國外某浮式儲存及再氣化裝置(FSRU)碼頭消防設計

梁軍波

(中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032)

液化天然氣(liquefied natural gas,LNG)主要成分是甲烷，無色、無味、無毒且無腐蝕性，可以像石油一樣安全方便地儲存及運輸，是一種優質、高效、潔凈的能源。伴隨著液化天然氣技術的發展，天然氣的地位日益上升，市場前景十分廣闊；作為“對環境友好的”能源，很多國家都將LNG列為首選能源，其在能源供應中的比例迅速提高，目前以每年約12%的速度增長，成為全球增長最迅猛的能源行業之一。為保證能源供應多元化并改善能源消費結構，一些能源消費大國逐步重視LNG的進口，都在大規模建造LNG接收站，LNG成為石油之后另一個全球爭奪的熱門能源商品。

全球LNG進口貿易快速發展，但陸上LNG接收終端造價昂貴、建造周期長且審批復雜，這些因素都制約了LNG接收設施的建設，導致大多數地區LNG接收設施的嚴重缺乏。浮式儲存及再氣化裝置(floating storage regasification unit,FSRU)作為一種新型LNG浮式接收終端，和傳統的LNG運輸加再氣化工廠的模式相比，憑借其造價低、建造時間短、作業靈活和效益較高等優勢一舉成為全球LNG領域的關注焦點。為滿足天然氣需求，越來越多的小型新興市場不再花大價錢打造大規模的陸上再氣化設施，轉而選擇建設浮式再氣化裝置來接收和加工進口的LNG，并且可以根據供氣需要隨時將FSRU從一處轉移到另一處。

FSRU外形類似于LNG運輸船，相對傳統LNG再氣化設施更為靈活，既可以專門制造，也可以由普通的LNG運輸船改造而來，目前國際上23個FSRU項目主要分布在盛產天然氣且港口基礎設施較差的南美、非洲和東南亞，2014年中海油天津LNG項目將FSRU首次引入國內，將1艘14.5萬m3的LNG船改裝而成，運行效益較好。

FSRU作為一種新型的LNG接收終端，國內外均未有專業的靠泊碼頭消防設計規范可供參考。目前已建的項目分布較廣泛，執行標準各不相同，消防設施配備也存在較大差異，本文旨在研究相關標準，提供一種NFPA標準下的消防設計思路和解決方案。

1 工程概況

巴基斯坦卡西姆港LNG接收站，是該國的第2個LNG接收站項目，采用FSRU形式，長約293 m、寬43.4 m，儲氣量為17萬m3,接收的船舶等級為21.7萬和27萬m3LNG船。本工程建造離岸式碼頭1座，用于調壓、計量和轉輸FSRU的天然氣，同時為FSRU和LNG提供系纜需求，碼頭消防設施布置見圖1。

圖1 碼頭消防設施布置(單位：mm)

2 消防設計

項目依據NFPA相關標準進行設計，主要對碼頭區域火災進行防護和保護，并防止碼頭火災對FSRU的影響。根據NFPA相關要求配備了碼頭天然氣設備冷卻消防炮、FSRU冷卻消防炮、消火栓、國際通岸法蘭和滅火器，由于其離岸式布置特點，自建海水消防泵房供給碼頭消防用水。

2.1 消防用水量

碼頭消防用水量包含碼頭天然氣調壓計量設備的冷卻滅火用水量、碼頭發生火災時對FSRU與碼頭接觸面的冷卻用水量、碼頭消火栓用水量、國際通岸法蘭向FSRU供給的消防水量和逃生通道的水噴霧用水量。碼頭裝卸天然氣均為氣化天然氣，因此不考慮設置積液池，也不考慮設置泡沫系統。

