大型LNG 儲罐安全距離計算標準對比分析

侯軍

廣東陽江海陵灣液化天然氣有限責任公司 （廣東 陽江 529500）

近年來， 國家出臺了一系列舉措促進天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 2017 年6 月23 日，國家發(fā)改委發(fā)布《加快推進天然氣利用的意見》，明確提出要逐步將天然氣培育成為我國現(xiàn)代能源體系的主體能源；2018 年9月5 日，國務院發(fā)布《國務院關于促進天然氣協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展的若干意見》，再次明確要加快天然氣開發(fā)利用，促進協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展。 LNG 接收站作為LNG 進口的關鍵設施， 在促進天然氣配置和利用上發(fā)揮著重要作用。截至2018 年底，我國已建成投產(chǎn)的LNG 接收站達20 座，且尚有40 余座LNG 接收站處于在建或籌建階段，未來幾年我國LNG 接收站仍將處于高速發(fā)展期。 LNG 接收站的高速發(fā)展，意味著將要建設大量LNG 儲罐。 LNG 儲罐安全距離計算是LNG接收站設計的重要環(huán)節(jié)。為確保LNG 接收站內(nèi)大型LNG 儲罐的運行管理安全，有必要對大型LNG 儲罐安全距離計算標準進行分析。

1 LNG 儲罐安全距離計算相關標準

我國關于LNG 儲罐安全距離的標準主要有GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》、GB/T 22724—2008 《液化天然氣設備與安裝 陸上裝置設計》、GB/T 20368—2012《液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲存和裝運》。①GB 50183—2004 于2005 年3 月1 日起實施，該標準在2015 年進行了修訂，并在2016 年3 月1 日由住房和城鄉(xiāng)建設部宣布實施,但后來考慮到執(zhí)行存在較大困難而暫緩實施，因此GB 50183—2004 仍為現(xiàn)行標準[1-2]。②GB/T 22724—2008 使用重新起草法，修改采用歐洲標準EN 1473—1997《液化天然氣設備與安裝 陸上裝置設計》， 截至目前，EN 1473 已進行了2 次修訂， 現(xiàn)行標準為EN 1473—2016[3-5]。 ③GB/T 20368—2012 使用重新起草法，修改采用美國防火協(xié)會標準NFPA 59A—2009 《液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲存和裝運》，截至目前，NFPA 59A 已進行3 次修訂， 現(xiàn)行標準為NFPA 59A—2019[6-8]。

2 標準對比

鑒于大型、低壓LNG 儲罐已在世界各國廣泛應用,僅對內(nèi)承壓低于100 kPa，且儲存容量大于3 000 m3的LNG 儲罐安全距離進行探討。 考慮到GB 50183—2004 對大型LNG 儲罐安全距離的計算要求是根據(jù)NFPA 59A—2001 和49CFR 193 《LNG 設施：聯(lián)邦安全標準》編制的，與GB/T 20368—2012 基本一致， 因此不對GB/T 20368—2012 進行探討[1,6]。主要從LNG 儲罐間距、LNG 儲罐與周邊建（構）筑物的距離、 隔熱距離、 擴散隔離區(qū)4 個方面對GB 50183—2004、GB/T 22724—2008 這兩個標準進行對比分析。

2.1 LNG 儲罐間距要求

GB 50183—2004 規(guī)定，對于地上LNG 儲罐，當儲罐單罐容量大于265 m3時，儲罐之間的最小距離為相鄰儲罐直徑之和的1/4（最小為1.5 m），與NFPA 59A—2019 對大型LNG 儲罐最小間距的要求一致[1,8]。 GB/T 22724—2008 規(guī)定，無需考慮塌陷的兩個相鄰儲罐之間的最小距離為較大儲罐的次容器半徑，該標準明確指出全容、薄膜、低溫混凝土式預應力混凝土（包括混凝土頂）儲罐為無需考慮塌陷的儲罐類型[3]。 不難得知：如相鄰儲罐規(guī)格大小一致， 則這兩個標準對儲罐之間的最小距離要求也相同；如相鄰儲罐規(guī)格大小不同，則按GB/T 22724—2008 要求算得的儲罐之間的最小距離相對較大。

目前， 國內(nèi)已建成LNG 接收站的主要LNG 儲罐規(guī)格大小不一，小到2×104m3，大到20×104m3。2×104m3LNG 儲 罐 外 罐 直 徑 約 為40 m，20×104m3LNG 儲罐外罐直徑達88 m。 如果這兩種規(guī)格的LNG 儲罐相鄰布置， 按GB 50183—2004 要求算得的最小距離為32 m， 而按GB/T 22724—2008 要求算得的最小距離為44 m，最小距離差值達12 m。 可見，執(zhí)行的標準不同，對儲罐區(qū)布置影響較大。

