工業企業內天然氣（LNG）儲罐消防水量計算的探討

楊升輝，付慶，陸棋

（1.杭州杭氧化醫工程有限公司，浙江杭州310014；2.浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

工業企業內天然氣（LNG）儲罐消防水量計算的探討

楊升輝1，付慶2，陸棋1

（1.杭州杭氧化醫工程有限公司，浙江杭州310014；2.浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

概述了如何選用相應規范進行工業企業內LNG儲罐消防給水計算，如何合理布置固定噴淋裝置以合理減少消防用水量、降低建設成本。

天然氣儲罐；消防給水；固定噴淋裝置；水量計算

0　引言

液化天然氣（Liquid Natural Gas簡稱LNG）：主要由甲烷組成的液體流體，并且包含少量的乙烷、丙烷、氮和其他成分。它的爆炸濃度為5%～15%，屬甲類危險品。但它不含一氧化碳，也比空氣輕，一旦泄漏，立即會向上擴散，不易積聚形成爆炸性氣體，安全性相對較高。

目前，在我國工業企業越來越廣泛地運用LNG作為原料、燃料等，同時也通過加壓、汽化轉變為壓縮天然氣（CNG），再加注到汽車儲瓶內，作為汽車環保燃料使用。

因此，許多工業企業在原有廠區內設置LNG儲罐，但往往是這些企業很多都是老廠擴建，臨時增設。而LNG儲罐的消防給水要求比較高，事故時需要大量水進行冷卻，火災持續時間達6 h，一般消防水池都要超過1000 m3，基本上增加LNG儲罐就需要將原來的消防給水系統重新設計建設，費用高，難度比大型企業新建項目大。

本文重點探討工業企業天然氣（LNG）儲罐消防設計對應規范的選用及消防用水量的計算。

1　現行標準規范適應性

作為消防給水設計，國家制定的相關規范多而雜，如何正確使用規范，更加符合LNG儲罐消防要求至關重要，不僅能增加安全性，還能降低建設成本。

根據《消防給水及消火栓系統技術規程》GB 50974-2014第1.0.2條規定，本規范適用于新建、擴建、改建的工業、民用、市政等建設工程的消防給水及消火栓系統的設計、施工、驗收和維護管理。但是該規范沒有對LNG儲罐的消防冷卻水強度，噴射時間進行規定。只有第3.4.1條提及石油天然氣工程工藝裝置的消防給水設計流量，應符合現行國家規范標準《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183-2004的有關規定。

本文討論的是液化天然氣使用企業的LNG儲罐消防，并沒有天然氣工程工藝裝置。根據《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183-2004第1.0.2條規定，本規范適用于新建、改建、擴建的陸上油氣田工程、管道站場工程和海洋油氣田陸上終端工程的防火設計。所以不能套用《石油天然氣工程設計防火規范》。

那么能否套用《消防給水及消火栓系統技術規程》GB 50974-2014第3.4.5條液化烴儲罐消防給水設計的規定呢？可以看一下3.4.5條的條文說明：液化烴是在15℃時，蒸氣壓大于0.1 MPa的烴類液體及其他類似的液體，不包括液化天然氣。所以牽涉LNG儲罐的消防均不能使用《消防給水及消火栓系統技術規程》。

其實我國對天然氣專門編制了一本規范《城鎮燃氣設計規范》GB 50028-2006。

根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028-2006第1.0.2條規定，本規范適用于向城市、鄉鎮或居民點供給居民生活、商業、工業企業生產、采暖通風和空調等各類用戶作燃料用的新建、擴建或改建的城鎮燃氣工程設計。所以有關LNG儲罐的消防給水設計應參照該規范規定。

2　消防水量計算

（以某天然氣使用企業設計2個100 m3的LNG儲罐消防水量計算為例）

LNG儲罐消防水量主要是用于對著火罐及相鄰罐的冷卻用，而非滅火用。根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028-2006第9.5.1條規定，液化天然氣儲罐消防水量應按其儲罐固定噴淋裝置和水槍用水量之和計算，儲罐總容積超過50 m3或單罐容積超過20 m3的液化天然氣儲罐應設置固定噴淋裝置。噴淋裝置的供水強度不應小于0.15 L/（s·m2），著火罐的保護面積按其全面積計算，距著火罐直徑1.5倍范圍內的儲罐按其表面積一半計算。

本設計的100m3LNG儲罐直徑為3.74m，長度為20.5m。

按圓柱體計算側表面為S側=πDL=3.14× 3.74×20.5=240.75m2。

按球體計算上下底表面為S底=4πr2=4×3.14 ×1.872=43.92m2。

得罐體表面積為S表=S側+S底=285m2。

著火罐噴淋裝置消防冷卻水流量為Q固= 0.15×285=43L/s。

相鄰罐噴淋裝置消防冷卻水流量為Q固= 0.5×43=21.5 L/s。

注：如果未對儲罐噴淋裝置進行左右分開布置，相鄰罐噴淋裝置消防冷卻水流量應按著火罐噴淋裝置消防冷卻水流量計算。

本罐區LNG總容積為200m3，但單罐容積為100m3，根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028-2006表9.5.1規定，水槍用水量為30 L/s。

故本儲罐區計算的總消防冷卻水量為Q消= 43+21.5+30=95 L/s。

根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028-2006第9.5.2條規定，LNG立式儲罐固定噴淋裝置應在罐體上部和罐頂均勻分布。消防水泵的選型及消防水池容積的計算不應按照套規范的計算值來確定，應根據各噴頭的布置選型來確定實際用水量，其值應大于計算值。

