LNG—液化天然氣站消防設計探討

1、LNG液化天然氣站消防設計探討i概述LNG液化天然氣的縮寫，按照美國國家標準NFPA59A定義為：一種基本上是甲烷構成的液態(tài)流體，含有微量的乙烷、丙烷、氮或通常在天然氣中存在的其他成分。天然氣主要來源于氣田和油井伴生氣，通常是作為燃料使用。由于其液化儲運技術要求較高，所以國內一直是近距離管道輸送，資源浪費嚴重。發(fā)達國家很早就將天然氣進行液化儲運，應用于生活、工業(yè)、汽車燃氣等各個行業(yè)。1999年上海引進法國工藝技術建成了第一個LNG站，作為城市燃氣的備用氣源。2000年淄博引進日本技術建設了LNG氣化站，主要供應工業(yè)生產(chǎn)用氣。由于目前我國未出臺LNG站消防設計規(guī)范，筆者結合淄博LNG站消防設計審

2、查經(jīng)驗，提出一點淺見，供同行及設計人員參考。2設計依據(jù)探討2.1目前國內相關規(guī)范石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范（1999年修訂版）GB5016092城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范（1998年版）GB5002893建筑設計防火規(guī)范（1997年修訂版）GBn687建筑防雷設計規(guī)范GB50057-94爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范GB5005892建筑滅火器配置設計規(guī)范）2BJl4090火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范GB5011698石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范SH300419992.2國外有關規(guī)范美國國家標準NFPA;59A液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲存和裝卸標準（1996年版）日本部頒標準KHK4一

3、般高壓瓦斯保安法則（平成6年修訂版）2. 3適用規(guī)范探討由于目前國家尚未出臺LNG站消防設計規(guī)范或標準，現(xiàn)對以上列出的有關規(guī)范的適用性作如下分析：城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范（1998年版）（以下簡稱燃規(guī)）第102條規(guī)定：本規(guī)范適用于新建、擴建或改建的城鎮(zhèn)燃氣工程和裝置設計。另據(jù)燃規(guī)名詞解釋，城鎮(zhèn)燃氣是指符合本規(guī)范燃氣質量要求的，供給居民生活、公共建筑和工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)作燃料用的，公用性質的燃氣。一般包括天然氣、液化石油氣和人工煤氣。燃規(guī)第六章對液化石油氣儲運供應做了明確規(guī)定，但對液化天然氣未作說明。石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范（1999年修訂版）（以下簡稱石化規(guī)）第102條規(guī)定：本規(guī)范適用于以石油、天然氣及其產(chǎn)

4、品為原料的石油化工新建、擴建或改建工程的防火設計。石化規(guī)對液化燒的儲運設計做了明確規(guī)定。另據(jù)石化規(guī)名詞解釋，液化燒指的是15c時蒸汽壓大于0.1MPa的燒類液體及其他類似的液體。應包括液化天然氣。淄博新建LNG站屬液化天然氣氣化、供氣站，向周圍企業(yè)、居民提供工業(yè)與民用天然氣，應屬城鎮(zhèn)燃氣范圍，但燃規(guī)對液化天然氣儲運供應設計未作規(guī)定。本著無明確規(guī)范執(zhí)行相近規(guī)范的原則，可執(zhí)行石化規(guī)。該工程LNG儲罐儲存條件為0.3MPa（絕）、一145,按照燃規(guī)規(guī)定應屬于半冷凍式儲罐”。但石化規(guī)把液化燒儲罐分為兩類：全壓力式儲罐”和全冷凍式儲罐”，沒有半冷凍式儲罐為此，設計組專門向石化規(guī)國家標準管理組進行了請示，

5、得到明確答復：液化燒半冷凍式儲罐可參照石化規(guī)對液化燒全壓力式儲罐的要求進行防火設計綜上所述，淄博新建LNG站工程的消防設計主要依據(jù)石化規(guī)有關條款，其他專業(yè)規(guī)范均參照執(zhí)行。美國、日本規(guī)范標準對LNG站的儲罐、電器儀表、工藝設施、安全消防均作了詳細規(guī)定，雖不能作為設計依據(jù)，但可以借鑒參考。3火災危險性分析3. 1LNG火災危險性分析淄博的液化天然氣來源于中原油田，主要組分為（體積百分比V%）:甲烷93.609;乙烷4.1154,丙烷1.1973;其它組分（丁烷、戊烷、氮、二氧化碳等）1.0783o物性參數(shù)：分子量：17.3;氣化溫度：-162.3C：液相密度：447kg/m3;氣相密度：0.722

