天然氣場站火災危險性及消防設計要點分析

許春林張洪奇戴鋒（.中國石油西氣東輸管道公司蘇北管理處， 江蘇 揚州 500； .中國石油管道公司大連輸油氣分公司， 遼寧 大連 6300）

天然氣場站火災危險性及消防設計要點分析

許春林1張洪奇2戴鋒1（1.中國石油西氣東輸管道公司蘇北管理處， 江蘇 揚州 225200； 2.中國石油管道公司大連輸油氣分公司， 遼寧 大連 116300）

天然氣輸氣站場易燃易爆、高壓且輸量大，存在很大的風險，本文基于對天然氣危險性和場站火災特點的分析，對在消防設計中場站選址、平面布置、消防給水、滅火器配置等方面的主要注意事項進行了分析。

天然氣；火災；危險性；消防

0 引言

天然氣作為清潔能源，使用范圍也越來越廣，但天然氣的易燃易爆性決定了，天然氣管道在運行過程中主要的危險因素為爆炸、火災，因此對天然氣場站的消防安全研究顯得尤為重要。

1 介質的危險性

（1）易燃易爆性。天然氣的主要成分是甲烷，屬一級可燃氣體，火災危險性分類為甲類，天然氣的閃點為-190℃，自燃點為482-632℃，其爆炸極限為5%-15%，最小點火能量僅為0.28mJ，燃燒速度快，平均低位發熱量為7700-9310千卡/立方米，與氟、氯等能發生劇烈的化學反應。

（2）擴散性。常溫下，天然氣對空氣的比重為0.55，擴散系數為0.196，擴散能力強，在空氣中可以無限制地擴散與空氣形成爆炸性混合物，溫度低于166K時，低溫天然氣比空氣重，能在較低處擴散，遇明火引起回燃。

（3）帶電性。天然氣從管口或破損處高速噴出時，由于氣體本身分子間的相互摩擦，以及氣體中雜質在高速噴出時與噴嘴摩擦等都會產生靜電。影響靜電荷產生的主要因素是雜質和流速。氣體中所含的液體或固體雜質越多，氣體的流速越快，產生的靜電荷也越多。高壓天然氣噴出時，產生的靜電電壓可達萬伏，放電火花足以引起火或爆炸事故。

（4）腐蝕性。含氫、硫元素的天然氣具有腐蝕性，能腐蝕設備，削弱設備的耐壓強度，尤其是氫在高壓下能滲透到碳素中去，導致使金屬發生“氫脆”現象。

2 天然氣場站的火災特點

（1）形成噴流式燃燒。可燃氣體處于壓力下發生的燃燒稱為噴流式燃燒，這種燃燒火焰高，強度大，不易撲救。

（2）伴隨著氣體泄漏。天然氣與空氣形成爆炸性混合物，遇火源發生燃燒或爆炸。特別是未經處理的含有大量硫化氫的原料氣泄漏時，直接威脅到人的生命。經評估測算，管徑1026mm，壓力10MPa的天然氣管道在風速2.4m/s時泄漏，泄漏尺寸為20%D時，甲烷引起的窒息性中毒的空間區域為365m×22m×16m，爆炸空間區域為926 m×51m×32m。

（3）破壞力大。天然氣與空氣混合，一旦爆炸，形成的初始沖擊波波陣面壓力可達100～200MPa，能對爆源周圍的建筑物和構筑物產生強烈的機械破壞作用。

（4）熱輻射大。天然氣是利用空氣作助燃劑，理論燃燒溫度可達到2300℃。根據斯蒂芬一玻爾茲曼熱輻射定律，物體單位時問內輻射的熱量與其表面的絕對溫度的4次方成正比。

（5）易引發管網爆轟。當管道內因負壓吸氣等某種原因，致使空氣混入管道內，形成爆炸性混合物，遇引火源即發生全管段的超壓物理性爆炸。在管道中傳播的爆炸，一定條件下會發生由爆燃向爆轟的轉變，爆轟波波速可達2000m/s。

3 分輸站消防設計注意事項

（1）選址。分輸站應布置在城鎮和居民區的全年最小風向的上風側，在山區和丘陵地區， 應避開在窩風地段。分輸站與外界的防火間距應滿足《石油天然氣工程設計防火規范》（GB50183-2015 ）要求。考慮到長輸管道站點多、線長、面廣、布局分散、人口密度小的特點，規范將30min內到達的消防力量均計算在內，因此可將出警時間在30min內的社會消防力量作為場站的依托，并作場站選址的考慮因素。

