大型LNG槽車充裝站消防安全系統研究

孫世一，于靖雯

（中國石化青島液化天然氣有限責任公司，山東青島 266400）

大型LNG槽車充裝站消防安全系統研究

孫世一，于靖雯

（中國石化青島液化天然氣有限責任公司，山東青島 266400）

結合LNG槽車充裝站的消防安全系統及工藝特殊性等，對其安全性進行研究，并對站內設置的軟件系統、消防硬件設施、管理策略等進行探討。研究結果對于國內類似接收站和工業設施的消防系統設計和配置，能起到一定的指導和借鑒作用。

槽車充裝站；消防系統；安全設施

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.11

1 概述

為優化我國的能源結構，減輕日益嚴重的環境污染，滿足國內對天然氣飛速增長的消費需求，我國擬在東南沿海地區適量進口LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然氣的縮寫），建設若干LNG接收站。LNG接收站的功能是接卸由LNG遠洋運輸船運來的LNG，在LNG儲罐內儲存。山東LNG共設有4種外輸形式，即①采用升壓、汽化、計量外輸。②液體直接由罐內低壓泵輸至低壓管網后直接裝車外輸。③液化乙烷裝車外輸。④液化石油氣裝車外輸。

槽車裝車外輸較汽化外輸的安全風險會更高，原因有4點：①汽化外輸全程采用密閉管道完成，正常工藝狀況下無介質直接放空，而裝車作業常出現LNG，BOG，C2H6，LPG泄漏。②接收站操作人員全部為工藝班組人員，組織結構相對整齊，且都經過了安全教育、技能培訓，操作技術較為先進、安全。而槽車裝車作業常有外來人員介入到工藝操作中。③汽化外輸區設備、管線、場平相對寬闊，作業密度低，而槽車充裝站屬全天候高密度、高強度作業。④槽車充裝站涉及到3種危化品操作，其槽車本身也是巨大隱患。所以，提高槽車充裝站安全管理品質，研究站內消防安全系統等問題，具有重要的意義。

2 適用的標準與規范

青島LNG槽車充裝站的防火及消防標準與LNG接收站一致，主要采用國內的標準，同時參照部分國際通用標準，如NFPA 59A，EN 1473等；對于某項具體的防火或消防設計，根據標準嚴格執行，即若國內標準更嚴格時，則采用國內的標準，國際標準更嚴格時，則采用國際標準。其中，建筑物的防火、滅火器的配置，可燃及有毒氣體探測系統和火災自動報警系統等的設計，主要采用國內標準。

2.1 國內相關標準規范

（1）GB 50160—2008《石油化工企業設計防火規范》。

（2）GB 50016—2006《建筑設計防火規范》。（3）GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規范》。（4）GB/T 20368—2006《液化天然氣（LNG）生產、儲存和裝運》。

（5）GB 50196—1993《高倍數、中倍數泡沫滅火系統設計規范》（2002 版）。

（6）GB 50084—2001《自動噴水滅火系統設計規范》(2005年版)。

（7）SY/T 6711—2008《液化天然氣接收站安全技術規程》。（8）JTS 165-5—2009《液化天然氣碼頭設計規程》。

2.2 國外相關標準規范

（1）EN1473《液化天然氣設備與安裝》。

（2）NFPA 59A《液化天然氣生產儲存和運輸標準》。

3 火災爆炸危險性

3.1 物料火災爆炸危險性

槽車充裝站外輸的主要物料為液化天然氣（LNG）、乙烷（C2H6）、液化石油氣（LPG）。LNG主要成分為甲烷（CH4），以及少部分乙烷、丙烷等烷烴。天然氣在常壓（標準大氣壓）下，達到-162℃時可完全液化，密度430～470 kg/m3，燃點約為650℃，完全氣化時體積膨脹625倍，在空氣中的爆炸極限為5%～15%。

液化乙烷主要成分為乙烷（C2H6），其中還存在少部分丙烷等烷烴，是無色無臭液體。沸點為-88.6℃，密度約530 kg/m3，燃點約472℃，爆炸極限為3%～16%。

液化石油氣主要成分為丙烷和丁烷，還具有少量丙烯、丁烯。液態密度約580 kg/m3，燃點426～537℃，爆炸極限1.5%～9.5%，氣化后相對密度(與空氣比)1.5～2，密度大于空氣，LPG氣化后屬聚集性氣體，可能在地面上出現大面積聚集，并向四周逸散。氣化后體積膨脹250倍。空氣中含量達到10%時，人在2 min便會麻醉和昏迷。

