浅谈LNG气化站的消防设计

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　　摘要：本文简要概述了LNG气化站消防设计中消防水系统，灭火器系统，泡沫消防系统的设计，并结合潮州北片LNG气化站工程施工的应用实例进行了具体分析。
　　LNG―液化天然气的缩写，按照美国国家标准NFPA59A定义为：一种基本上是甲烷构成的液态流体，含有微量的乙烷、丙烷、氮或通常在天然气中存在的其他成分。天然气主要来源于气田和油井伴生气，通常是作为燃料使用。发达国家很早就将天然气进行液化储运，应用于生活、工业、汽车燃气等各个行业。1999年上海引进法国工艺技术建成了第一个LNG站，作为城市燃气的备用气源。随着我国经济的发展，对于能源的需求量也显著提升，LNG站日益增多，气化站消防安全设计也逐渐受到重视。
　　1.LNG气化站的工艺流程概述
　　LNG由槽车运至气化站，利用LNG卸车增压器使槽车内压力增高，将槽车内LNG送至LNG低温储罐内储存。当从LNG储罐外排时，先通过储罐的自增压系 统，使储罐压力升高，然后打开储罐液相出口阀，通过压力差将储罐内的LNG送至气化器后，经调压、计量、加臭等工序送入市政燃气管网。当室外环境温度较 低，空温式气化器出口的天然气温度低于5℃时，需在空温式气化器出口串联水浴式加热器，对气化后的天然气进行加热。
　　2.LNG气化站的消防设计
　　 根据LNG的特性，气化站存在潜在危险。在LNG储存和生产过程中，如操作不慎会产生设备或管道低温脆断、受热超压以及若LNG泄漏、气化后与空气混合达到爆炸极限，此时遇到明火极易发生爆炸、燃烧，产生的热辐射会对人体及设备造成巨大危害。消防设计的原则就是以防为主，防消结合。第一是防止火灾发生，在生产区设置多个可燃气体报警探头，并和储罐液相出口紧急切断阀联锁，一旦发现泄漏紧急切断阀可立即关闭，防止LNG大量泄出；第二是一旦发生火灾能自救，消灭初期火 灾，控制较大火灾，防止火灾扩大，给消防队前来灭火争取时间。2.1主要防火设计规范用于LNG气化站的防火设计规范主要有：1. 建筑设计防火规范》(GB50016--2006)；2.《城镇燃气设计规范》(GB50028--2006)；3.《石油天然气工程设计防火规范》(GB50183--2004)；4.《石油化工企业设计防火规范》(GB50160―2，1999年版)。
　　2.2 LNG火灾危险性分析
　　 液化天然气主要组分为(体积百分比V％)：甲烷93.609；乙烷4.1154，丙烷1.1973；其它组分(丁烷、戊烷、氮、二氧化碳等)1.0783。
　　 物性参数：分子量：17.3；气化温度：-162.3℃：液相密度：447kg／m3；气相密度：0.722kg／m3；液态／气态膨胀系数：612.5m3／m3(15.5℃)；燃点：650ºC；热值：9260kcal／m3；气化潜热；121kcal／kg;储存条件：温度-145℃；压力0.3MPa(绝)。
　　 天然气闪点为-190ºC，与空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限(V％)为3.6―6.5，爆炸上限(V％)为13―17，最大爆炸压力6.8 kg。
　　 天然气火灾有以下特点：火灾爆炸危险性大；火焰温度高、辐射热强；易形成大面积火灾；具有复燃、复爆性。
　　3.消防设施
　　 消防系统的设计均严格按照《石化规》有关要求并参照国外的先进经验执行。
　　3.1消防给水系统
　　 消防给水系统由消防泵房、消防水罐、消防管道及消火栓、消防水炮等组成。站内按一次火灾计算，LNG储罐所需消防用水量最大，一次用水量为478m3／h，火灾延续时间为6h，贮水量不应小于2866m3(站内设置两个公称容量1500m3的固定顶消防水储罐)。
