LNG氣化站消防設計探討

一、概述

天然氣是一種優(yōu)質、高效、清潔的低碳能源。隨著我國經濟發(fā)展和節(jié)能減排推進，天然氣的使用比重持續(xù)提高。液化天然氣氣化站作為天然氣供應的重要設施，是目前無法使用管輸天然氣供氣城市的主要供氣來源，也是許多使用管輸天然氣供氣城市的應急或調峰來源，在天然氣的發(fā)展與使用中起著關鍵作用。而液化天然氣作為一種危險性較高的能源，做好液化天然氣氣化站的消防安全設計成為保障天然氣供應的關鍵環(huán)節(jié)。

二、LNG危險因素分析

天然氣是一種無色、無味、無毒且無腐蝕性的碳氫化合物，LNG是以液體形式存在的天然氣。天然氣具有易燃性、易爆性、靜電荷積聚性、易擴散性、窒息性等特性。天然氣屬于甲類火災危險性，閃點很低（甲烷閃點為-188℃），與空氣混合形成可爆炸性氣體；比空氣輕，泄漏后會立即飛散。天然氣極易燃燒、爆炸，并且擴散能力強，火勢蔓延迅速，一旦發(fā)生火災難以施救。天然氣具有高度易燃易爆性，與空氣混合能形成爆炸性混合物天然氣的密度比空氣小，擴散迅速，一般不在低凹處聚集。天然氣泄漏后易隨風擴散到遠處，遇明火會引著回燃，波及一片，對周圍環(huán)境的安全造成很大影響。

三、LNG氣化站消防設計

1、儲罐區(qū)作為氣化站中LNG的主要儲存區(qū)域，直接影響氣化站的安全生產。在城鎮(zhèn)燃氣LNG設計中，儲罐容積主要為150m3及以下。LNG立罐物料進出口均在儲罐底部，灌頂僅有一個安全泄放口。

當LNG儲罐區(qū)發(fā)生火災時，著火罐直接受火焰作用，管壁溫度會迅速上升，導致管壁強度降低，儲罐可能出現變形甚至破裂的危險。因此，儲罐發(fā)生火災后應及時進行冷卻。儲罐可設固定式冷卻設備，亦可采用室外消火栓等進行冷卻。

當儲罐設置固定式冷卻設備時，儲罐用水強度按0.15L/(s·m2)計算，著火儲罐的用水面積按其全表面積計算，相鄰儲罐離著火罐間距若小于1.5倍直徑 (臥式儲罐按其直徑和長度之和的一半)，相鄰儲罐的保護面積按表面積的一半計算。可根據面積及噴水強度的乘積取得理論冷卻用水量。

儲罐固定噴淋裝置宜采用水霧噴頭，因對其儲罐冷卻效果較好。單個水噴霧頭的流量按q=K√10P計算(P為水霧噴頭的工作壓力，不應小于0.2MPa，K為水霧噴頭的流量系數)。

當儲罐發(fā)生火災時，熱量向上運功，儲罐頂部及上部溫度相對較高，也更為容易遭到破壞，因此設計儲罐固定冷卻裝置時，宜重點考慮儲罐頂部及上部的冷卻降溫。一般在儲罐頂部設置一圈，上部設置二～三圈噴頭，每圈相距3米左右。水霧噴頭與儲罐外壁之間的距離不應大于0.7m。

在設計時，首先應根據噴頭與儲罐外壁之間的距離及噴頭的霧化角，對噴頭進行合理布置，保證水霧能將儲罐上部罐壁及罐頂都覆蓋，確定每圈的噴頭個數及總噴頭數，再得出單個噴頭的平均出流量及噴頭的流量系統K。

確定噴頭個數及流量系統K之后應重新進行水力校核。選定最不利點噴頭，取此噴頭出口的供水壓力為0.2MPa，依次逐點計算每個噴頭的流量，每個噴頭流量相加即為系統的設計流量，如超出理論冷卻用水量比較多的話，可在每圈管道入口處設置減壓孔板或適當調小噴頭的流量系統K，再重新試算。

此外，儲罐底部設置大量進出液管道，如果遭到破壞，會發(fā)生大規(guī)模液體泄漏，造成嚴重后果。因此，儲罐底部也是火災重點保護區(qū)域，設計時也會考慮在儲罐底部設置固定噴淋裝置。

每個儲罐的固定噴淋裝置進水管上均單獨設置氣動蝶閥，平時閥門處于關閉狀態(tài)，當儲罐區(qū)火焰探測器探測到有火災發(fā)生，發(fā)出報警時，經控制室人員確認，遠程自動開啟閥門，水霧噴頭開始噴水冷卻降溫。氣動蝶閥還應具備手動開啟功能。

除固定噴淋冷卻裝置外，LNG儲罐還需設置室外消火栓用于輔助冷卻保護。設計流量：當儲罐總容積不大于200m3且單罐容積不大于50m3時，水槍用水量按20 L/s計，否則按30 L/s計。室外消火栓應設于防液堤外，數量應根據每個罐的設計流量進行確定，其間距不宜大于60m，且距罐壁15米范圍內的消火栓不應計算在該儲罐可使用的數量內。

