低溫儲存LPG罐區的消防設計

鄭恒沛

摘要：通過對所執行低溫儲存LPG罐區項目的介紹，根據國家現行標準規范，結合LPG物理化學性質及其火災危險性，總結此類項目的消防設計方案。

關鍵詞：液化石油氣（LPG）;混凝土全包容罐;火災;消防系統

引言

2020年中國液化石油氣的產量為4448萬噸，預計2021年中國液化石油氣的產量將達4617.1萬噸。可以預見，未來LPG將在我國原料市場占據越來越重要的地位。國家標準以及相關設計手冊，均沒有對于LPG儲罐區的消防系統設計做詳細規定。鑒于目前混凝土全包容罐已越來越多，而且日趨成熟。因此本文就參與設計的某LPG罐區的消防系統設計給予論述和總結。

1. 概述

1.1 LPG儲罐一般設計為單包容儲罐、雙包容儲罐和全包容儲罐。

1.1.1 單包容儲罐

單包容罐指的是單壁儲罐，或者是由內罐以及外容器合并組成的一種儲罐，其內罐的設計以能夠很好的儲存低溫液體以及對低溫延展性的要求。并且其外容器的作用是起固定作用以及保護隔熱層等作用，同時也能夠保持吹掃氣體壓力等作用。通常情況下，這種儲罐的周圍會設置圍堰以及容納泄漏出的液體。其單包容儲罐可分為：單壁儲罐和雙壁吊頂罐，還有雙壁雙拱頂儲罐等。

1.1.2 雙包容儲罐

從設計、建造上使其內外罐都能夠單獨容納所儲存的低溫液體產品的雙層儲罐。為了有效的控制以及縮小罐內泄漏出的液體所形成液池的范圍，通常情況下外罐或者外壁與內罐之間的間隔距離不會超過6m，外罐不能保留泄漏液體所產生的蒸發氣體，蒸發氣體將在外罐頂部逸出。雙包容儲罐有可分為：雙壁單拱頂儲罐和雙壁吊頂罐等。

1.1.3 全包容儲罐

從設計、建造上使其內外罐都能單獨容納所儲存低溫液體產品的雙層儲罐。一般其外罐或外壁和內罐之間的距離在1-2m。其內罐用于正常使用條件下儲存低溫液體物質，外罐用于儲存泄漏的低溫液體物質，同時能夠存放一定量的蒸發氣體，可以控制蒸發氣體按計劃安全排放。對于全包容儲罐，通常有四種：一：其內罐、外罐壁和外罐的穹頂都是金屬材質;二：內罐和外罐的穹頂是金屬材質，外罐壁是混凝土材質;三：內罐是金屬材質，外罐壁和外罐的穹頂是混凝土材質;四：內、外罐壁和外罐的穹頂都是混凝土材質。其中，全包容式混凝土頂罐的優點是：具有混凝土外罐和穹頂，能承受外物的攻擊和熱輻射，對周邊火災有良好耐受性。即使有事故發生，對設備的控制和物料的輸送仍然能繼續，這種狀況可維持幾周，直到設備停車。

2. LPG組成、物理化學性質及火災爆炸危險性

2.1 LPG組成及各組分的基本性質見表2-1。

2.2 LPG的物理化學特性

LPG的火災危險性類別為甲類。液化石油氣的組成絕大部分是丙烷，天然氣或者石油經過加壓降溫液化即得到液化石油氣。液化石油氣的儲存溫度約-42℃。

液化石油氣具有低溫、易揮發和易燃易爆的特性。人體接觸低溫的液化石油氣易引起凍傷。泄露的液化石油氣易揮發，揮發氣體與空氣的混合物具有爆炸性。

液化石油氣的主要組分是丙烷，丙烷是一種無色無味、易燃易爆、比空氣重、窒息性的氣體。空氣中丙烷濃度過高時，人可因缺氧而頭疼、呼吸困難，甚至麻醉、昏迷、窒息而死。由于丙烷易燃、易爆且為窒息性氣體，當其與空氣的混合物達到一定濃度并遇到火源后，就有燃燒爆炸危險;而當其泄漏到操作環境中時，會造成窒息危害。

液化石油氣儲存、輸送過程中的主要危害因素是火災/爆炸，次要危害包括低溫危害、噪聲危害、毒性及窒息危害、觸電及機械傷害、落水淹溺等。同時由于項目所處的地理環境還存在自然災害的影響。

3. 本工程消防滅火方案

3.1 工程概況

本次設計的低溫儲存LPG儲罐及其附屬設施為項目二期，項目建設地點在龍口港液體化工區，該公司一期工程西側及南側，占地面積為150.255 畝。本項目包括1座12萬m3低溫丙烷儲罐（混凝土全容罐，混泥土罐外罐尺寸φ73.4m×37.75m，）及配套的丙烷BOG處理系統、低溫丙烷加熱系統、新增常溫丙烷裝車系統等。項目平面布置簡圖如下（紅框內為本項目設計范圍）：

3.2 本工程消防滅火方案

根據丙烷的特性，本項目設置了包括室外消火栓、固定式水噴霧系統（丙烷儲罐罐頂平臺和丙烷裝車棧臺）、固定式消防水炮、滅火器、火災報警系統、可燃氣體探測系統等消防設施。