槽車充裝站涉及到的3種充裝介質都具有易燃易爆性，當它們和空氣混合，濃度達到爆炸極限時，遇明火就會爆炸，這是事故中危害與損失最大的一種。天然氣及重烴氣體的火災特點：①火災爆炸危險性大。②火焰溫度高、輻射熱強。③易形成大面積火災。④具有復燃、復爆性。為此，液化天然氣、乙烷、液化石油氣槽車外輸火災危險性，被列為甲類。

3.2 工藝流程與火災爆炸危險性

3.2.1 工藝流程

由于槽車充裝站內工藝裝置的火災危險性為甲類，裝置區內的大部分區域也為爆炸危險1區，所以槽車充裝站的工藝流程相對簡單：

（1）LNG經罐內低壓泵升壓至0.8～1.1 MPa進入低壓管網（DN450 mm），低壓管網內LNG直接進入裝車區管網（DN400 mm），再將介質LNG分別匯入10個LNG裝車撬（二期工程將達到17個LNG撬位）的液相流路中（DN80 mm）。

（2）乙烷自脫甲烷塔底流出并儲存于乙烷球罐中，乙烷從球罐底部自流出經乙烷換熱器后（-88℃，1.1 MPa）直接輸至槽車充裝站乙烷總管（DN200 mm），再將介質乙烷分別匯入3個乙烷裝車撬的液相流路中（DN80 mm）。

（3）液化石油氣自脫乙烷塔底流出并儲存于LPG球罐中，經LPG裝車泵升壓至1.75～2 MPa后進入裝車區LPG總管（DN250 mm），再將介質液化石油氣分別匯入4個LPG裝車撬的液相流路中（DN50 mm）。

3.2.2 工藝火災的危險

（1）液化天然氣一旦泄漏，會立即在空氣中發生閃蒸，部分氣化成蒸汽，剩下的泄漏到地面，沸騰氣化后與周圍的空氣混合成冷蒸汽霧，在空氣中冷凝形成白煙，再稀釋受熱后與空氣形成爆炸性混合物。形成的爆炸性混合物遇到明火，就會引發爆燃或爆炸。

液化天然氣泄漏后形成的冷氣體在初期比周圍空氣比重大，易形成云層或層流。泄漏的液化天然氣的氣化量取決于環境、大氣的熱量供給，剛泄漏時氣化率很高，一段時間以后趨近于一個常數，這時泄漏的液化天然氣就會在地面上形成一種液流。若無圍護設施，則泄漏的液化天然氣就會沿地面形成液池后，遇到明火就可引發池火。

（2）乙烷一旦發生泄漏，由于其低溫特性，與LNG產生的現象差不多，唯一的區別在于乙烷密度略大于LNG，且大于空氣，故泄漏后氣體會向下方逸散，所以在可燃性氣體檢測裝置設置、場內防靜電處理，以及對人員凍傷、窒息、疏散時，都應考慮其特殊性。

（3）液化石油氣一旦發生泄漏會迅速閃蒸至氣相，不存在大量蒸汽與蒸汽霧，空氣中濃度達到1%時使人嘔吐、頭痛，10%時2 min使人麻醉，時間稍長即可死亡。液態變為氣態時體積迅速擴散250倍，其密度大于空氣，泄漏時會向下方逸散，在地面上擴散形成高濃度區，爆炸極限內（1.5%～9.5%）遇火源可引起強烈爆炸。

4 消防安全系統

消防安全系統，主要包括防火設計和消防系統。防火設計包括總平面布置、危險物料的安全控制、火災報警系統、防雷防靜電及保護接地、防爆設施和緊急停車及安全連鎖系統（SIS）等；消防系統包括消防水系統、高倍數泡沫滅火系統、消防水炮和消防站等消防設施，用于站內著火時的火情控制和滅火。

4.1 防火設計

4.1.1 總平面布置

根據LNG槽車充裝站的工藝要求，其中各設施按功能進行分區布置。槽車充裝站內由LNG裝車撬、C2H6裝車撬、LPG裝車撬、輔助生產設施和服務性設施等組成。

（1）充裝區域。LNG裝車撬位于裝車棚西北側7臺、東南側3臺，C2H6裝車撬位于裝車棚西南側3臺，LPG裝車撬位于裝車棚北部4臺，裝車區凝液罐位于南側，雨淋閥室位于最南側，事故集液池位于西南側，中控室、機柜間、UPS間、洗手間、倉庫位于最北側。

（2）停車場區域。2臺地磅分別位于東南側及西南側，停車場位于北側，華北銷售、崗亭、司乘人員休息室位于東側。

4.1.2 危險物料的安全控制

（1）LNG泄漏檢測和報警。青島LNG槽車充裝站采用了先進的檢測器，并與F&GS系統相連。其中，可燃氣體探測器分為一般式與對射式，用于探測可燃烴類氣體，主要設置在液體、氣體可能泄漏的場所，如LNG、C2H6、LPG裝車撬旁、事故集液池旁、裝車區凝液罐旁。廠區設置一般式可燃氣體探測器14臺，對射式可燃氣體檢測器4臺。三點式紅外火焰探測器用于起火事故的報警，廠區共設置15臺。

