LNG储罐区的消防冷却设计_技术研究

摘要

结合工程实例，根据国内现行规范，对LNG储罐区的消防冷却设计进行了探讨。

摘　要：结合工程实例，根据国内现行规范，对LNG储罐区的消防冷却设计进行了探讨。

关键词：LNG储罐；储罐区；消防冷却设计；单容罐

Fire Fighting Cooling Design of LNG Tank Area

Abstract：Based on the current domestic code，the fire fighting cooling design of LNG tank area is discussed with an engineering example．

Keywords：LNG tank；tank area；fire fighting cooling design；single tank

1　概述

LNG储罐是LNG储存工艺系统中的核心设备。由于LNG储罐往往在超低温(-162℃)状态下工作，因此，与其他燃气储罐相比，LNG储罐有其特殊性。LNG厂站发生火灾时，由于火灾产生热辐射，因此必须冷却储罐等设备和管道，预防设备、管道内的压力上升。水流可以冷却、保护受到热辐射的储罐等设备和管道，吸收和控制火灾产生的热量，阻止大火蔓延，以防止火灾升级和降低设备的危险程度，保护消防人员和厂站工作人员。因此，LNG储罐罐区的消防冷却设计十分重要。

LNG储罐按结构可分为单容罐、双容罐、全容罐及薄膜罐^[1]，国内投产运行的LNG储罐较常见的是单容罐、全容罐。本文结合工程实例，对LNG储罐罐区的消防冷却设计进行探讨。

2　LNG单容罐的消防冷却设计

2.　工程概况

中国联盛投资集团有限公司在山西沁水投资建设了日处理量50×10⁴m³／d的煤层气液化项目，液化厂内设有一座常压LNG单容罐，内壁材料为耐低温钢(9％镍钢)，外壁材料为碳钢，内外壁之间填充保冷材料。该罐基本参数为：公称容积4500m³，外罐直径为21.40m，简体高18.91m，罐顶球面半径为25.70m，罐顶高2.33m，见图1。

2.2　消防冷却系统总体情况

由于LNG单容罐的外壁为普通碳钢，不能承受低温，当内壁破损时，会出现LNG和蒸发气的泄漏，因此罐区应设置围堰，储罐应设固定式消防冷却水系统，并在罐区周围设置固定消防水炮及室外消火栓。

2.3　储罐消防冷却水量计算

GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》第10．4．5条规定：LNG厂站固定消防水系统的消防水量应以最大可能出现单一事故设计水量，并考虑200m³／h余量后确定。其中单一事故设计水量参照第8．5．3条规定：天然气凝液、液化石油气罐区设置固定式消防冷却水系统时，其消防用水量应按储罐固定式消防冷却用水量与移动式水枪用水量之和计算。各部分水量计算如下：

①储罐罐顶的消防冷却水供给强度不宜小于4L／(min·m²)，罐壁的消防冷却水供给强度不宜小于2L／(min·m²)。

②辅助水枪或水炮消防冷却水量按45L／s考虑。

③余量200m³／h。

④GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》第10章未对火灾延续时间作出规定。本文参照第8．5．7条规定，确定以上①、②两项的火灾延续时间为6h。200m³／h消防余量(用于水枪、水炮)的火灾延续时间按照GB／T 20368—2012《液化天然气(LNG)生产、储存和装运》的规定确定为2h。

该LNG单容罐罐区的消防冷却水量计算结果见表1。

2.4　消防冷却系统设计

①罐顶、罐壁喷淋水系统

在罐顶及罐壁周围各设一圈供水管，均一分为二呈半环状，罐顶供水环管为DN 65mm，罐壁供水环管为DN 80mm。两个半环分别由两条DN 150mm的给水立管供水(给水立管引自厂站内的环状消防管网)，每条给水立管都由设在围堰外阀门间内的电动阀控制，当发生火灾时，可在控制室操作。该LNG单容罐的喷淋水系统见图1。

水雾喷头设计参数：流量系数42.75，雾化角120°，工作压力0.35MPa。在罐顶每半环设有10个水雾喷头，罐壁每半环设有16个水雾喷头，喷淋流速按大于2.5m／s考虑，喷头安装后应将喷头调整到距罐外表面650mm处，喷头的安装方向均朝向罐中心。喷淋管道(图1内的所有消防冷却水管)均采用热镀锌钢管。管道安装前必须清除内部杂物，整个系统安装完毕后用压缩空气或水冲洗。为防止喷头堵塞，在两条给水立管上均设有过滤器。

②消防水炮及消火栓的设置

在罐区周围设有4个SPT50型消防水炮及4个室外消火栓，SPT50型消防水炮除了可喷射直流水柱外，还可喷射雾状水流，其流量可在20～50L／s范围内调节，射程为40～60m。

由于消防管网的压力过高，故在每个消火栓处均设置一个减压孔板，使消火栓处的压力小于0.4MPa。每个消火栓旁都配有一个消火箱，内有消防水龙带及消防水枪。

③阀门间

由于本工程所处地区冬季较寒冷，出于防冻及操作便利的考虑，设置了阀门间(站内消防系统的所有阀门均在阀门间内)，阀门间远离储罐区，所有阀门均采用电动和手动控制，可在控制室远程控制。

④消防泵房及消防水池

本工程的消防水量为605m³／h，一次灭火所需总水量为2830m³。在站内设有消防泵房及水池。消防泵房为半地下式，泵房内设消防水泵3台，两用一备，其中1台为电动泵：流量为325m³／h，扬程为95m，电机功率为160kW，供电电压为380V；2台为柴油泵：流量为325m³／h，扬程为95m，功率为183kW，柴油泵自带够使用8h的柴油箱。还设有全自动气压消防稳压给水设备1套(2台水泵和1个气压罐组成)，该稳压给水设备在没有出现火灾事故时对消防冷却水系统起到一个稳压的作用，流量为9.5m³／h，扬程为64m，功率为3kW，稳压范围为0.3～0.6MPa。从消防泵房引出两条DN 300mm的水管与站内的环状消防管网相连。

在消防水泵出水总管上设有检查和试验用的压力表、放水阀门和泄压阀，防止消防水系统超压。消防水泵可在泵房、控制室及室外消火栓处启动。

消防水池为地下式，总有效容积为2845m³。消防水池分为4格，其中1格为公共吸水池，另外3格分别通过DN 400mm的闸阀与公共吸水池相连。控制室显示消防水池水位。

3　双容罐与全容罐的消防冷却设计

当双容罐外罐为混凝土材料时，只需对罐顶进行冷却水设计，设计方法与单容罐一致。

当全容罐外罐及外顶均为混凝土材料时，不需要对罐壁及罐顶进行冷却水设计。根据GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》第10．4．5．2款的规定，在罐顶泵平台处设置固定水喷雾系统，供水强度不小于20.4L／(min·m²)。

4　结语

LNG储罐区的消防冷却水主要用于冷却储罐等设备和管道，而不是扑灭火焰(LNG厂站内还设有高倍数泡沫灭火系统及干粉灭火系统^[2]，可以扑灭火焰)。相对于LNG而言，水是热源，可以为LNG气化提供热量。特别是LNG在溢出初期就接触到水，将促进LNG气化、加快燃烧速度，危险性更大。但水流可以冷却着火区周围未着火的设备和管道，吸收和控制火灾产生的热量，阻止大火蔓延，防止火灾升级和降低设备的危险。