防船或消拖兩用船共同噴水冷卻，以保證船舶主甲板面和儲罐均能被冷卻。

起火船舶的冷卻水供給強度系參考現行國家標準《石油化工企業設計防火規范》（GB 50160—2008）確定的。6L/（min·m2）的冷卻水供給強度介于《裝卸油品碼頭防火設計規范》（JTJ 237—99）所規定的LNG船著火罐10 L/（min·m2）、鄰近罐5 L/（min·m2）兩者之間，主要理由如下：

與常溫壓力式液化石油氣船不同，液化天然氣船均采用全冷凍式儲罐，此類儲罐具有比較后的隔熱層，且安全設施齊全，因此，起火后需要的冷卻水量相對較少。

由于消防炮噴水無法抵達液化天然氣儲罐在甲板面以下的部分，因此規定僅需對甲板面以上的儲罐露出部分進行冷卻。

（三）隔斷系統——水幕隔斷

液化天然氣船舶發生火災時，大量的輻射熱會使消防人員難以滅火作業，并會對碼頭上的工藝設施、消防設備造成損害，完善的水幕系統對隔絕熱輻射、保護碼頭設備有著十分重要的作用。因此，消防炮塔應設置水幕系統保護炮塔本身，在操作平臺前沿另外設置一套水幕系統。水幕系統垂直方向覆蓋范圍應從碼頭面至裝卸臂最高點，水平方向覆蓋范圍應不小于工作平臺長度，才能確保水幕的隔斷效果。

四、消防方式的確定

根據上述對于消防系統的選擇，本工程消防設施應包括遠控消防水炮系統、水幕系統、水噴霧系統、干粉滅火系統、高倍數泡沫滅火系統等固定式消防設施和消拖兩用船等可移動的消防設施。同時，碼頭前沿及消防炮塔設置水幕系統進行隔斷保護。

因此確定了本工程的消防方式：本工程若發生氣體火災時，首先開啟2門水炮對船舶的甲板面、儲罐及裝卸臂進行冷卻，并開啟炮塔及平臺位置的兩套水幕系統進行隔斷，當氣源確認已關閉后，開啟1門干粉炮滅火。碼頭裝卸點設置事故泄漏池，泄漏池范圍內設高倍數泡沫雨淋系統。火災時，根據事故泄漏池的檢測信號，雨淋閥自動開啟，系統噴射高倍數泡沫對事故泄漏池進行覆蓋。

五、消防設施的配置

LNG碼頭的消防設施由滅火系統、冷卻系統和隔斷系統組成。在發生火災時，可以滅火、降溫、隔斷，防止火勢擴大，也可以在液化天然氣泄露時對氣云進行驅散，防止起火爆炸。同時，消防設施的配置必須以消防計算為基礎。

表1 消防用水量表

本工程按照停靠10 000 m3LNG船、單罐儲氣量為5 000 m3的設計船型，以1個著火罐、1個相鄰罐進行計算，消防用水量按消防水炮、水噴霧冷卻、高倍數泡沫、炮塔水幕、碼頭前沿水幕同時開啟確定。（用水量計算見表1）

LNG碼頭消防用水量為336 L／s，一次性消防用水量為6 025 m3。經過消防計算后方能選定消防設施的各個參數，本工程的消防設施主要包括以下部分：

（一）消防炮塔

由于10 000 m3設計船型空載吃水1.47 m，型深為8.6 m，按設計高水位24.62 m（50年一遇高水位）考慮，LNG船空載時甲板面的高度為31.75 m。碼頭平臺標高為28 m，考慮到固定消防炮的俯仰角范圍為- 60 °～+ 70 °，設置10 m高的消防炮塔，以保證火災發生時，消防炮噴射范圍能覆蓋整船。

每個LNG碼頭平臺上設置2座PT10型消防炮塔（自帶水幕系統），每座炮塔上設置：

1臺PSKY120固定式液動遙控水炮，水炮設計壓力1.2 MPa，設計流量120 L／s，設計射程90 m（按額定射程的90 %計）。消防水炮采用直流-噴霧可轉換噴頭，并具備有線控制和無線控制功能，同時采用液壓驅動，其液壓泵由電動機驅動。

1套ZFP2000干粉滅火裝置，采用電動控制。每套干粉裝置儲量2 t，采用氮氣瓶作為動力源；每套干粉滅火裝置配1臺干粉炮和2個干粉槍；干粉炮設計流量45 kg／s，射程45 m（按額定射程的90 %計），噴射時間不小于60 s。

（二）消防用房

在綜合用房內設置消防控制室和泡沫間。在消防控制室內設消防炮控制設備和閥門控制設備，能對消防炮及水幕系統進行遙控。在泡沫間內設置一套泡沫比例混合裝置，配容積1m3壓力式泡沫罐，泡沫液采用3 %高倍數、耐低溫、耐煙型泡沫液，泡沫液儲量0.7 m3。同時設置高倍數泡沫發生器，根據事故泄漏池的檢測信號，自動開啟雨淋閥噴射高倍數泡沫對事故泄漏池進行覆蓋隔斷。

碼頭控制室和配電間是LNG碼頭的中樞和動力中心，一旦發生火災將會印發較大損失，為保證安全，在碼頭消防控制室設置火災自動報警系統，同時設置七氟丙烷自動氣體滅火裝置1套，并在有人值班時將系統切換至手動狀態以策安全。

（三）水幕及水噴霧

操作平臺前沿設水幕，垂直方向可覆蓋碼頭面到裝卸臂頂點，水平方向覆蓋范圍不小于工作平臺長度。LNG掃線管消防采用水噴霧系統，設雨淋閥、霧化噴頭。

（四）低壓消防

在碼頭平臺、操作平臺以及引橋部分的消防水管上設置減壓穩壓消火栓及消火栓箱（包括：水槍、水帶等），用以撲滅零星固體火災。

（五）滅火器

為撲救初起零星火災，根據《建筑滅火器配置設計規范》的標準配置小型滅火器。LNG碼頭按嚴重危險級B、C類場所配置，工作船碼頭按中危險級B類場所配置滅火器。在碼頭平臺和操作平臺上設置手提式干粉滅火器和推車式干粉滅火器。

（六）消防船

消防船在撲救液化天然氣船舶、碼頭的火災中，具有機動、靈活的優點，能有效保護消防人員的安全，并且可以直接取用海水或江水，水源十分充足。因此，LNG碼頭配備消防船十分重要。

本碼頭在船舶靠泊作業期間，至少應有兩艘消防船或消拖兩用船進行監護，本工程新配備了2艘消拖兩用船，靠泊在工作船碼頭。新建的消防船或消拖兩用船的消防炮總流量、射程等對外消防性能應達到第1類消防船的要求。參照國內同類LNG碼頭自備的消拖船性能，消防炮流量666 L／s，壓力1.2 MPa，可滿足FIFI 1消防船的要求。并要求新配備的消拖兩用船設有大型干粉消防設備。

（七）配套設施

設防爆電動蝶閥控制消防炮和水幕。為減小在事故或消防中，化工品濺到人員皮膚上所引起的傷害，在碼頭平臺配有洗眼器。