天然气场站火灾危险性及消防设计要点分析

许春林张洪奇戴锋（.中国石油西气东输管道公司苏北管理处， 江苏 扬州 500； .中国石油管道公司大连输油气分公司， 辽宁 大连 6300）

天然气场站火灾危险性及消防设计要点分析

许春林1张洪奇2戴锋1（1.中国石油西气东输管道公司苏北管理处， 江苏 扬州 225200； 2.中国石油管道公司大连输油气分公司， 辽宁 大连 116300）

天然气输气站场易燃易爆、高压且输量大，存在很大的风险，本文基于对天然气危险性和场站火灾特点的分析，对在消防设计中场站选址、平面布置、消防给水、灭火器配置等方面的主要注意事项进行了分析。

天然气；火灾；危险性；消防

0 引言

天然气作为清洁能源，使用范围也越来越广，但天然气的易燃易爆性决定了，天然气管道在运行过程中主要的危险因素为爆炸、火灾，因此对天然气场站的消防安全研究显得尤为重要。

1 介质的危险性

（1）易燃易爆性。天然气的主要成分是甲烷，属一级可燃气体，火灾危险性分类为甲类，天然气的闪点为-190℃，自燃点为482-632℃，其爆炸极限为5%-15%，最小点火能量仅为0.28mJ，燃烧速度快，平均低位发热量为7700-9310千卡/立方米，与氟、氯等能发生剧烈的化学反应。

（2）扩散性。常温下，天然气对空气的比重为0.55，扩散系数为0.196，扩散能力强，在空气中可以无限制地扩散与空气形成爆炸性混合物，温度低于166K时，低温天然气比空气重，能在较低处扩散，遇明火引起回燃。

（3）带电性。天然气从管口或破损处高速喷出时，由于气体本身分子间的相互摩擦，以及气体中杂质在高速喷出时与喷嘴摩擦等都会产生静电。影响静电荷产生的主要因素是杂质和流速。气体中所含的液体或固体杂质越多，气体的流速越快，产生的静电荷也越多。高压天然气喷出时，产生的静电电压可达万伏，放电火花足以引起火或爆炸事故。

（4）腐蚀性。含氢、硫元素的天然气具有腐蚀性，能腐蚀设备，削弱设备的耐压强度，尤其是氢在高压下能渗透到碳素中去，导致使金属发生“氢脆”现象。

2 天然气场站的火灾特点

（1）形成喷流式燃烧。可燃气体处于压力下发生的燃烧称为喷流式燃烧，这种燃烧火焰高，强度大，不易扑救。

（2）伴随着气体泄漏。天然气与空气形成爆炸性混合物，遇火源发生燃烧或爆炸。特别是未经处理的含有大量硫化氢的原料气泄漏时，直接威胁到人的生命。经评估测算，管径1026mm，压力10MPa的天然气管道在风速2.4m/s时泄漏，泄漏尺寸为20%D时，甲烷引起的窒息性中毒的空间区域为365m×22m×16m，爆炸空间区域为926 m×51m×32m。

（3）破坏力大。天然气与空气混合，一旦爆炸，形成的初始冲击波波阵面压力可达100～200MPa，能对爆源周围的建筑物和构筑物产生强烈的机械破坏作用。

（4）热辐射大。天然气是利用空气作助燃剂，理论燃烧温度可达到2300℃。根据斯蒂芬一玻尔兹曼热辐射定律，物体单位时问内辐射的热量与其表面的绝对温度的4次方成正比。

（5）易引发管网爆轰。当管道内因负压吸气等某种原因，致使空气混入管道内，形成爆炸性混合物，遇引火源即发生全管段的超压物理性爆炸。在管道中传播的爆炸，一定条件下会发生由爆燃向爆轰的转变，爆轰波波速可达2000m/s。

3 分输站消防设计注意事项

（1）选址。分输站应布置在城镇和居民区的全年最小风向的上风侧，在山区和丘陵地区， 应避开在窝风地段。分输站与外界的防火间距应满足《石油天然气工程设计防火规范》（GB50183-2015 ）要求。考虑到长输管道站点多、线长、面广、布局分散、人口密度小的特点，规范将30min内到达的消防力量均计算在内，因此可将出警时间在30min内的社会消防力量作为场站的依托，并作场站选址的考虑因素。