6、kg/m3;液態(tài)/氣態(tài)膨脹系數(shù)：612.5m3/m3（15.5C）;燃點：650C;熱值：9260kcal/m3;氣化潛熱；121kcal/kg;儲存條件：溫度-145C;壓力0.3MPa（絕）。天然氣閃點為-190C,與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限（V%）為3.66.5,爆炸上限（V%）為1317,最大爆炸壓力6.8kgo天然氣火災有以下特點：火災爆炸危險性大；火焰溫度高、輻射熱強；易形成大面積火災；具有復燃、復爆性。3.2主要設計火災危險性3.2.1LNG儲罐LNG儲罐為100m3臥式真空粉末絕熱低溫儲罐，雙層結構，內膽材料為不銹鋼0CU8Ni9（0表示含碳量不足1%）,其化學成分

7、、含量與美國（ASTM）304鋼以及日本（JIS）SUS304鋼的成分基本相同，外殼材料為Q235A（一種A型鋼）。內膽與外殼之間填充珠光砂并抽真空絕熱，內膽外面包一層彈性絕熱材料以防止珠光砂沉積壓實造成絕熱性能下降。其最大的危險在于絕熱性能下降，因為LNG是低溫深冷儲存，一旦絕熱性能下降，儲罐壓力劇增，會造成儲罐破裂事故。3. 2.2氣化器氣化器有冬季使用的水浴式氣化器和其他季節(jié)使用的空浴式氣化器兩種，其主要作用是LNG流經(jīng)氣化器換熱發(fā)生相變，轉化為氣體并提高溫度，經(jīng)過調壓器調至0.4MPa（絕）后進入管網(wǎng)，然后送給用戶。因為進入氣化器的是液化天然氣，在氣化之前一旦發(fā)生泄漏極易造成火災爆炸事

8、故。3.2.3BOG儲罐鋼制儲罐，用來儲存LNG儲罐罐頂蒸發(fā)氣體（Boiloffgas）。該罐主要用來平衡LNG儲罐的壓力，一旦LNG儲罐溫度發(fā)生波動，氣化出的氣體便進入該罐。因此BOG儲罐應有配套的液化回收系統(tǒng)或放空設施，避免超壓造成泄漏事故。3. 3工藝火災危險性本工藝裝置的火災危險性為甲類，裝置區(qū)內的大部分區(qū)域為爆炸危險1區(qū)。工藝流程比較簡單，LNG用槽車運至氣站后卸入儲罐，氣化、加臭、計量后進人管網(wǎng)送給用戶。主要火災危險有以下幾點：4. 3.1LNG運輸中的分層和渦旋問題LNG是一種多組分混合物，溫度和組成的變化會引起密度變化，繼而引起分層和渦旋，表面蒸發(fā)率劇增（渦旋時的蒸發(fā)率比正常狀

9、態(tài)要大20彳）,引起槽車內壓力驟增造成泄漏事故，1971年意大利曾發(fā)生過類似事故。5. 3.2LNG泄漏問題由于LNG是低溫深冷儲存，所以它的泄漏一般液化燒有所不同。LNG一旦從儲罐或管道中泄漏，一小部分立即急劇氣化成蒸氣，剩下的泄漏到地面，沸騰氣化后與周圍的空氣混合成冷蒸氣霧，在空氣中冷凝形成白煙，再稀釋受熱后與空氣形成爆炸性混合物。LNG泄漏冷氣體在初期比周圍空氣濃度大，易形成云層或層流。氣化量取決于土壤、大氣的熱量供給，剛泄漏時氣化率很高，一段時間后趨近于一個常數(shù)，這時的LNG泄漏到地面上會形成一種液流。4消防設計探討6. 1總平面布局站址選擇及總平面布置均參照石化規(guī)有關要求執(zhí)行。6.1

10、.1 站址選擇站址應處于全年最小頻率風向的上風側，站內應平坦，通風良好，便于LNG的擴散。距離公共建筑及民用建筑均應大于120米（日本規(guī)范分別為98.3米和65.6米）。6.1.2 總圖布置在滿足工藝流程的前提下，應合理布置功能分區(qū)，儲存區(qū)、生產(chǎn)及輔助區(qū)和辦公區(qū)應分開設置。綜合考慮防火間距、消防車道及防火防爆要求。4.2建筑結構（耐火等級）站內建構物均應按建筑設計防火規(guī)范進行設計，其耐火等級、層數(shù)、長度、占地面積、防火間距、防爆及安全疏散均按規(guī)范要求進行設計；建構筑物墻、樓板、柱、梁、吊頂?shù)倪x材和結構均需要滿足規(guī)范規(guī)定的強度、耐火、防爆要求。建構筑物及重要設備的聯(lián)合平臺，均應設置兩個以上的安全