（2）安全控制措施。槽車充裝站內采用先進的DCS控制系統，從而保證工藝裝置控制系統的可靠性；采用SIS系統確保當上游工藝系統與本區域內工藝出現緊急事件時，能及時切換流程，立即使需要隔離的區域隔離，且所有裝車撬帶有ESD按鈕，通過硬連線連接以執行緊急停車動作；槽車充裝站內的可燃氣體報警、火焰報警裝置能通過FGS系統準確、清晰的發出聲光報警，以提高生產運行安全品質。

站內的壓力容器（包括槽車等移動式壓力容器的進場）的設計、制造均遵照執行《壓力容器安全技術監察規程》的規定，壓力管道盡量減少法蘭等可能泄漏部件的數量，從本質上保證了壓力容器的安全運行。

4.1.3 火災報警系統

（1）除了利用行政電話119專號報火警外，槽車充裝站內還設置了火災自動報警系統，各單元的火災報警控制器間通過總線方式聯網。

甲洛洛蹲在離米九家不遠的一個角落里。第九個夜晚，米九出現了，他披著氈衣，手里緊握著一小袋東西，在雨夜中匆匆趕路。

（2）站內的火災探測器的主要類型有火焰探測器、感溫電纜線型探測器、煙感探測器和手動報警按鈕。

（3）室外火災警報裝置利用現場區域報警燈、聲光報警器及喇叭來實現。在中心控制室火災自動報警系統同自控專業F&GS系統聯網后，實現了報警聯動。

4.1.4 防雷防靜電及保護接地

（1）LNG槽車充裝站內所有變配電所、工藝裝置等建(構)筑物的防雷、防靜電設計，完全符合現行國家標準的有關規定。

（2）為保證人身、設備和建（構）筑物的安全及正常運行，將站內電氣設備正常、不帶電外殼部分與接地裝置進行良好連接。主要包括工作接地、保護接地、過電壓(內部及雷電)保護接地和防靜電接地等。

（3）槽車充裝站每個裝車撬設備都安裝了靜電消除裝置，確保每位操作人員無靜電上崗，且每個裝車撬都能與槽車保持良好接地連接，提高了生產過程的安全性。

（4）站內凡可能產生靜電的設備，都按照SH 3097—2000《石油化工靜電接地設計規范》的相關要求裝設了防靜電接地。

4.1.5 防爆設施

站內各單元大部分設備均為露天布置，保證了良好的通風條件。站內裝置爆炸危險區域的劃分和電氣設備的選擇及安裝，遵循國標《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB 50058—1992的相關規定。處在爆炸性氣體環境內的所有電氣設備，其防爆等級不低于dllCT4或ellT3。危險區域優先選用本安型儀表，其防爆等級不低于ExiallBT4；無本安型儀表可選時，采用隔爆型儀表，且防爆等級不低于ExdllBT4；開關量儀表、儲罐液位儀表等，都采用了隔爆型。

4.1.6 緊急停車及安全連鎖系統（SIS）

青島LNG接收站內設置了獨立于DCS系統的SIS系統，其安全綜合等級按照IEC 61508中規定的SIL3(對應TUV6級)級考慮。各裝置單元的SIS系統設置獨立的控制站，使SIS的運行不受其他裝置單元運行的影響，以確保人員、生產裝置、重要機組和關鍵生產設備的安全。

SIS系統設置了一定數量的顯示操作站 (與DCS的操作站相同)，相應的報警及操作通過顯示操作站(軟按鈕)完成。對于重要的場合，采用“一硬一軟”的方式，即除軟按鈕外，還在CCR的輔助操作臺設置了緊急停車按鈕(硬按鈕)，用導線與中心控制室的SIS系統的DI卡(遠程I/O卡)連接。SIS系統設置工程師站和事件序列記錄工作站 (SER)。工程師站用于SIS系統的組態、下裝、調試和日常維護；SER用于報警事件順序的記錄，以便對事故原因的追溯。工程師站和SER站互為備用。SIS系統可以保證一旦工藝進入安全狀態，不允許自動復位，應進行人工手動復位。另外，槽車充裝站所有裝車撬帶有ESD按鈕，通過硬連線連接以執行緊急停車動作。

