LNG工厂消防给水系统设计分析

LNG工厂消防给水系统设计分析

张涛

陕西省燃气设计院有限公司 710043

【摘要】消防给水系统是保障LNG工厂安全方面的重要组成部分。消防给水系统相关内容的设计要在满足国家相关规范的前提下，保障LNG工厂的安全运营。本文结合某LNG工厂设计实例对此展开相关设计要点的简单分析。

【关键词】消防给水系统；LNG工厂；设计；消防水量；

1 概述

LNG（液化天然气）是将天然气净化、深冷液化而成的液体，它是一种清洁、优质燃料。LNG主要成分为甲烷，另外还含有少量的乙烷、丙烷、N₂及其它天然气中通常含有的物质。LNG的密度取决于其组分，甲烷含量越高，密度越小。LNG的体积约为其气态体积的1/600。LNG储存温度约为-162℃，温度低于-113 ℃时蒸发气密度比空气重。本文引用的为一个新建LNG生产、储运项目。

该项目建设规模为日处理原料气300×10⁴m³（20℃，0.101325MPa·A）。主工艺含一套日处理原料气300×10⁴m³的净化系统装置，两套日处理原料气150×10⁴m³的液化系统装置，产品为液化天然气（LNG），储存设施为2台30000m³LNG常压储罐，装置年开工8000h，装置负荷调节能力为50～110%。公用工程包括变配电工程、仪表工程、消防工程和采暖通风工程等。本文所述消防给水系统为消防工程的重要组成部分。

2 消防给水系统

2.1设计依据

对于LNG工厂的相关设计，在2019年前国内没有专门的规范，设计主要参考GB 50183-2014《石油天然气工程设计防火规范》（以下简称GB 50183-2014）等相关规范。住房和城乡建设部于2019年6月19日批准GB 51261-2019《天然气液化工厂设计标准》（以下简称GB 51261-2019）为国家标准，作为LNG工厂的设计依据，在消防设计时并要满足GB 50151-2010《泡沫灭火系统设计规范》（以下简称GB 50151-2010）、GB 50084-2017《自动喷水灭火系统设计规范》（以下简称GB 50084-2017）及GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》（以下简称GB 50974-2014）等相关规范。本项目正是基于以上标准规范进行设计。

2.2消防水量的确定

根据GB 50974-2014第3.1.1条，工厂占地面积小于等于100hm²，且附有居住区人数小于或等于1.5万人时，同一时间内火灾起数按1起确定。本项目占地约27hm²，项目位于主城区外30km工业园区内，附近无居民区；厂内主要建筑有办公楼、值班楼、压缩机厂房及若干单层辅助厂房，主要功能区有储罐区，工艺装置区及装车区，厂内各建筑及功能区合用一套消防给水系统。厂内在同一时间内的火灾次数按1起考虑，其消防水量按最大一次消防用水量，即LNG储罐一次消防用水量（关于LNG储罐与各建筑、功能区消防用水量对比本文不做过多赘述）。

厂内设置2台30000m³立式双金属壁单容罐，储罐直径42m，储罐间距106m，间距大于1.5倍直径，根据GB 51261-2019第12.2.6条，厂区消防用水量按1座LNG储罐一次消防用水量计算。LNG储罐消防用水主要由固定消防冷却用水、室外消火栓用水和泡沫液制备用水组成。根据GB 51261-2019第12.2.6条、12.2.7条及12.2.8条，储罐固定消防冷却水罐壁喷水强度2.5[L/（min·m²）]，罐顶喷水强度4[L/（min·m²）]，室外消火栓设计流量80L/s，储罐的消防用水延续时间6h，储罐消防冷却用水量计算具体见表1。

表1 储罐消防冷却用水量

根据GB 51261-2019和GB 50151-2010规定，本项目采用局部应用式和移动式相结合的高倍数泡沫灭火系统，控制泄漏介质的流淌火灾，减少和防止蒸气云形成。采用发泡倍数为500的泡沫发生器；泡沫混合液的供给强度为7.2L/（min.m

²）；泡沫液和水的供应时间按60min；防火堤内集液池面积和导液沟计算面积200m²。混合液（泡沫液和水）的贮备量V=7.2×60×S/1000=86.4m³。泡沫液混合比K=0.03，用泡沫液的最小量为VP=V×K=2.6m³，系统发泡用水最小量为VS=V×（1－K）=84m³。

则厂内LNG储罐一次消防用水量为7346.1m³，消防供水量1300m³/h，设计压力需满足各用水灭火系统最不利点处的压力要求，本项目最不利点为罐顶喷头，经计算设计供水压力1.0MPa。