（2）总平面布局和平面布置。分输站的平面布置防火间距应符合《石油天然气工程设计防火规范》（GB50183-2015）的要求。

①在有气体散发的场所，应布置在有明火或散发火花地点的全年最小频率风向的上风侧。

②分输站宜设置两个通向外部公路的出入口，且可作为消防车道，其净高及道路宽度应大于4.5m；道路与围墙的间距不应小15m；分输站的围墙应采用非燃烧材料，高度应大于2.2m。分输站内装置与围墙间距应大于10m；分输站内计量仪表间或控制室、值班室、配电间、锅炉房、发电机房距围墙间距不应小于5m。

③放空管（火炬）宜设置在分输站最小频率风向的上风侧和站外的地势较高处，并高出周围最高建筑2米以上，且总高度不应小于10米。放空管（火炬）与分输站的间距由计算确定，当放空管的放空量等于或小于1.2×104m3/h时不应小于10米；当放空量为1.2×104m3/h时，不应小于40米。

（3）消防给水。①《石油天然气工程设计防火规范》（GB50183-2015）规定“集输气工程中的集气站、配气站、输气站、清管站、计量站及五级压气站、注气站，采出水处理站可不设消防给水设施。”这是由于长输管道工程厂站多、规模小、人员少，且这类厂站距离城市远，没有市政给水设施，单独建设消防水池、加压设备及配套管网，造价高。《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）规定“耐火等级不低于二级，且建筑物体积小于等于3000m3的戊类厂房或居住区人数不超过500人且建筑物层数不超过两层的居住区，可不设置消防给水”，大多数输气、配气站能满足《建规》的条件，也与国外敞开式压缩机组不设水消防的理念相一致。

②站内按规定设置消防给水系统的，其水量应按《石油天然气工程设计防火规范》第8.6.1条确定，火灾延续供水时间按3h计算。室外设有消防给水系统且建筑物体积不超5000m3的建筑物，可不设室内消防给水。建筑物室内外消防用水量应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GBJ16的规定。

（4）灭火器配置。灭火器主要用于扑救初起火灾，防止火灾蔓延，是工作人员灭火自救的主要消防器材。

①工艺装置区的火灾属于C类（气体）火灾，《建筑灭火器配置设计规范》（GB50140-2005）中C类火灾依据B类火灾的标准配置灭火器，因此可按照B类火灾的公式进行计算。

②按严重危险级的最大保护距离9m进行设置，保证整个计算单元在灭火器保护范围内，且灭火器不得少于2具。

③对于灭火器的类型，《石油化工企业设计防火规范》（GB 50160-2015）规定扑救可燃气体火灾宜选用钠盐干粉灭火器，手提式干粉灭火器规格为6kg或8kg，推车式干粉灭火器规格为20kg或50kg。碳酸氢钠干粉灭火器可扑灭B、C类火灾，但不适合A类火灾场所，而磷酸铵盐干粉灭火器可扑灭A、B、C类火灾，适用性更广，且可以与办公区的灭火剂统一。对于严重危险级场所，单具灭火器的最小配置级别为89B，填充量为5kg以上的均可以满足要求，推荐选用8kg填充量，在重量和体积上较适合。推车式灭火器，设计时选用50kg填充量较合适。

④石油天然气生产装置采用计算机控制的集中控制室和仪表控制间，应设置火灾自动报警系统和手提式、推车式二氧化碳气体灭火器。二氧化碳的灭火性能好，灭火后对保护对象不产生二次损害。在有人值守的控制室内不要求设置固定式气体自动灭火系统，是为了保证火灾发生时人员对设备的操作，避免造成更大的事故。

4 结语

天然气管道行业发展迅速，天然气输送及场站安全管理上的要求越来越高，应充分识别管道运输及生产过程中的风险，从设计入手，抓好本质安全。

［1］王日燕，罗金恒，李平全.天然气输送管道火灾事故危险分析［J］.天然气与石油，2005，23（3）：34-36.