4.2 消防系統

青島LNG槽車充裝站消防系統主要由雨淋閥、高倍數泡沫滅火系統、干粉炮、消防水炮、消防栓、便攜式滅火器（干粉、二氧化碳）等組成。

4.2.1 雨淋閥系統

LNG槽車充裝站采用一撬位一套噴淋的雨淋閥安全保障系統，共設置12個雨淋閥，充分保障了當某撬位出現火情等安全事故時，對應的雨淋閥能迅速啟動，在事故的早期將其扼殺。

雨淋閥是一種自動供水控制閥，可實現遠程開啟，槽車控制室應配備有火情操作臺，當需緊急開啟雨淋閥時，點擊操作臺開啟按鈕，雨淋閥電磁閥動作，排凈上閥腔水，下閥腔壓力大于上閥腔，則閥瓣開啟，復位時需先關閉雨淋閥根部閥，同時排凈閥腔內的水，實現復位。

4.2.2 高倍數泡沫滅火系統

槽車充裝站在LNG事故集液池設置了高倍數泡沫滅火系統，主要作用是控制泄漏到事故集液池內的液化天然氣的揮發。設計泡沫混合液供給強度為7.2 L/min·m2，泡沫混合液供給時間為40 min。泡沫原液選用3%的高倍數泡沫原液。選用發泡倍數為300～500倍的高倍數泡沫發生器，其額定流量為3 L/s。高倍數泡沫滅火系統采用自動控制方式。每個事故集液池要設置≥3個低溫探測器，當有2個低溫探測器探測到有LNG泄漏到收集池后，或火焰探測器探測到火災信號后，由火災報警控制盤聯鎖控制啟動電動閥，從而啟動高倍數泡沫滅火系統，向收集池內噴射泡沫混合液。

4.2.3 干粉炮

槽車充裝站在廠區西側設置2臺干粉炮，能實現就地/遠程2種操作模式，設備本身能實現手動/自動2種運行模式。當裝車撬發生火災事故時，干粉炮能向事故位置準確噴射，以抑制火情的擴大。干粉炮的運行原理為打開高壓氮氣瓶頭閥，將高壓氮氣引入干粉罐中加壓至1.5 MPa并充分混合之后噴出，采用覆蓋滅火的方式抑制火情的擴大。操作步驟是：

（1）手動模式。①接通電源，切換至手動操作模式。②移動炮頭對準事故方向。③點擊啟動鍵并待干粉罐內壓力升至1.5 MPa后開啟，并在噴射過程中微調炮頭方向。④當噴射效果不佳時，可采用人工攜帶軟管的方式進行噴射，軟管位置位于干粉炮底部。⑤復位時切記炮頭朝下，避免空氣中灰塵、垃圾等進入，而堵塞管道。

（2）自動模式。①接通電源，切換至自動操作模式。②移動炮頭對準事故方向。③點擊啟動鍵后，系統會根據罐壓自動判斷是否噴射，操作者只需繼續微調炮頭即可。

4.2.4 消防炮

槽車充裝站在廠區東西兩側各設置3臺消防炮，作用為當廠區發生介質泄漏、火災時，啟用消防炮進行滅火、稀釋。操作步驟是：

（1）松弛消防炮固定裝置，打開入水口。

（2）微調消防炮噴頭，使其朝向事故位置并擰緊固定裝置，使消防炮噴射位置固定。

（3）根據事故的距離可通過旋轉的方式調整消防炮噴頭，當事故位置較遠時，可調整水柱的噴灑方式以增加噴射距離，當事故位置較近時，可采用旋噴的方式以保證自身安全。

（4）使用結束后切記炮頭朝下，避免空氣中灰塵、垃圾等進入，而堵塞管道。

4.2.5 消防依托力量和消防站

青島LNG槽車充裝站所在的董家口港區有一個消防支隊，共有執勤人數38人，執勤消防車9輛。其消防車輛和消防裝備的能力能滿足LNG槽車充裝站的需要，且距離槽車充裝站僅有200 m，可作為重點協防單位。

青島LNG站內消防站主體為二層結構，由7車位車庫、泡沫充裝設施、衛生間、訓練塔和訓練場地等設施組成。站內設7個車位，其中消防車5輛，急救車1輛。

5 結論

目前國內的LNG槽車液體外運進入了高速發展期，特別是被“東三省”、江浙經濟區、華北工業區圍繞的山東地區，LNG、C2H6、LPG裝車外輸的銷售前景很好，其市場對液體能源外輸的質量與數量需求都很高。但對于槽車充裝站來說，安全管理必須做到足夠嚴格甚至嚴苛，特別是從設計、設備質量、科學預防上要多下功夫，做到本質安全。同時，參照國內外相關標準規范的要求，采取足量合理的消防措施和手段，方可提升安全品質，確保生產的順利進行。

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〔編輯 王永洲〕