2.3消防水源

消防水源包括市政给水、消防水池、高位消防水池和天然水源等。本项目位于我国北方地区，冬季较为寒冷。根据其地理位置及使用年限，采用消防水池作为本项目消防水源，消防水池设计为全地下式，设计为两座，单座尺寸为80×25×2.35m，有效水深1.85m，总有效容积约为7400m³，采用钢筋混凝土结构，消防水池补水接自厂区外市政给水管网，消防水池一次补满约76h。

2.4消防泵房及消防水泵

根据水池结构形式，为了满足自灌式吸水，消防水泵房采用半地下式，框架结构。消防水泵房内布置有消防供水泵组及泡沫比例混合装置。消防水供水泵组由消防主电泵、稳压泵、备用柴油机消防泵组成。

厂区消防给水系统采用临时高压消防给水系统，系统总供水量Q=1300m³/h，供水压力H=1.0MPa，消防主泵选用两台，其性能为Q=720m³/h，H=110m，N=400kW；备用柴油机消防泵两台，其性能为Q=720m³/h，H=110m，柴油机N=405kW；稳压泵选用两台（一用一备），其性能为Q=36m³/h，H=110m，N=18.5kW。平时由稳压泵维持系统压力，火灾时由消防主泵根据管网压力变化自动向系统加压供水。当出现供电系统故障时，柴油机消防泵投入使用（主泵的开启由压力控制）。消防水泵从接到启泵信号到水泵正常运转的自动启动时间不大于2min。当自动控制系统发生故障时，可以在控制室和泵房内手动启动消防泵。控制系统具有主泵故障或电源故障时，备用泵自动投入功能。配套自动巡检设备，并具有自动和手动巡检功能，消防水泵准工作状态的自动巡检应采用变频运行，定期人工巡检工频满负荷运行并出流。

2.5消防给水管网及附属设施

厂区消防给水管网分室内消防给水管网和室外消防给水管网，室内消防管网架空布置，室外直埋。室外消防管网布置成环状，环状管道的进水管不少于两条；环状管道用阀门分成若干独立管段，便于分段检修。室内消防管道采用热浸锌镀锌钢管，室外消防管网采用焊接钢管。

室外消防管网上设置有室外消火栓，采用地下式减压式消火栓；在压缩机厂房、办公楼及值班宿舍等室内设置室内消火栓，室内消火栓的规格为DN65减压稳压型。在LNG储罐区等重要保护区域设置消防水炮，作为辅助冷却设施。生产辅助区和厂前区的消火栓保护半径可按120m设置；工艺装置区、罐区四周的消火栓保护半径按60m设置。

在LNG储罐的顶部及罐壁上部设置固定式水喷雾系统。水喷雾系统为自动控制，同时具有就地控制功能。当火灾探测器探测到火灾信号后，传输信号至火灾报警控制器，通过火灾报警控制器的联锁控制信号启动喷淋电动阀，从而开启水喷雾系统。火灾报警控制器上设置有水喷雾系统的远程手动控制按钮，可以远程控制手动开启水喷雾系统。各水喷雾系统的状态信号可在火灾报警控制器上显示。

3 组成消防给水系统的几种不同形式

①LNG工厂一次消防用水量较大，市政给水及天然水源往往由于地方政策等因素不作为消防水源。消防水源一般采用消防水池及消防水罐两种形式。消防水池多用于北方地区，消防水罐多用于南方地区（用作北方地区则需要考虑冬季防冻）。消防水池使用年限长，初期建设成本大，基本无需维护；消防水罐使用年限短，建设成本相对于消防水池较低，但由于其材质及放置场所等因素，后续有一定的维护保养费用。

②消防水泵选型上形式也较多样，除了常用的立式单/多级泵、卧式单/多级泵等，也可选用轴流消防泵，消防泵房可直接与消防水池合建，消防泵房置于消防水池上方，可节省出消防泵房用地。若项目用地紧张，选用轴流消防泵可以节省一定的用地。

4 结语

除了本文介绍的消防给水系统外，LNG工厂消防系统还包含有高倍数泡沫灭火系统、干粉灭火系统及移动式灭火器等系统组成。本文结合工程实例，仅对LNG工厂消防给水系统设计思路及计算进行简单介绍。在实际设计建设过程中，根据项目本身特点是灵活多变的，需要根据相关设计方面的要点，真正确保工厂消防方面的安全，从而为LNG工厂的生产运作提供安全的环境。谬误之处，欢迎指正。

参考文献

[1]GB 51261-2019.天然气液化工厂设计标准

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[3]刘征昌.液化石油气站消防给水系统设计探讨[J].有色冶金设计与研究, 2001 (06) :49-52.

[4]高兰芳.液化天然气（LNG）储罐区消防及泡沫消防系统设计探讨[J].给水排水, 2012, Vol.38 : 364-365.