2.1.1碼頭消防冷卻水量

根據NFPA59A[1]要求，應對天然氣管道和設備進行防火冷卻，并設置固定的消防噴水設施，鑒于天然氣特性應采用霧化的水進行冷卻滅火，本項目采用噴霧功能的消防炮對碼頭火災進行滅火冷卻覆蓋。對于可燃氣體設備和管道的保護強度,NFPA15[2]要求為20.4 L/(min·m2)，NORSOK[3]的要求為10 L/(min·m2)，GB 50219—2014《水噴霧滅火系統技術規范》[4]要求為9 L/(min·m2)，鑒于NORSOK更合適的針對性和工程造價因素，本項目保護強度取10 L/(min·m2)。天然氣設備的占地面積約為300 m2,天然氣設備消防冷卻水量50 L/s，碼頭設置炮塔2座，每座炮塔設置40 L/s消防水炮1門，滿足碼頭冷卻水量要求，并滿足NFPA24[5]關于消防炮最小流量15.77 L/s的最低要求，鑒于天然氣設備高度不高于5 m，本工程炮塔高度設為6 m，炮塔布置見圖1。

2.1.2FSRU消防冷卻水量

FSRU冷卻水強度同樣采用10 L/(min·m2)，將高潮位空載工況下FSRU碼頭面以上的面積(FSRU與碼頭接觸的范圍)作為FSRU的冷卻面積進行計算，冷卻面積約為370 m2,冷卻水量62 L/s，本工程在兩側靠船墩上各設置炮塔1座，每座炮塔設置40 L/s消防水炮1門，滿足FSRU冷卻水量要求，同時滿足招標文件每門消防炮對FSRU冷卻水量不小于1 000 L/min的要求。炮塔高度同樣采用6 m。

2.1.3消火栓用水量

根據NFPA59A要求，天然氣設施消火栓設計流量1 000 GPM(63.08 L/s)，但考慮到本項目為離岸碼頭，車輛無法上下碼頭，且碼頭上天然氣設備簡單，故根據NFPA14[6]，消火栓流量采用250 GPM(15.77 L/s)，消火栓采用65 mm的NHS栓口2只，工作壓力0.45 MPa，栓前給水管設減壓閥組1套。消火栓組旁設置消火栓箱1只，內置25 m長DN65的水帶2根，φ19 mm的帶噴霧功能的水槍2把。

2.1.4逃生水噴霧系統

NFPA15規范對于逃生水噴霧系統未提供設計強度，但給出用于各種火災防護時的供給強度，分別為4.1、6.1、10.2、12.2 L/(min·m2)，鑒于保護生命為第一重任，強度取值應取上限范圍，同時參考GB 51156—2015《液化天然氣接收站工程設計規范》[7]，認為采用10.2 L/(min·m2)較為合適。本工程為離岸碼頭，工作人員通過救生艇離開碼頭，且平臺面積僅為30 m×30 m，故未設計逃生通道。

2.1.5通岸法蘭

招標文件要求通岸法蘭設計流量要求不小于16.7 L/s，根據SOLAS IMO(國際海上人命安全公約和國際海事組織)要求，本工程采用65 mm通岸法蘭，工作壓力1.0 MPa，流量約為20 L/s。

2.1.6火災延續時間

NFPA59A規定了天然氣火災延續時間不少于2 h，NFPA15規定水噴霧系統火災延續時間不少于1 h，NFPA307[8]規定碼頭火災延續時間不少于4 h，綜合考慮本工程消防設施，供水時間統一取4 h。本工程各項消防設計流量見表1。

2.2 消防泵設計

由于本工程為離岸式碼頭，碼頭供電由FSRU供給，用電容量受限，因此消防泵采用柴油驅動長軸消防泵(兩臺，一用一備)，水泵參數為流量200 L/s、揚程140 m；穩壓泵由于長時間運行，采用了電動長軸泵，水泵參數為流量20 m3/s、揚程60 m。泵房設計執行NFPA20[9]，消防泵滿足FM、UL認證，消防泵和穩壓泵均采用雙相不銹鋼材質，并安裝電解式防海洋生物裝置防止海生物附著。消防供水系統平時穩壓在0.35～0.45 MPa，當壓力達到0.45 MPa，穩壓泵停止工作，壓力降低到0.35 MPa以下，穩壓泵啟動，如果壓力繼續降低到0.25 MPa時，啟動消防泵供水。泵房消防管路設計了泄壓閥和排水視窗以及水表等配件，同時供水主管安裝了30目的Y型過濾器防止對海水雜質對噴霧炮和噴霧水槍的堵塞。