2.2 LNG 儲罐與周邊建（構）筑物距離要求

1）GB 50183—2004 規(guī)定，對于容量大于265 m3的LNG 儲罐，儲罐排放系統(tǒng)至建筑物或建筑界限的最小距離為容器直徑的0.7 倍，但不小于30 m。 該標準還規(guī)定， 當LNG 儲存總容量大于或等于3×104m3時，接收站與居住區(qū)、公共福利設施安全距離應大于500 m。 此外， 該標準還要求在事故狀態(tài)下對LNG 儲罐熱輻射和蒸氣云擴散后果進行計算，對安全間距進行校核， 并給出了相關邊際條件和判定結果[1]。

相比較而言，GB 50183—2004 對LNG 儲罐與周邊建（構）筑物的距離要求更為明確；但GB/T 22724—2008 對情景計算的類型劃分更細， 要求用定量風險評價方法，從量化風險的角度，評價LNG儲罐事故狀態(tài)下對周邊環(huán)境影響的風險可接受程度，盡量保障生命、財產(chǎn)安全。 楊曉明、郭宗華等[9-10]通過計算分析得到，GB 50183—2004 給出的距離要求嚴于GB/T 22724—2008、NFPA 59A—2009。

2.3 隔熱距離要求

2.3.1 LNG 火災輻射計算模型

GB 50183—2004 規(guī)定：圍堰和集液池與室外活動場所、建（構）筑物的隔熱距離（操作設施除外）可按國際公認的LNG 燃燒熱輻射計算模型（即美國天然氣研究協(xié)會GRI 0176 報告中所描述的 “LNG 火災輻射模型”）確定，也可使用管理部門認可的其他方法計算確定。 GB/T 22724—2008 則規(guī)定：LNG 火災的輻射值應采用合適有效的模型計算， 模型需參考GB/T 19204—2003 附錄A 中列出的參考文獻建立。 相較而言，GB 50183—2004 更明確地指出了計算模型，便于設計者使用。

2.3.2 區(qū)域、設備熱輻射要求

對于不同區(qū)域、設備所允許的最大熱輻射要求，GB 50183—2004 與GB/T 22724—2008 的規(guī)定存在較大差異。 GB 50183—2004、GB/T 22724—2008 對不同區(qū)域熱輻射的要求分別見表1、表2。

GB 50183—2004 明確規(guī)定了在特定條件下室外活動場所、建（構）筑物所允許接收的最大熱輻射量。 GB/T 22724—2008 并未對天氣條件進行限定，但其將火災類型細分為池火與噴射火焰， 將區(qū)域劃分為站場內(nèi)與站場外，并在此基礎上對區(qū)域、設備進行了分類，明確了不同區(qū)域、設備允許的最大熱輻射量。 相較而言，GB/T 22724—2008 對區(qū)域的劃分更為細化，更具有可操作性。

表1 GB 50183—2004 對LNG 站場區(qū)域允許最大熱輻射的要求[1]

表2 GB/T 22724—2008 對LNG 站場區(qū)域/設備允許最大熱輻射的要求[3]

2.4 擴散隔離區(qū)要求

1）蒸氣云擴散計算模型。 GB 50183—2004 規(guī)定， 擴散隔離區(qū)的邊界應按國際公認的高濃度氣體擴散模型 （實際指的是美國天然氣研究協(xié)會GRI 0242 報告中所描述的 “DEGADIS 高濃度氣體擴散模型”）進行計算，也可使用管理部門認可的其他方法計算確定。 GB/T 22724—2008 則規(guī)定，LNG 蒸氣擴散應采用合適有效的模型計算， 并未明確指出使用何種模型。 相較而言，GB 50183—2004 更明確地指出了計算模型，更便于設計者使用，但考慮到蒸氣擴散的復雜性， 計算模型需根據(jù)最新研究成果進行更新，使其更貼合實際。

