LNG气化站消防设计探讨

2014-01-28

中国建设信息化 2014年12期

一、概述

天然气是一种优质、高效、清洁的低碳能源。随着我国经济发展和节能减排推进，天然气的使用比重持续提高。液化天然气气化站作为天然气供应的重要设施，是目前无法使用管输天然气供气城市的主要供气来源，也是许多使用管输天然气供气城市的应急或调峰来源，在天然气的发展与使用中起着关键作用。而液化天然气作为一种危险性较高的能源，做好液化天然气气化站的消防安全设计成为保障天然气供应的关键环节。

二、LNG危险因素分析

天然气是一种无色、无味、无毒且无腐蚀性的碳氢化合物，LNG是以液体形式存在的天然气。天然气具有易燃性、易爆性、静电荷积聚性、易扩散性、窒息性等特性。天然气属于甲类火灾危险性，闪点很低（甲烷闪点为-188℃），与空气混合形成可爆炸性气体；比空气轻，泄漏后会立即飞散。天然气极易燃烧、爆炸，并且扩散能力强，火势蔓延迅速，一旦发生火灾难以施救。天然气具有高度易燃易爆性，与空气混合能形成爆炸性混合物天然气的密度比空气小，扩散迅速，一般不在低凹处聚集。天然气泄漏后易随风扩散到远处，遇明火会引着回燃，波及一片，对周围环境的安全造成很大影响。

三、LNG气化站消防设计

1、储罐区作为气化站中LNG的主要储存区域，直接影响气化站的安全生产。在城镇燃气LNG设计中，储罐容积主要为150m3及以下。LNG立罐物料进出口均在储罐底部，灌顶仅有一个安全泄放口。

当LNG储罐区发生火灾时，着火罐直接受火焰作用，管壁温度会迅速上升，导致管壁强度降低，储罐可能出现变形甚至破裂的危险。因此，储罐发生火灾后应及时进行冷却。储罐可设固定式冷却设备，亦可采用室外消火栓等进行冷却。

当储罐设置固定式冷却设备时，储罐用水强度按0.15L/(s·m2)计算，着火储罐的用水面积按其全表面积计算，相邻储罐离着火罐间距若小于1.5倍直径 (卧式储罐按其直径和长度之和的一半)，相邻储罐的保护面积按表面积的一半计算。可根据面积及喷水强度的乘积取得理论冷却用水量。

储罐固定喷淋装置宜采用水雾喷头，因对其储罐冷却效果较好。单个水喷雾头的流量按q=K√10P计算(P为水雾喷头的工作压力，不应小于0.2MPa，K为水雾喷头的流量系数)。

当储罐发生火灾时，热量向上运功，储罐顶部及上部温度相对较高，也更为容易遭到破坏，因此设计储罐固定冷却装置时，宜重点考虑储罐顶部及上部的冷却降温。一般在储罐顶部设置一圈，上部设置二～三圈喷头，每圈相距3米左右。水雾喷头与储罐外壁之间的距离不应大于0.7m。

在设计时，首先应根据喷头与储罐外壁之间的距离及喷头的雾化角，对喷头进行合理布置，保证水雾能将储罐上部罐壁及罐顶都覆盖，确定每圈的喷头个数及总喷头数，再得出单个喷头的平均出流量及喷头的流量系统K。

确定喷头个数及流量系统K之后应重新进行水力校核。选定最不利点喷头，取此喷头出口的供水压力为0.2MPa，依次逐点计算每个喷头的流量，每个喷头流量相加即为系统的设计流量，如超出理论冷却用水量比较多的话，可在每圈管道入口处设置减压孔板或适当调小喷头的流量系统K，再重新试算。

此外，储罐底部设置大量进出液管道，如果遭到破坏，会发生大规模液体泄漏，造成严重后果。因此，储罐底部也是火灾重点保护区域，设计时也会考虑在储罐底部设置固定喷淋装置。

每个储罐的固定喷淋装置进水管上均单独设置气动蝶阀，平时阀门处于关闭状态，当储罐区火焰探测器探测到有火灾发生，发出报警时，经控制室人员确认，远程自动开启阀门，水雾喷头开始喷水冷却降温。气动蝶阀还应具备手动开启功能。