若液化天然氣儲罐或儲罐區(qū)單罐容積小于等于20m3且總容積小于50m3，則可以只設置固定噴淋裝置或著室外消火栓，其消防水量應按室外消火栓用水量計算。

2、LNG儲罐區(qū)內，水既不能控制也不能熄滅液化天然氣液池火災，消防水只是用于冷卻儲罐、設備及其他可能受損的結構，以防止造成大面積LNG泄漏。要控制、撲滅液化天然氣火災，一般使用高倍數泡沫滅火系統。

LNG儲罐區(qū)設有導液溝，當發(fā)生LNG泄漏時，LNG會隨著導液溝流入儲罐區(qū)集液池，大量LNG在集液池聚集氣化，因此集液池是重點危險區(qū)域，在集液池上方設置固定式局部應用系統，并設置導泡筒。當液化天然氣泄漏但尚未著火時，高倍數泡沫迅速覆蓋整個集液池，隔斷液態(tài)天然氣與大氣的接觸，減少氣化量，阻止蒸汽云的形成，這能有效控制天然氣火災的發(fā)生和蔓延。當著火后，覆蓋高倍數泡沫能控制火災，降低輻射熱，以保護其他相鄰設備。

泡沫滅火器發(fā)泡倍數宜為300～500；泡沫混合液供給強度不宜小于7.2L /(min·m2)；泡沫連續(xù)供給時間不宜小于40min。泡沫發(fā)生器采用壓力泡沫混合液驅動水輪機，給水從站內消防給水管網接入。在進水管上設置氣動蝶閥，平時自動閥處于關閉狀態(tài)，當儲罐區(qū)有液體泄漏，溫度探測器發(fā)出報警，經控制室人員確認，遠程自動開啟閥門，泡沫發(fā)生器在水力驅動下開始發(fā)泡。氣動蝶閥還應具備手動開啟功能。

移動式高倍數泡沫滅火系統由車載式高倍數泡沫產生器、比例混合器、泡沫液桶、水帶、導泡筒等組成，它可作為固定式泡沫系統的補充，能夠更快、更有效的撲滅火災。此外，移動式泡沫滅火系統移動靈活，使用范圍較廣，除了能用于集液池外，還能靈活達到儲罐區(qū)任意區(qū)域。

3、小型干粉滅火器對撲滅初期火災、避免火勢擴大，具有重要作用。LNG氣化站內具有火災和爆炸危險的建筑物、儲罐和工藝裝置區(qū)應設置干粉滅火器。站內液化天然氣儲罐或工藝裝置區(qū)按嚴重危險級配置滅火器材。儲罐區(qū)內，按儲罐臺數、每臺儲罐設置8kg手提式滅火器和50kg推車式滅火器各1具；每個槽車車位設置8kg手提式滅火器2具；氣瓶灌裝臺設置不少于2具8kg滅火器；工藝裝置區(qū)按區(qū)域面積，每50m2設置8kg滅火器1具，且每個區(qū)域不少于2具。

4、LNG氣化站內除生產區(qū)外，一般都設有生產輔助區(qū)，含有輔助用房、辦公樓等建筑物。對于生產輔助區(qū)的消防設計應參照《建筑設計防火規(guī)范》、《建筑滅火器配置規(guī)范》等規(guī)范進行。

5、LNG氣化站同一時間內的火災次數應按一次考慮，按消防用水量大的區(qū)域進行設計，通常情況下，儲罐區(qū)用水量大于生產輔助區(qū)用水量，故整個站消防設計按儲罐區(qū)發(fā)生火災進行。儲罐區(qū)內固定式冷卻設備和室外消火栓用水火災連續(xù)時間為6h，但總容積小于2203且單罐容積小于或等于50m3的儲罐或儲罐區(qū)，火災連續(xù)時間為3h。高倍數泡沫滅火系統用水的火災連續(xù)時間為40min。消防水池容量為固定式冷卻設備、室外消火栓、高倍數泡沫滅火系統用水量之和，并考慮適當的余量。

LNG氣化站一般設置一套消防給水系統，供固定式冷卻設備、室外消火栓、高倍數泡沫滅火系統使用，采用臨時高壓消防給水系統。室外消防給水管網呈環(huán)狀布置，由消防水泵引出兩條輸水管線向環(huán)狀管網供水，消防水泵通常采用兩用一備或者一用一備，并同時配備消防增壓穩(wěn)壓設備。平時，消防給水管網壓力由消防增壓穩(wěn)壓設備維持，當站內發(fā)生火災時，管網用水量增大，穩(wěn)壓泵無法維持管網壓力，此時打開消防泵同時關閉穩(wěn)壓泵并，由消防泵為管網供水。

四、總結

雖然LNG儲罐區(qū)內消防水大量用于冷卻保護，有著與其他消防系統不同的用途，但其消防水源、供水設施、給水形式、管網、水力計算與其它消防系統基本一致。在設計中須充分了解LNG危險特性，采取針對有效措施，合理設計消防給水系統，定能減少火災危害，保護人身和財產安全。