2）擴散隔離區(qū)邊界。 GB 50183—2004 規(guī)定，擴散隔離區(qū)邊界的空氣中甲烷氣體平均濃度不應超過2.5%[1]。GB/T 22724—2008 要求，擴散模型能確定天然氣的濃度分布及到燃燒下限的距離[3]。 天然氣的燃燒極限為5%～15%，由此可知：GB/T 22724—2008要求模型能計算天然氣濃度為5%時， 蒸氣云擴散的距離，該區(qū)域范圍內(nèi)需采取措施避免產(chǎn)生火源，以避免事故狀態(tài)下導致爆炸。兩個標準的側重點不同，GB 50183—2004 明確指出了對擴散隔離區(qū)邊界甲烷濃度的要求，便于站場及場區(qū)外有關設施的布置；GB/T 22724—2008 則從防止發(fā)生爆炸的角度出發(fā)，要求明確燃燒下限下蒸氣云的擴散距離， 為防爆設計提供依據(jù)。

金屬液流的破碎效果和五花戒指流體動能呈正比，流體的動能可以用其霧化氣流流速Vg一和氣體質(zhì)量流量Gg兩個參數(shù)描述。根據(jù)氣體動能公式：

3）設計泄漏量。 對于大型LNG 儲罐而言，其出入口均在儲罐頂部，根據(jù)GB 50183—2004 規(guī)定，其設計泄漏量為一條管道連續(xù)輸送10 min 的最大流量[1]；GB/T 22724—2008 并未對設計泄漏量予以明確。

3 標準執(zhí)行及修訂建議

3.1 標準執(zhí)行建議

GB 50183—2004 為我國油氣行業(yè)的強制性標準，其對LNG 儲罐安全距離的要求必須執(zhí)行。 GB/T 22724—2008 為我國LNG 領域推薦性標準，可參考執(zhí)行。 在大型LNG 儲罐安全距離計算時，需在嚴格執(zhí)行GB 50183—2004 的同時， 結合GB/T 22724—2008 有關要求加以校核， 確保LNG 接收站儲罐安全距離合理。 具體建議如下：

1）針對LNG 儲罐最小間距，GB/T 22724—2008未考慮較小LNG 儲罐的直徑大小， 要求相對更高。考慮到國內(nèi)外大多LNG 接收站均采用1/4 相鄰儲罐直徑之和進行設計， 且多年運行經(jīng)驗表明并不存在安全問題，建議按GB 50183—2004 執(zhí)行即可。

2）針對LNG 儲罐與周邊建（構）筑物的距離要求，GB 50183—2004 與GB/T 22724—2008 存在 較大差異。 考慮到GB 50183—2004 給出的距離要求嚴于GB/T 22724—2008、NFPA 59A—2009，建議按GB 50183—2004 執(zhí)行即可。

3）針對隔熱距離，建議先按GB 50183—2004有關要求進行計算； 再基于事故場景， 依據(jù)GB/T 22724—2008 有關要求進行計算。 最終選取兩者中較大值作為隔熱距離，在設計中予以考慮。

4）針對擴散隔離區(qū)要求，建議依據(jù)GB 50183—2004 要求的模型，以罐頂單條管道連續(xù)輸送10 min的最大流量為設計泄漏量， 既要算出擴散區(qū)隔離邊界，還要確定燃燒下限下蒸氣云的擴散距離，在設計中予以統(tǒng)籌考慮。

3.2 標準修訂建議

按照慣例，國家標準通常每5 年修編一次。截至目 前，GB 50183—2004 已 實 施 超 過14 年，GB/T 22724—2008 也已實施近10 年，兩個標準關于LNG儲罐安全距離的規(guī)定已不能很好地滿足實際需求，均需盡快進行修訂。 具體修訂建議如下：

1）對標NFPA 59A—2019、EN 1473—2016，核實GB 50183—2004 中對LNG 儲罐與周邊建構筑物的距離要求，避免標準要求過嚴導致無法實施。 GB 50183—2015 先后經(jīng)歷了頒布實施、推遲實施、暫緩實施等過程，主要原因在于其部分條款要求過高，很多企業(yè)無法滿足其要求。 因此，有必要對LNG 儲罐與周邊建（構）筑物的距離要求進行論證、修改。

2）GB 50183—2004 對不同區(qū)域、設備所允許的最大熱輻射的要求未區(qū)分站場內(nèi)與站場外， 且區(qū)域劃分不夠細， 可操作性不夠強， 需參考EN 1473—2016 進行修訂。

3）GB 50183—2004 對擴散隔離區(qū)的要求需更明確， 要求利用該模型明確燃燒下限下蒸氣云的擴散距離，以便在設計中統(tǒng)籌考慮防爆與隔離。

4）使用重新起草法，修改采用歐洲標準EN 1473—2016 《液化天然氣設備與安裝 陸上裝置設計》，對GB/T 22724—2008 進行升版。

5）細化、完善對歐美、日本等國外先進標準規(guī)范的引用，注重轉化標準條款的實用性與可操作性。