　　 站内设置环状DN300消防水管网，管网上设置地上式消火栓。罐区周围设置固定式消防水炮及箱式消火栓，另外设两台移动消防水泡，放在泵房内备用。
　　 消防泵房内除按照站区所需消防用水量要求设置主备用泵外，另设一套消防气压给水设备，平时用来维持管网的恒压状态(0.38MPa)，火灾时自动启动消防水泵，达到0.8～0.9MPa，形成临时高压消防给水系统。
　　3.2 蒸汽灭火系统：
　　 按照《石化规》要求，在生产工艺装置处设置蒸汽消防系统，利用站内锅炉产生的高压蒸气，在工艺设备、管道及框架、平台等易泄漏处设有消防蒸汽管及接头，遇有紧急情况时，可方便地灭火或对设备、管道进行保护。
　　3.3 泡沫系统(高倍数泡沫保护和低倍数泡沫灭火系统)
　　 为了有效地控制泄漏的LNG流淌火灾，借鉴国外先进经验，站内设置了高倍数泡沫保护系统。采用PF4型水轮式高倍数泡沫发生器和3％的高倍数泡沫液，发泡量为100～200m3／min。主要用来覆盖保护储罐区、管道、卸车台泄漏及事故集液池内的LNG，使其安全气化，避免产生危险。
　　 有条件的站内还可按规范要求设置固定式低倍数泡沫灭火系统。在储罐区、管道、卸车台及事故集液池等处设置泡沫管道及管牙接口，并配置一定数量的泡沫钩枪。也可在储罐、管道、卸车台及重要设备上方设置泡沫喷淋灭火装置。
　　3.4 干粉灭火系统
　　 在LNG储罐、BOG储罐、管道安全阀等气体放空部位，可设置于粉灭火装置，一旦排出的气体被点燃，可以自动释放干粉灭火，避免事故扩大造成危险。
　　3.5 气体灭火系统
　　 在总控制室、自备发电机房、变配电室等封闭空间内可采用气体自动灭火系统，有人值班的可采用手动控制，现场无人值班的应采用自动控制。
　　3.6 移动式灭火器材
　　 根据《建筑灭火器配置设计规范))GBJl40―90规定，该装置生产区为严重危险级场所，设置MFA8型手提式干粉灭火器和MFAT50型推车式干粉灭火器。辅助生产区属轻危险级，设置MFA8型手提式干粉灭火器。控制室、变配电室内配置MT7型手提式二氧化碳
　　灭火器，以保证迅速有效地扑灭初期火灾和零星火灾。
　　4.灭火对策
　　（1）切断气源，控制泄漏。如不能有效控制堵住泄漏，可允许泄漏气体稳定燃烧，防止大量气体扩散造成二次危害。
　　（2）对着火罐及邻近罐和设备进行冷却保护，固定式冷却设备失效时应迅速采用消防水泡等移动式设备进行冷却，避免储罐设备受热超压造成更大灾害。
　　（3）要控制泄漏出的LNG流淌，可筑堤堵截或挖导向沟，将LNG引至事故集液池等安全地带，然后用高倍数泡沫覆盖，使其安全气化，避免燃烧扩大。
　　（4）初起小火可利用现场配置的移动式灭火器材进行扑救，火势较大时应立即报警，调动大型消防车辆灭火。
　　5.潮州北片LNG气化站工程消防系统设计
　　北片工业区LNG气化站供气量近7.2万Nm3/h，新建2500m3LNG贮罐2台。LNG储存规模为5000m3，日供气能力60Nm3/天，高峰小时流量4.8万Nm3/h。
　　.5.1消防给水系统设计
　　 本工程采用室外消火栓给水系统、固定水喷雾冷却灭火系统、移动式高倍泡沫灭火系统相结合，手提式、推车式干粉灭火器相辅助的原则，实行LNG站内火灾的预防、分隔、扑救。
　　 消防用水量
　　 规范要求：
　　 根据《石油天然气工程设计防火规范》 GB50183-2004的要求；全冷冻式储罐固定式消防冷却水系统的冷却水供给强度与冷却面积，应满足下列规定：
　　 1 着火罐及邻罐罐顶的冷却水供给强度不宜小于 4L/min・m2，冷却面积按罐顶全表面积计算。

　　 2 着火罐及邻罐罐壁的冷却水供给强度不宜小于 2L/min・m2，着火罐冷却面积按罐全表面积计算，邻罐冷却面积按罐表面积的一半计算。
　　辅助水枪或水炮用水量应按罐区内最大一个储罐用水量确定,如下表所示：
　　
　　