除固定喷淋冷却装置外，LNG储罐还需设置室外消火栓用于辅助冷却保护。设计流量：当储罐总容积不大于200m3且单罐容积不大于50m3时，水枪用水量按20 L/s计，否则按30 L/s计。室外消火栓应设于防液堤外，数量应根据每个罐的设计流量进行确定，其间距不宜大于60m，且距罐壁15米范围内的消火栓不应计算在该储罐可使用的数量内。

若液化天然气储罐或储罐区单罐容积小于等于20m3且总容积小于50m3，则可以只设置固定喷淋装置或着室外消火栓，其消防水量应按室外消火栓用水量计算。

2、LNG储罐区内，水既不能控制也不能熄灭液化天然气液池火灾，消防水只是用于冷却储罐、设备及其他可能受损的结构，以防止造成大面积LNG泄漏。要控制、扑灭液化天然气火灾，一般使用高倍数泡沫灭火系统。

LNG储罐区设有导液沟，当发生LNG泄漏时，LNG会随着导液沟流入储罐区集液池，大量LNG在集液池聚集气化，因此集液池是重点危险区域，在集液池上方设置固定式局部应用系统，并设置导泡筒。当液化天然气泄漏但尚未着火时，高倍数泡沫迅速覆盖整个集液池，隔断液态天然气与大气的接触，减少气化量，阻止蒸汽云的形成，这能有效控制天然气火灾的发生和蔓延。当着火后，覆盖高倍数泡沫能控制火灾，降低辐射热，以保护其他相邻设备。

泡沫灭火器发泡倍数宜为300～500；泡沫混合液供给强度不宜小于7.2L /(min·m2)；泡沫连续供给时间不宜小于40min。泡沫发生器采用压力泡沫混合液驱动水轮机，给水从站内消防给水管网接入。在进水管上设置气动蝶阀，平时自动阀处于关闭状态，当储罐区有液体泄漏，温度探测器发出报警，经控制室人员确认，远程自动开启阀门，泡沫发生器在水力驱动下开始发泡。气动蝶阀还应具备手动开启功能。

移动式高倍数泡沫灭火系统由车载式高倍数泡沫产生器、比例混合器、泡沫液桶、水带、导泡筒等组成，它可作为固定式泡沫系统的补充，能够更快、更有效的扑灭火灾。此外，移动式泡沫灭火系统移动灵活，使用范围较广，除了能用于集液池外，还能灵活达到储罐区任意区域。

3、小型干粉灭火器对扑灭初期火灾、避免火势扩大，具有重要作用。LNG气化站内具有火灾和爆炸危险的建筑物、储罐和工艺装置区应设置干粉灭火器。站内液化天然气储罐或工艺装置区按严重危险级配置灭火器材。储罐区内，按储罐台数、每台储罐设置8kg手提式灭火器和50kg推车式灭火器各1具；每个槽车车位设置8kg手提式灭火器2具；气瓶灌装台设置不少于2具8kg灭火器；工艺装置区按区域面积，每50m2设置8kg灭火器1具，且每个区域不少于2具。

4、LNG气化站内除生产区外，一般都设有生产辅助区，含有辅助用房、办公楼等建筑物。对于生产辅助区的消防设计应参照《建筑设计防火规范》、《建筑灭火器配置规范》等规范进行。

5、LNG气化站同一时间内的火灾次数应按一次考虑，按消防用水量大的区域进行设计，通常情况下，储罐区用水量大于生产辅助区用水量，故整个站消防设计按储罐区发生火灾进行。储罐区内固定式冷却设备和室外消火栓用水火灾连续时间为6h，但总容积小于2203且单罐容积小于或等于50m3的储罐或储罐区，火灾连续时间为3h。高倍数泡沫灭火系统用水的火灾连续时间为40min。消防水池容量为固定式冷却设备、室外消火栓、高倍数泡沫灭火系统用水量之和，并考虑适当的余量。

LNG气化站一般设置一套消防给水系统，供固定式冷却设备、室外消火栓、高倍数泡沫灭火系统使用，采用临时高压消防给水系统。室外消防给水管网呈环状布置，由消防水泵引出两条输水管线向环状管网供水，消防水泵通常采用两用一备或者一用一备，并同时配备消防增压稳压设备。平时，消防给水管网压力由消防增压稳压设备维持，当站内发生火灾时，管网用水量增大，稳压泵无法维持管网压力，此时打开消防泵同时关闭稳压泵并，由消防泵为管网供水。