本次側壁冷卻噴頭選用ZSTMB-60/120型水幕噴頭（流量系數K=60，噴射角度為120°），分三層布置，每層圍繞儲罐均布8個，噴頭距管壁300mm，保證每個噴頭都能噴灑到儲罐壁。儲罐頂部均勻布置ZSTK-15（流量系數K=80）開式灑水噴頭4個，濺水盤離罐頂350mm，以保證儲罐頂部均能被保護到。

按儲罐頂部最高噴頭工作壓力0.3 MPa來確定水泵揚程、流量及消防水池的大小。

注：根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028-2006第8.10.7條規定，儲罐固定噴水冷卻裝置出口的供水壓力不應小于0.2 MPa，而不是噴頭的最小工作壓力。

根據噴頭流量公式q=K（10×P）0.5得：

Q實際=Q頂+Q側=52.5 L/s，大于計算值43 L/ s，滿足規范要求。

根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028-2006第9.5.3條規定，本罐區總容積雖然小于220m3，但是單罐容積大于50m3，消防水池的容量應按火災持續時間6 h計算確定。

注：根據《消防給水及消火栓系統技術規范》GB 50974-2014第4.3.6條規定，消防水池大于1000m3時，應設置能獨立使用的兩座消防水池，每座消防水池應設置獨立的出水管，并應設置滿足最低有效水位的連通管。

小型移動滅火器設備設置對初期火災控制非常有效，而且操作簡單，成本低。LNG罐區滅火器配置最小級別應根據《城鎮燃氣設計規范》GB 50028-2006第9.5.6條規定，每個滅火器的保護半徑應根據《建筑滅火器配置設計規范》GB 50140-2005確定，其他不得低于《建筑滅火器配置設計規范》GB 50140-2005進行配置。

本罐區設置兩具8 kg手提式磷酸銨鹽干粉滅火器和兩臺35 kg推車式磷酸銨鹽干粉滅火器。

3　小結

LNG罐區的消防給水設計主要牽涉的規范有《城鎮燃氣設計規范》GB 50028-2006、《消防給水及消火栓系統技術規范》GB 50974-2014及《建筑滅火器配置設計規范》GB 50140-2005。需要我們從三本規范中找出相關條文，逐一比對，從嚴選用，切不可胡亂套用。水量計算值應根據各噴頭相應工況下流量相加所得，否則消防水池的有效容積將不能保證6 h火災持續時間內的用量。盡可能將固定噴水裝置分成兩個獨立的系統，以合理減少消防冷卻用水量，降低企業建設成本。

［1］GB 50183-2004，石油天然氣工程設計防火規范［S］.

［2］GB 50028-2006，城鎮燃氣設計規范［S］.

［3］GB 50974-2014，消防給水及消火栓系統技術規范［S］.

［4］GB 50140-2005，建筑滅火器配置設計規范［S］.

［5］GB 50016-2014，建筑設計防火規范［S］.

［6］GB 50084-2005，自動噴水滅火系統設計規范［S］.

［7］GB50160-2008，石油化工企業設計防火規范［S］.

索爾維為明尼蘇達橡塑公司頒發許可

全球領先的特種聚合物供應商索爾維給位于中國江蘇省蘇州的Quadion LLC（即Minnesota Rubber and Plastics，明尼蘇達橡塑公司）頒發許可，將其作為索爾維超高性能聚合物TorlonR聚酰胺酰亞胺（PAI）的認證注塑生產商。這也是全球精密組件及高級制造方案領先設計及供應商明尼蘇達橡塑公司從索爾維獲得的第二份認證。2015年，該公司在美國威斯康辛里弗福爾斯工廠獲得了類似的許可。TorlonRPAI是索爾維特種聚合物產品組合中性能最高的熱塑性塑料之一，兼具熱固性聚酰亞胺出色的性能以及熱塑性塑料熔融加工的優勢。索爾維的TorlonRPAI產品線包括在干態和潤滑環境下具有無與倫比的耐磨損性能的多種牌號。TorlonRPAI產品系列在高達275℃的溫度下能夠保持業內最優異的韌度、強度及剛性。TorlonRPAI產品系列還具有出色的抗蠕變性、極低的線性熱膨脹系數和卓越的耐磨損、耐化學性能。該材料的優異性能使之非常適合加工成以塑代鋼的耐久型承重精密組件如汽車密封環、傳動止推墊圈、球形接頭插座、精密注塑成型齒輪、轉向系統滑動元件。

（來源：http://www.solvay.cn/zh/media/press_releases/20160908-Minn-RP-Torlon-Certification.htm l）

Discussion on the Calculation of FireW ater Consum ption of Natural Gas(LNG)Storage Tanks in Industrial Enterprises

YANG Sheng-hui，FU Qing，LU Qi
（1.Hangzhou Hangyang Chemical&Medical Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310014，China；2.Zhejiang Chemical Industry Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou，Hangzhou，Zhejiang 310023，China）

This article outlined how to choose the appropriate specifications for industrial enterprises to calculate the LNG tank storage of firewater，and how to arrange the fixed fire sprinkler to reduce reasonable water consumption，and lower construction costs.

natural gas storage tank；fire water supply；fixed sprinkler；water quantity calculation

1006-4184（2016）9-0042-03

2016-06-28

楊升輝(1984-)，男，漢族，浙江湖州人，工程師，主要從事化工廠給水排水工程、消防工程設計。E-mail：512716561@qq.com。