本工程消防泵采用柴油泵，油箱儲油量超過1 m3,根據GB 5016—2014《建筑設計防火規范》[10]，油箱應設置獨立的房間，但NFPA20規范對此并未做要求，因此設計初期將油箱和柴油泵位于同一房間內。由于項目進行了HAZOP分析，要求兩個柴油泵應置于獨立的兩個房間，兩個房間之間采用防火墻和防火門進行了隔離(圖2)，盡管設計中采用了此方案，但筆者對此方案存有較多異議。兩臺泵獨立于兩個房間，須各自配備設備進出門、吊裝設備和兩個逃生門，一方面增加造價，另一方面給泵房平面布置也提出了更高要求，因此筆者仍建議后續采用置于同一房間的方案。

圖2 消防泵房平面布置(單位：mm)

2.3 管材和消防設施防腐

本工程消防水源為海水，具有較強的腐蝕性，因此消防水管采用內涂塑外鍍鋅鋼管、卡箍連接、與閥門及配件的連接采用SS316L法蘭片連接。海水型閥門等給水附件常用的形式有鍛鋼或者鑄鐵內涂塑形式或者內噴環氧樹脂SEPF、鍛鋼或者鑄鐵內襯鎳鋁青銅形式、SS316L材質和DDS材質，本工程結合經濟性和耐腐蝕性綜合比較，選用了SS316L材質的閥門及其他給水設施附件，消火栓采用了鑄鐵材質內襯鎳鋁青銅式消火栓。

2.4 滅火器選擇

根據NFPA59A,天然氣設施配備推車式或者手提式干粉滅火器即可，不用像JTS 165-5—2016《液化天然氣碼頭設計規范》[11]要求那樣配備干粉滅火系統(配備干粉炮和干粉槍)，因此本工程僅在碼頭平臺配置了推車式滅火器和手提式滅火器。根據NFPA10[12]碼頭工作平臺火災危險類型為Class B，火災危險性為Extra(high)級，手提式滅火器采用了手提式磷酸銨鹽干粉滅火器4-A(MFT/ABC8,8 kg)，滿足NFPA10不小于4.54 kg的要求，在碼頭平臺的保護距離也滿足其不大于15.25 m的要求，同時碼頭平臺配置兩輛磷酸銨鹽推車式干粉滅火器8-A(MFT/ABC50,50 kg)。

3 結語

1)本文消防設計立足于NFPA標準，對其規定不詳之處參考了NORSOK標準和國內消防規范，其設計基本原則為：主要對碼頭區域火災進行防護保護，并防止碼頭火災對FSRU的影響。

2)確定了碼頭消防冷卻水、FSRU冷卻水和逃生水噴霧的供給強度均為10.2 L/(min·m2)，提供了冷卻水量計算方法。同時給出了碼頭消火栓和國際通岸法蘭的設計流量和工作壓力，并對比規范選取4 h作為碼頭火災延續時間。

3)介紹了本工程消防泵配備情況、控制方式和平面布置的優缺點，并提出了NFPA標準下將柴油消防泵、備用泵和油箱置于同一房間的建議。

4)對待海水腐蝕問題，選用了雙相不銹鋼材質的水泵、內涂塑外鍍鋅給水管、SS316L材質的閥門和給水設施附件、鑄鐵材質內襯鎳鋁青銅式消火栓，工程施工運行中反映效果較好，可供其他工程借鑒。