3.3 消防滅火系統設計參數

本工程共有1個12萬m3的丙烷儲罐，儲罐為混凝土全包容罐.執行《石油化工企業設計防火標準》（2018年版）GB50160-2008，按其中第8.10.6條規定進行消防水量計算。罐頂操作平臺處設置水噴霧系統，平臺面積約400㎡。水噴霧系統的供水強度：20L/min.㎡，火災延續時間：6小時，冷卻水用水量480m3/h。考慮噴頭的實際布置及選型，單個罐管頂平臺的固定冷卻水量取600m3/h。

本工程共有一個丙烷裝車棧臺，執行《水噴霧滅火系統技術規范》GB50219-2014，按其中第3.1.2條規定進行消防水量計算。棧臺整體設置水噴霧系統，棧臺面積約3100㎡。水噴霧系統的供水強度：9L/min.㎡，火災延續時間：6小時，冷卻用水量1674m3/h。考慮噴頭的實際布置及選型，冷卻水量取2000m3/h。

本工程移動式消防冷卻用水量為：80L/S（即288 m3/h）

本工程同一時間內火災次數按1 次考慮，最大消防水量發生在丙烷裝車棧臺，發生火災時，最大消防用水量為2288m3/h，火災延續時間按6h計，界區內供水壓力不低于0.5MPa。一次最大滅火用水量為13728m3。

因此，本期最大消防用水為2288m3/h，一次最大滅火用水量為13728m3，但是因丙烷罐區要求的消防用水壓力較高，所以，消防水系統除了滿足一次最大滅火用水量要求外，還需要滿足丙烷罐區壓力的要求。

3.4 消防泵及消防水罐

一期工程的消防水罐容量能滿足本工程一次滅火用水量要求。一期工程消防泵的流量能滿足本工程消防用水量的要求，但是消防泵的揚程不能滿足丙烷罐消防用水壓力需求，需替換原有消防泵，替換后流量為：1350 m3/h，揚程：120m。消防水泵替換后，出水主管分別接兩路獨立的出水管至原有消防水系統和本期消防水系統，由于水泵壓力增大，至原有消防水系統前設置減壓閥，以滿足原有系統的壓力要求，不影響一期系統。水泵更換后，水泵出水局部管路的法蘭及閥門的壓力等級不滿足要求，需更換，更換后系統滿足原有消防水系統及本期消防水系統的要求。

3.5 各滅火系統的組成及控制要求

3.5.1 水噴霧消防滅火系統

固定水噴霧系統的主要作用是冷卻受火災熱輻射影響的區域及區內設備，防止火勢蔓延，包括保護鋼結構部件、關鍵閥或罐、控制燃燒、降低溫度、散煙、保護通道。基于以上原則，本項目在丙烷儲罐罐頂平臺處以及裝車棧臺處設置固定水噴霧滅火系統，對管道閥門進行保護。該系統具有手動遠程控制和應急操作二種控制方式。

3.5.2 室外消火栓

室外消火栓由穩高壓消防水系統管網直接供水，選用地上恒壓減壓型消火栓，距路面邊不大于5m，距建筑物外墻不小于5m，離被保護的設備距離不小于15m。消火栓的間距不大于60m。在有可能受到車輛等機械損壞的消火栓周圍設置2面（或4面）防護欄。

3.5.3消防水炮

固定式手動消防炮合理布置于罐區易到達處，靠近區內道路。手動消防炮與被保護設備的距離為15m～30m。固定式手動消防水炮最小流量144m3/h，水炮出口壓力0.8-1.0Mpa，射程不小于60m，且射高大于45m。水炮出水形式為直流噴霧兩用型。消防炮噴射角度：水平噴射角度360°，垂直角度 -30°～70°。

3.5.4消防系統管網

消防給水主管網采用焊接鋼管，庫區消防給水管網環狀布置，當一條管網發生故障時，另一條消防管能通過100%的消防水量，消防管網上設有隔斷閥，每兩個隔斷閥之間不超過5個消火栓。

3.5.5移動式滅火器

本工程在丙烷儲罐罐頂平臺、丙烷BOG處理區、丙烷增壓加熱區、火炬區、新增丙烷裝車區、營業中心、中心控制室、變配電所、雨淋閥室配置手提式或推車式干粉滅火器，在中心控制室、變配電所中帶電設備房間配置手提式二氧化碳滅火器，以利于撲滅初期離散火災。

3.5.6外部消防

本工程外部消防及應急依托魯東應急救援中心，魯東應急救援中心消防應急配置能夠滿足本項目需要，距離項目所在地約2km，5min可到達救援。

4. 結論

本項目執行的標準是國標GB50160-2008《石油化工企業設計防火標準》（2018年版），未執行企業標準Q/SH0749-2018《液化烴儲運工程技術標準》，若按Q/SH0749標準，罐區還需設置集液池及高倍數泡沫滅火系統，罐頂安全閥處宜配置固定式自動干粉滅火裝置，并且裝車區宜設干粉炮系統。對于丙烷裝車棧臺的水噴霧系統設計，國內規范并沒有要求，本項目是因業主有特別需求，故而設的這個系統。因為目前現有國家標準沒有專門針對LPG儲運類項目的，很多項目也不遵循企業標準，所以針對此類項目所做的消防方案，應結合當地消防部門、項目審查專家及業主意見，合理選取，以保證消防系統設計的適用性及可靠性。

參考文獻：

[1]中投顧問.2021-2025年中國液化石油氣（LPG）行業投資分析及前景預測報告[M].深圳：中投產業研究院，2021.