（2）總平面布局和平面布置。分輸站的平面布置防火間距應符合《石油天然氣工程設計防火規范》（GB50183-2015）的要求。

①在有氣體散發的場所，應布置在有明火或散發火花地點的全年最小頻率風向的上風側。

②分輸站宜設置兩個通向外部公路的出入口，且可作為消防車道，其凈高及道路寬度應大于4.5m；道路與圍墻的間距不應小15m；分輸站的圍墻應采用非燃燒材料，高度應大于2.2m。分輸站內裝置與圍墻間距應大于10m；分輸站內計量儀表間或控制室、值班室、配電間、鍋爐房、發電機房距圍墻間距不應小于5m。

③放空管（火炬）宜設置在分輸站最小頻率風向的上風側和站外的地勢較高處，并高出周圍最高建筑2米以上，且總高度不應小于10米。放空管（火炬）與分輸站的間距由計算確定，當放空管的放空量等于或小于1.2×104m3/h時不應小于10米；當放空量為1.2×104m3/h時，不應小于40米。

（3）消防給水。①《石油天然氣工程設計防火規范》（GB50183-2015）規定“集輸氣工程中的集氣站、配氣站、輸氣站、清管站、計量站及五級壓氣站、注氣站，采出水處理站可不設消防給水設施。”這是由于長輸管道工程廠站多、規模小、人員少，且這類廠站距離城市遠，沒有市政給水設施，單獨建設消防水池、加壓設備及配套管網，造價高。《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）規定“耐火等級不低于二級，且建筑物體積小于等于3000m3的戊類廠房或居住區人數不超過500人且建筑物層數不超過兩層的居住區，可不設置消防給水”，大多數輸氣、配氣站能滿足《建規》的條件，也與國外敞開式壓縮機組不設水消防的理念相一致。

②站內按規定設置消防給水系統的，其水量應按《石油天然氣工程設計防火規范》第8.6.1條確定，火災延續供水時間按3h計算。室外設有消防給水系統且建筑物體積不超5000m3的建筑物，可不設室內消防給水。建筑物室內外消防用水量應符合現行國家標準《建筑設計防火規范》GBJ16的規定。

（4）滅火器配置。滅火器主要用于撲救初起火災，防止火災蔓延，是工作人員滅火自救的主要消防器材。

①工藝裝置區的火災屬于C類（氣體）火災，《建筑滅火器配置設計規范》（GB50140-2005）中C類火災依據B類火災的標準配置滅火器，因此可按照B類火災的公式進行計算。

②按嚴重危險級的最大保護距離9m進行設置，保證整個計算單元在滅火器保護范圍內，且滅火器不得少于2具。

③對于滅火器的類型，《石油化工企業設計防火規范》（GB 50160-2015）規定撲救可燃氣體火災宜選用鈉鹽干粉滅火器，手提式干粉滅火器規格為6kg或8kg，推車式干粉滅火器規格為20kg或50kg。碳酸氫鈉干粉滅火器可撲滅B、C類火災，但不適合A類火災場所，而磷酸銨鹽干粉滅火器可撲滅A、B、C類火災，適用性更廣，且可以與辦公區的滅火劑統一。對于嚴重危險級場所，單具滅火器的最小配置級別為89B，填充量為5kg以上的均可以滿足要求，推薦選用8kg填充量，在重量和體積上較適合。推車式滅火器，設計時選用50kg填充量較合適。

④石油天然氣生產裝置采用計算機控制的集中控制室和儀表控制間，應設置火災自動報警系統和手提式、推車式二氧化碳氣體滅火器。二氧化碳的滅火性能好，滅火后對保護對象不產生二次損害。在有人值守的控制室內不要求設置固定式氣體自動滅火系統，是為了保證火災發生時人員對設備的操作，避免造成更大的事故。

4 結語

天然氣管道行業發展迅速，天然氣輸送及場站安全管理上的要求越來越高，應充分識別管道運輸及生產過程中的風險，從設計入手，抓好本質安全。

［1］王日燕，羅金恒，李平全.天然氣輸送管道火災事故危險分析［J］.天然氣與石油，2005，23（3）：34-36.