LNG氣化站消防設(shè)計探討

一、概述

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的低碳能源。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和節(jié)能減排推進(jìn)，天然氣的使用比重持續(xù)提高。液化天然氣氣化站作為天然氣供應(yīng)的重要設(shè)施，是目前無法使用管輸天然氣供氣城市的主要供氣來源，也是許多使用管輸天然氣供氣城市的應(yīng)急或調(diào)峰來源，在天然氣的發(fā)展與使用中起著關(guān)鍵作用。而液化天然氣作為一種危險性較高的能源，做好液化天然氣氣化站的消防安全設(shè)計成為保障天然氣供應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

二、LNG危險因素分析

天然氣是一種無色、無味、無毒且無腐蝕性的碳?xì)浠衔铮琇NG是以液體形式存在的天然氣。天然氣具有易燃性、易爆性、靜電荷積聚性、易擴散性、窒息性等特性。天然氣屬于甲類火災(zāi)危險性，閃點很低（甲烷閃點為-188℃），與空氣混合形成可爆炸性氣體；比空氣輕，泄漏后會立即飛散。天然氣極易燃燒、爆炸，并且擴散能力強，火勢蔓延迅速，一旦發(fā)生火災(zāi)難以施救。天然氣具有高度易燃易爆性，與空氣混合能形成爆炸性混合物天然氣的密度比空氣小，擴散迅速，一般不在低凹處聚集。天然氣泄漏后易隨風(fēng)擴散到遠(yuǎn)處，遇明火會引著回燃，波及一片，對周圍環(huán)境的安全造成很大影響。

三、LNG氣化站消防設(shè)計

1、儲罐區(qū)作為氣化站中LNG的主要儲存區(qū)域，直接影響氣化站的安全生產(chǎn)。在城鎮(zhèn)燃?xì)釲NG設(shè)計中，儲罐容積主要為150m3及以下。LNG立罐物料進(jìn)出口均在儲罐底部，灌頂僅有一個安全泄放口。

當(dāng)LNG儲罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，著火罐直接受火焰作用，管壁溫度會迅速上升，導(dǎo)致管壁強度降低，儲罐可能出現(xiàn)變形甚至破裂的危險。因此，儲罐發(fā)生火災(zāi)后應(yīng)及時進(jìn)行冷卻。儲罐可設(shè)固定式冷卻設(shè)備，亦可采用室外消火栓等進(jìn)行冷卻。

當(dāng)儲罐設(shè)置固定式冷卻設(shè)備時，儲罐用水強度按0.15L/(s·m2)計算，著火儲罐的用水面積按其全表面積計算，相鄰儲罐離著火罐間距若小于1.5倍直徑 (臥式儲罐按其直徑和長度之和的一半)，相鄰儲罐的保護面積按表面積的一半計算。可根據(jù)面積及噴水強度的乘積取得理論冷卻用水量。

儲罐固定噴淋裝置宜采用水霧噴頭，因?qū)ζ鋬蘩鋮s效果較好。單個水噴霧頭的流量按q=K√10P計算(P為水霧噴頭的工作壓力，不應(yīng)小于0.2MPa，K為水霧噴頭的流量系數(shù))。

當(dāng)儲罐發(fā)生火災(zāi)時，熱量向上運功，儲罐頂部及上部溫度相對較高，也更為容易遭到破壞，因此設(shè)計儲罐固定冷卻裝置時，宜重點考慮儲罐頂部及上部的冷卻降溫。一般在儲罐頂部設(shè)置一圈，上部設(shè)置二～三圈噴頭，每圈相距3米左右。水霧噴頭與儲罐外壁之間的距離不應(yīng)大于0.7m。

在設(shè)計時，首先應(yīng)根據(jù)噴頭與儲罐外壁之間的距離及噴頭的霧化角，對噴頭進(jìn)行合理布置，保證水霧能將儲罐上部罐壁及罐頂都覆蓋，確定每圈的噴頭個數(shù)及總噴頭數(shù)，再得出單個噴頭的平均出流量及噴頭的流量系統(tǒng)K。