11、疏散口；生產(chǎn)裝置內的承重鋼框架、支座、裙座、管架等按規(guī)范要求涂覆耐火層保護，耐火層的耐火極限不低于1.5小時。由于LNG的特殊性質，站內建構筑物及重要設備支架除應滿足相應的耐火等級外，還要滿足抗冷性能。特別是儲罐基礎、防火堤及擋液堤必須能承受-145C以下的低溫。4. 3工藝裝置裝置均設計成密閉系統(tǒng)，在控制的操作條件下使被加工的物料保持在由設備和管道組成的密閉系統(tǒng)內。在裝置的進出口總管上設置緊急切斷閥，以杜絕引起火災爆炸的可能性。4. 4儲運設施儲運設施的設計均嚴格按照石化規(guī)有關要求執(zhí)行。4.1.1 儲罐安全措施在儲罐的液相管上設緊急切斷閥，每個儲罐兩個，以便在裝置發(fā)生意外時切斷儲罐與外界的通

12、道，防止儲罐內的LNG泄漏。儲罐內罐設安全放空閥，連通火炬；外罐設泄壓設施，放空氣體引至高點排放。4.4.2管道安全措施在液相管道的兩個切斷閥之間設置安全閥，一旦兩個切斷閥關閉，管道內的液體受熱氣化時，安全閥自動起跳，以防超壓造成事故。氣相總管上設緊急放空裝置，一旦有誤操作或設備超壓，安全閥起跳，以保護氣相管道的安全。4.4.3泄漏處置措施根據(jù)LNG的特殊性質，LNG的泄漏處置是最重要的設施。美國國家標準NFPA59A液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲存和裝卸標準明確提出：LNG站內應按規(guī)范要求設置攔截區(qū)，服務于LNG儲灌區(qū)、裝卸區(qū)和生產(chǎn)工藝區(qū)。且LNG和可燃制冷劑、儲罐防護堤、攔截墻和泄流系統(tǒng)必須

13、采用壓實土、混凝土、金屬等耐低溫材料建造。儲罐周圍設置防護堤，高度1米，儲罐與防護堤的間距按照儲罐液位高度減去防護堤高度計算。在儲罐防火堤內設置LNG導流溝和集液池，以防泄漏的LNG接觸其他儲罐基礎。卸車臺處另設一集液池，用來收集卸車過程中泄漏的LNG。所有集液池內的LNG均應采取可靠的保護措施，使其安全氣化，避免造成危險。4.4.4安全放散站內設專用放空火炬，高3040米，LNG儲罐、BOG儲罐、工藝管道及各生產(chǎn)工段的超壓泄放氣體均引入火炬，避免在站內形成爆炸性混合物。4.5電氣儀表4,5.1火災探測及DCS聯(lián)動系統(tǒng)DCS為自動監(jiān)視控制系統(tǒng)，有異常發(fā)生時及時報警并通過ESD（緊急停車）快速切

14、斷使各部設備處于安全狀態(tài)。在儲罐區(qū)、氣化區(qū)、卸車臺等可能產(chǎn)生天然氣泄漏的區(qū)域均設置可燃氣體濃度監(jiān)測報警裝置，在儲罐、氣化器等關鍵設備的適當部位安裝火災探測器；在控制室設有集中報警控制系統(tǒng)，一旦有氣體泄漏或發(fā)生火災，能夠及早發(fā)現(xiàn)并采取措施。另外站內還設有一套先進的監(jiān)控系統(tǒng)，能監(jiān)控各裝置設備的工藝參數(shù)（溫度、壓力、液位等）并能連鎖控制，有異常情況時發(fā)出警報提醒操作人員及時處理，特殊情況下可以啟動緊急切斷裝置（站內所有緊急切斷閥均從日本進口，電動控制），確保各主要設備處于安全狀態(tài)。4.5.2電氣設備及電纜站內電氣設計嚴格執(zhí)行爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范要求。電氣設備和燈具均滿足相應的防爆級別，