　　消防水池的容量应按火灾连续时间6h计算确定。
　　 消防水系统计算：
　　 本工程LNG站内建设2座2500m³LNG子母储罐；着火罐冷却面积按罐全表面积计算，邻罐冷却面积按罐表面积的一半计算。
　　 经计算，LNG子母罐罐顶用水量为20.54L/s，LNG子母罐罐壁用水量为51.00L/s，则确定本工程储罐水喷雾用水量为71.54 L/s。
　　 辅助水枪或消防水泡用水量为45 L/s；
　　 本工程消防用水量为116.54L/s，用水量应按火灾连续时间6h计算确定，考虑到邻近罐冷却水量的要求，一次水喷雾所需的消防水量为实际单罐水喷雾用水量的1.5倍，则站区总消防用水量为3290m3。
　　 消防给水系统
　　系统组成：
　　 本工程消防给水系统由消防水池、泵房、给水管网、地上式消火栓、固定式消防水泡和固定水喷雾装置组成。
　　消防水池
　　 本工程一次火灾灭火所需的消防水量不小于3290m³，根据《石油天然气工程设计防火规范》 GB50183-2004的要求，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，按照2h富裕水量计算，消防水池总容量为3690m³。因此，确定本工程消防水池采用2座2000m3地下式专用消防水池。
　　 消防用水取自LNG站内新建消防水池（2000m3×2），以保证消防水量要求。
　　 根据《建筑设计防火规范》规定，消防水池的补水时间不宜超过48h，因此，要求市政供水水量不应小于84m3/h。
　　 消防水通过设置在消防水池取水口的消防泵房加压后，送至厂区环状消防管网。
　　 根据消防用水量，本工程采用储罐水喷雾用水与水枪用水共同环状管网的供水方式。
　　 消防泵3台（二用一备，Q=80L/s，H=80m，P=160KW），稳压装置一套（Φ1200X1.5气压罐一台，稳压泵二台Q=0.8L/S，H=1.2Mpa），以满足厂区消防管网待压的需要。
　　室外消火栓系统：
　　 LNG站工艺区共计设置DN150室外消火栓9套，设置间距不大于60米，消火栓旁配套水带箱（箱内应配备 2～6 盘直径 65mm 、长度均为20m 的带快速接口的水带和 2 支入口直径 65mm 、喷嘴直径 19mm 水枪及一把消火栓钥匙。）水带箱距消火栓不宜大于 5m；工艺区共计设置PS-30型消防水泡5套，设置间距不大于60米；
　　 生活区共计设置DN150室外消火栓3套，设置间距不大于120米；消防管道采用螺旋缝焊接钢管。
　　储罐水喷雾系统：
　　 系统组成：消防水池、供水设备、雨淋阀组、中速水雾喷头、水喷雾管网，其中，每个LNG子母罐采用二套雨淋阀组（DN150）、共计4套雨淋阀组，电动传动实施控制。
　　 本工程水喷雾给水采用远程手动控制、电气报警自动控制、紧急操作三种启动方式，系统启动时间小于60S。
　　水泵接合器：
　　 本工程工艺区共设置6套SQS150-C型DN150消防水泵接合器, 生活辅助区共设置2套SQS150-C型DN150消防水泵接合器。
　　结论
　　在目前我国没有LNG站消防设计规范的情况下，参照有关要求及国外的先进经验进行的设计，基本能够满足LNG站的消防安全要求，各种设备得到了最大程度的保护，为LNG站的安全运行提供了有力的保障，实践证明是行之有效的。
　　参考文献：
　　1.黄增.城镇中小型LNG气化站罐区消防设计[J];煤气与热力;2007年04期
　　2.吴杰.浅谈液化天然气气化站的建设[J];广东科技;2008年08期
　　3.林伟华.LNG气化站设计的危险性评析[J];福建建筑;2008年07期
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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