確定噴頭個數(shù)及流量系統(tǒng)K之后應(yīng)重新進(jìn)行水力校核。選定最不利點噴頭，取此噴頭出口的供水壓力為0.2MPa，依次逐點計算每個噴頭的流量，每個噴頭流量相加即為系統(tǒng)的設(shè)計流量，如超出理論冷卻用水量比較多的話，可在每圈管道入口處設(shè)置減壓孔板或適當(dāng)調(diào)小噴頭的流量系統(tǒng)K，再重新試算。

此外，儲罐底部設(shè)置大量進(jìn)出液管道，如果遭到破壞，會發(fā)生大規(guī)模液體泄漏，造成嚴(yán)重后果。因此，儲罐底部也是火災(zāi)重點保護區(qū)域，設(shè)計時也會考慮在儲罐底部設(shè)置固定噴淋裝置。

每個儲罐的固定噴淋裝置進(jìn)水管上均單獨設(shè)置氣動蝶閥，平時閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)儲罐區(qū)火焰探測器探測到有火災(zāi)發(fā)生，發(fā)出報警時，經(jīng)控制室人員確認(rèn)，遠(yuǎn)程自動開啟閥門，水霧噴頭開始噴水冷卻降溫。氣動蝶閥還應(yīng)具備手動開啟功能。

除固定噴淋冷卻裝置外，LNG儲罐還需設(shè)置室外消火栓用于輔助冷卻保護。設(shè)計流量：當(dāng)儲罐總?cè)莘e不大于200m3且單罐容積不大于50m3時，水槍用水量按20 L/s計，否則按30 L/s計。室外消火栓應(yīng)設(shè)于防液堤外，數(shù)量應(yīng)根據(jù)每個罐的設(shè)計流量進(jìn)行確定，其間距不宜大于60m，且距罐壁15米范圍內(nèi)的消火栓不應(yīng)計算在該儲罐可使用的數(shù)量內(nèi)。

若液化天然氣儲罐或儲罐區(qū)單罐容積小于等于20m3且總?cè)莘e小于50m3，則可以只設(shè)置固定噴淋裝置或著室外消火栓，其消防水量應(yīng)按室外消火栓用水量計算。

2、LNG儲罐區(qū)內(nèi)，水既不能控制也不能熄滅液化天然氣液池火災(zāi)，消防水只是用于冷卻儲罐、設(shè)備及其他可能受損的結(jié)構(gòu)，以防止造成大面積LNG泄漏。要控制、撲滅液化天然氣火災(zāi)，一般使用高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。

LNG儲罐區(qū)設(shè)有導(dǎo)液溝，當(dāng)發(fā)生LNG泄漏時，LNG會隨著導(dǎo)液溝流入儲罐區(qū)集液池，大量LNG在集液池聚集氣化，因此集液池是重點危險區(qū)域，在集液池上方設(shè)置固定式局部應(yīng)用系統(tǒng)，并設(shè)置導(dǎo)泡筒。當(dāng)液化天然氣泄漏但尚未著火時，高倍數(shù)泡沫迅速覆蓋整個集液池，隔斷液態(tài)天然氣與大氣的接觸，減少氣化量，阻止蒸汽云的形成，這能有效控制天然氣火災(zāi)的發(fā)生和蔓延。當(dāng)著火后，覆蓋高倍數(shù)泡沫能控制火災(zāi)，降低輻射熱，以保護其他相鄰設(shè)備。

泡沫滅火器發(fā)泡倍數(shù)宜為300～500；泡沫混合液供給強度不宜小于7.2L /(min·m2)；泡沫連續(xù)供給時間不宜小于40min。泡沫發(fā)生器采用壓力泡沫混合液驅(qū)動水輪機，給水從站內(nèi)消防給水管網(wǎng)接入。在進(jìn)水管上設(shè)置氣動蝶閥，平時自動閥處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)儲罐區(qū)有液體泄漏，溫度探測器發(fā)出報警，經(jīng)控制室人員確認(rèn)，遠(yuǎn)程自動開啟閥門，泡沫發(fā)生器在水力驅(qū)動下開始發(fā)泡。氣動蝶閥還應(yīng)具備手動開啟功能。