15、電纜溝進行防火封堵并采用阻燃性電纜。4.5.3防雷防靜電根據(jù)生產(chǎn)性質、發(fā)生雷電的可能性和后果，站內生產(chǎn)裝置和輔助設施、工業(yè)建筑均采用裝設避雷網(wǎng)和避雷針防止雷擊。裝置區(qū)內的封閉金屬罐、塔及設備管道按規(guī)范要求作好防雷接地。4.5.4消防用電及通訊應確保站內的消防用電及通訊設施。消防控制系統(tǒng)、消防水泵、氣壓給水設備等主要用電設備應有備用電源（雙電源供電或采用備用發(fā)電設備）；站內控制中心應設外線報警電話或與消防隊直通的專線電話。4.6消防設施消防系統(tǒng)的設計均嚴格按照石化規(guī)有關要求并參照國外的先進經(jīng)驗執(zhí)行。4.6.1消防給水系統(tǒng)消防給水系統(tǒng)由消防泵房、消防水罐、消防管道及消火栓、消防水炮等組成。站內按一

16、次火災計算，LNG儲罐所需消防用水量最大，一次用水量為478m3/h,火災延續(xù)時間為6h,貯水量不應小于2866m3（站內設置兩個公稱容量1500m3的固定頂消防水儲罐）。站內設置環(huán)狀DN300消防水管網(wǎng)，管網(wǎng)上設置地上式消火栓。罐區(qū)周圍設置固定式消防水炮及箱式消火栓，另外設兩臺移動消防水泡，放在泵房內備用。消防泵房內除按照站區(qū)所需消防用水量要求設置主備用泵外，另設一套消防氣壓給水設備，平時用來維持管網(wǎng)的恒壓狀態(tài)（0.38MPa）,火災時自動啟動消防水泵，達到0.80.9MPa,形成臨時高壓消防給水系統(tǒng)。4.6.2蒸汽滅火系統(tǒng)：按照石化規(guī)要求，在生產(chǎn)工藝裝置處設置蒸汽消防系統(tǒng)，利用站內鍋爐產(chǎn)生

17、的高壓蒸氣，在工藝設備、管道及框架、平臺等易泄漏處設有消防蒸汽管及接頭，遇有緊急情況時，可方便地滅火或對設備、管道進行保護。4.6.3泡沫系統(tǒng)（高倍數(shù)泡沫保護和低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)）為了有效地控制泄漏的LNG流淌火災，借鑒國外先進經(jīng)驗，站內設置了高倍數(shù)泡沫保護系統(tǒng)。采用PF4型水輪式高倍數(shù)泡沫發(fā)生器和3%的高倍數(shù)泡沫液，發(fā)泡量為100200m3/min。主要用來覆蓋保護儲罐區(qū)、管道、卸車臺泄漏及事故集液池內的LNG,使其安全氣化，避免產(chǎn)生危險。有條件的站內還可按規(guī)范要求設置固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。在儲罐區(qū)、管道、卸車臺及事故集液池等處設置泡沫管道及管牙接口，并配置一定數(shù)量的泡沫鉤槍。也可在儲罐

18、、管道、卸車臺及重要設備上方設置泡沫噴淋滅火裝置。4.6.4干粉滅火系統(tǒng)在LNG儲備1、BOG儲罐、管道安全閥等氣體放空部位，可設置于粉滅火裝置，一旦排出的氣體被點燃，可以自動釋放干粉滅火，避免事故擴大造成危險。4.6.5氣體滅火系統(tǒng)在總控制室、自備發(fā)電機房、變配電室等封閉空間內可采用氣體自動滅火系統(tǒng)，有人值班的可采用手動控制，現(xiàn)場無人值班的應采用自動控制。4.6.6移動式滅火器材根據(jù)建筑滅火器配置設計規(guī)范）GBJl4090規(guī)定，該裝置生產(chǎn)區(qū)為嚴重危險級場所，設置MFA8型手提式干粉滅火器和MFAT50型推車式干粉滅火器。輔助生產(chǎn)區(qū)屬輕危險級，設置MFA8型手提式干粉滅火器?？刂剖?、變配電室內配置MT7型手提式二氧化碳滅火器，以保證迅速有效地撲滅初期火災和零星火災。4.7滅火對策4.7.1切斷氣源，控制泄漏。如不能有效控制堵住泄漏，可允許泄漏氣體穩(wěn)定燃燒，防止大量氣體擴散造成二次危害。472對著火罐及鄰近罐和