LNG储罐消防冷却水设计

LNG储罐消防冷却水设计

孙爱玲

山东广聚规划设计院有限公司山东寿光262700

摘要：天然气与煤炭、石油并称为目前世界一次能源的三大支柱，随着世界经济的发展，石油危机的冲击以及煤炭、石油所带来的环境污染问题日益严峻，天然气作为一种优质洁净的燃料，使得能源结构正在逐步发生变化。

关键词：LNG储罐；消防水量；设计

引言

液化天然气（LiquefiedNatureGas，以下称“LNG”）储罐是LNG接收站重要的核心设备，储罐的安全平稳运行是整个LNG接收站保持正常运转的关键。国内已建成投产或在建的LNG接收站储罐大部分采用全容罐。

1LNG储罐

LNG是液化天然气（LiquefiedNaturalGas）的缩写，在我国多见的LNG储罐是单容罐和全容罐。

1.1LNG单容罐的特点

罐子能满足LNG低温贮存的要求，但罐体自身不能约束并贮存泄露的LNG，因而需要设置防火堤。其优点是：在相同容量的情况下，单容罐建造周期相比全容罐短18个月左右，减少了工程造价和时间成本。

1.2LNG全容罐的特点

罐子由主容器和次容器构成，既能低温贮存LNG，又能约束并贮存泄露的LNG，不需要设防火堤，安全功能高，场区规划紧凑。但建造周期需要三年左右，出资费用很高。此外还有LNG薄膜罐，由于承包商少，现在在我国还没有业绩。所以在我国LNG行业，LNG储罐主要是选择LNG单容罐和LNG全容罐二者之一。

2LNG储罐风险辨识

LNG归属于甲A类火灾危险物质，燃烧和爆破最大为5%～15%。当LNG出现泄漏时，初始蒸发出来的气体温度和液体温度几乎相同，其密度大于环境空气，沿低点构成1个流动层，并从环境中吸收热量，还能冷却周围的环境空气，如此刻遇到火源，将很容易引起池火灾。当LNG的温度到达至约－80℃时，构成密度小于空气的云团并向上运动，在此过程中，若遇到火源则很很容易形成喷射火、闪火等火灾危险，且蒸气云的四周很很容易起火发生爆炸。

LNG全容储罐运行期间，当不一样密度的LNG原料储存在同一个储罐中时，假如不能均匀混合，将会发生翻滚，而储罐中LNG的翻滚是运行中的主要的危险之一。翻滚现象的发生会致使储罐内刹那间发生很多液化气体使储罐出现超压现象，如不及时经过安全阀排放，就很可能对机械造成损害，给经济上带来的损失，还会造成环境污染乃至形成安全事故。由此可见，对LNG全容式储罐施行全套的安全保护办法是十分必要的。

3问题的提出

LNG接收站作为天然气供应链的重要一环，最近几年获得了较快发展，到目前为止全国已有5座大型LNG接收站投入生产和运营，还有多座正在筹备和建设。全容式LNG储罐是LNG接收站的关键设施，单罐罐容普遍在16×104m3。LNG具有超低温（－162℃）和易燃易爆双重危险特性，一旦发生泄漏或火灾，可能造成极为严重的后果。

LNG在储存过程中，当不同来源、不同批次的LNG进入储罐混合时，由于密度的差异导致储罐内LNG不可避免地会出现分层。由于上层LNG静压的抑制作用，使得外界传入的热量无法使下层的LNG及时蒸发，造成下层LNG处于过饱和状态。当储罐上层的LNG的密度大于下层LNG时，下层LNG突然上升，导致迅速蒸发，发生翻滚，大量的低温天然气通过安全阀泄放，如果遇到点火源，可能会发生严重的火灾事故。目前尚缺乏对发生翻滚事故后放空气火灾的研究，其热辐射影响还不明确，安全阀的高度设置等无标准可依。因此，有必要对这种低温天然气放空后的火灾规律开展系统的研究，掌握LNG储罐发生翻滚事故后安全阀火灾对周围储罐和工艺设备的影响，评估发生火灾时的风险，以指导LNG接收站的安全设计和安全运营。

4储罐消防冷却水系统稳压泵的选择

室外消防给水系统按管内水压通常分为高压、临时高压和低压3种。设计者通常考虑选用带稳压设备的暂时高压消防水系统，LNG储罐消防水用户为移动水枪和罐体固定喷淋设备，消防水量按水枪和固定喷淋水量之和考虑，水压按最不使用水点———罐顶喷水冷却喷头出口供水压力不小于0.20MPa考虑，就笔者所设计的100m?LNG立式储罐，罐顶高度约为18m，考虑水泵设备、管路破坏及喷头阻力等要素的影响，水泵满足罐体最不利点喷淋所需压力时，消防水泵扬程约为0.6MPa，依照有关消防稳压泵的常规设计，通常要求流量不小于系统的泄露量，通常取1～2L/s，压力比消防主泵高出0.1～0.2MPa，即消防稳压泵扬程应为0.7MPa以上。由于罐体喷淋设备为开式喷头，喷头出水由电动阀门控制，对于LNG储罐区来说，为了防止消防主泵的多次启动，只要平常消防水管路充溢水，满足消火栓运用压力要求，发生火灾时启动消防主泵当即能在30s内供水即可。因而，稳压泵压力的选择以满足管网有一定的压力，且能在火灾前期供应消火栓运用，到达灭火的作用，稳压泵压力选用0.45MPa即可。稳压泵选择流量为5L/s，压力0.45MPa，这样在前期发生较小的火灾时，防止了启动消防主泵，且不会由于设备及管网长时间处于高压下而缩短寿数，同时能够节省工程前期出资及后期运转的费用。

5LNG储罐防火措施

5.1火气监控系统

为了及时、精确地查看和汇报可燃气体的泄漏或火灾情况，罐区应设有可燃气体检查和火灾检查器，将信号传送至中控室的控制系统，并在中控室和消防站发出报警信号。自动或由操作人员在被检查的危险区域报警，而且由控制仪表或者是操作人员采用实施必要的处理方法，例如进行消防喷淋、启动紧急停车程序和发动消防泵等相关的措施。

5.2主动防火

对于天然气造成的火灾建议使用的灭火介质是干粉。在储罐安全泄压阀的排气尾管处使用干粉系统，但若是在泄压时起火，则将在灭火系统的尾管出口处进行干粉喷射。氮气是干粉灭火系统的驱动气，灭火系统可以自动发动，还可经过收到火焰检查或中控室的长途控制信号发动。

对于有些钢结构容易受到火焰冲击和热辐射影响部分，可用水冷却进行保护，集中在一起的冷却可降低火势扩大的现象和结构崩塌的危险。应在暴露的表层尽最大可能的均匀分布水喷淋系统的水流，重点注意火灾迅速延伸危险较高的大面积区域。除立管管廊和上罐结构梯，不用对LNG全容储罐的混凝土外罐罐壁进行水喷淋冷却。

5.3被动防火

对于被动防火，其主要是为火灾的扩大化起到防止的作用，主要是经过设置防火涂层的方式，达到提高承重钢结构的抵抗火焰能力的目的，以为进行人员分散和发动消防提供充足的时间。通常选用其中1种方式完成：预制或喷射混凝土；运用绝缘材料制成的矿物纤维、陶瓷、硅酸盐或泡沫玻璃；使用膨胀型防火涂料。

结语

在安全方面必须充分进行安全分析和危险辨识，采取合理、科学的安全保护手段，以防止储罐出现更多的危险事故，很多LNG泄漏后出现火灾，从而造成了钢结构垮塌、人员伤亡等非常严重的后果。

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