移動式高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)由車載式高倍數(shù)泡沫產(chǎn)生器、比例混合器、泡沫液桶、水帶、導(dǎo)泡筒等組成，它可作為固定式泡沫系統(tǒng)的補充，能夠更快、更有效的撲滅火災(zāi)。此外，移動式泡沫滅火系統(tǒng)移動靈活，使用范圍較廣，除了能用于集液池外，還能靈活達(dá)到儲罐區(qū)任意區(qū)域。

3、小型干粉滅火器對撲滅初期火災(zāi)、避免火勢擴大，具有重要作用。LNG氣化站內(nèi)具有火災(zāi)和爆炸危險的建筑物、儲罐和工藝裝置區(qū)應(yīng)設(shè)置干粉滅火器。站內(nèi)液化天然氣儲罐或工藝裝置區(qū)按嚴(yán)重危險級配置滅火器材。儲罐區(qū)內(nèi)，按儲罐臺數(shù)、每臺儲罐設(shè)置8kg手提式滅火器和50kg推車式滅火器各1具；每個槽車車位設(shè)置8kg手提式滅火器2具；氣瓶灌裝臺設(shè)置不少于2具8kg滅火器；工藝裝置區(qū)按區(qū)域面積，每50m2設(shè)置8kg滅火器1具，且每個區(qū)域不少于2具。

4、LNG氣化站內(nèi)除生產(chǎn)區(qū)外，一般都設(shè)有生產(chǎn)輔助區(qū)，含有輔助用房、辦公樓等建筑物。對于生產(chǎn)輔助區(qū)的消防設(shè)計應(yīng)參照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《建筑滅火器配置規(guī)范》等規(guī)范進(jìn)行。

5、LNG氣化站同一時間內(nèi)的火災(zāi)次數(shù)應(yīng)按一次考慮，按消防用水量大的區(qū)域進(jìn)行設(shè)計，通常情況下，儲罐區(qū)用水量大于生產(chǎn)輔助區(qū)用水量，故整個站消防設(shè)計按儲罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行。儲罐區(qū)內(nèi)固定式冷卻設(shè)備和室外消火栓用水火災(zāi)連續(xù)時間為6h，但總?cè)莘e小于2203且單罐容積小于或等于50m3的儲罐或儲罐區(qū)，火災(zāi)連續(xù)時間為3h。高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)用水的火災(zāi)連續(xù)時間為40min。消防水池容量為固定式冷卻設(shè)備、室外消火栓、高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)用水量之和，并考慮適當(dāng)?shù)挠嗔俊?/p>

LNG氣化站一般設(shè)置一套消防給水系統(tǒng)，供固定式冷卻設(shè)備、室外消火栓、高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)使用，采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)。室外消防給水管網(wǎng)呈環(huán)狀布置，由消防水泵引出兩條輸水管線向環(huán)狀管網(wǎng)供水，消防水泵通常采用兩用一備或者一用一備，并同時配備消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備。平時，消防給水管網(wǎng)壓力由消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備維持，當(dāng)站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，管網(wǎng)用水量增大，穩(wěn)壓泵無法維持管網(wǎng)壓力，此時打開消防泵同時關(guān)閉穩(wěn)壓泵并，由消防泵為管網(wǎng)供水。

四、總結(jié)

雖然LNG儲罐區(qū)內(nèi)消防水大量用于冷卻保護，有著與其他消防系統(tǒng)不同的用途，但其消防水源、供水設(shè)施、給水形式、管網(wǎng)、水力計算與其它消防系統(tǒng)基本一致。在設(shè)計中須充分了解LNG危險特性，采取針對有效措施，合理設(shè)計消防給水系統(tǒng)，定能減少火災(zāi)危害，保護人身和財產(chǎn)安全。