大型LNG低温储罐的消防设计探讨

英 锋，蒙晓非

(中国石化宁波工程有限公司,浙江宁波 315103)

大型LNG低温储罐的消防设计探讨

英 锋，蒙晓非

(中国石化宁波工程有限公司,浙江宁波315103)

根据对低温LNG储罐消防设计相关规范的理解、认识，以及160 000 m3LNG储罐工程消防设计经验，就LNG储罐消防设计作一些探讨。

LNG低温储罐 消防系统 消防设计

LNG(liquefied natural gas)即液化天然气，其储罐一般为全容罐，其内层罐壁为钢制，外层为钢筋混凝土。目前在役储罐最大储量为160 000 m3，建造中的为270 000 m3。

LNG在-162 ℃可液化，一旦泄漏完全气化，体积是原液体600倍，且在-112 ℃温度下比空气重。LNG属于甲类火灾危险物质，因此，火灾、爆炸等是LNG储罐的主要风险，消防设计对LNG储罐项目非常重要。

1 消防系统的设置

LNG储罐的消防系统主要包括消防冷却水系统、固定干粉灭火系统和固定泡沫灭火系统等。

1.1 消防冷却水系统

消防冷却水系统包括固定水喷雾系统、消火栓、消防炮。

1.1.1固定水喷雾系统

固定水喷雾系统是LNG储罐主要防火系统。该系统主要布置在罐顶平台处，对设备管口、钢结构、管道和阀组等起消防冷却作用。由于储罐采用了混凝土外罐结构，因此，罐顶和管壁不考虑消防冷却用水。该系统采用自动控制，同时具有遥控和就地控制的功能。当探测器探测到火灾信号后，传输信号至火灾报警控制盘，通过火灾报警控制盘的联锁控制信号启动雨淋阀，从而开启水喷雾系统。

LNG储罐罐顶平台主要包括主平台、仪表平台、安全阀平台和真空阀平台。不同平台消防冷却水供给强度略有不同。仪表平台、安全阀平台和真空阀平台冷却水供给强度为20 L/(min·m2)[1]。主平台泵平台处固定水喷雾系统的供水强度应不小于20.4 L/(min·m2)[2]，其余位置可按20 L/(min·m2)供水强度设计。水雾喷头的布置除满足平台全覆盖之外，还应对管口、阀门和液位计等易泄漏位置进行重点保护。喷头布置应严格遵守相关规范要求。喷头材质应具有耐腐蚀性，且适用于沿海地区。

罐顶管道可采用支状管网、环状管网或栅状管网[3]，如图1所示。3种形式管网的特点见表1。

图1 罐顶管道3种形式管网示意

管网布置形式供水是否有利水力计算难易技术经济比较支状管网差易差环状管网较好中较经济栅状管网好难经济

笔者参与设计的项目由于主平台为钢筋混凝土结构，为尽量减少管道穿越平台带来的开孔数量多和管道支架的问题，故采用支状管网，如图2。

由于采用了支状管网，平台开孔数量至少减少了31个。因此，管网的选择除了需考虑消防自身条件(水利条件、技术经济等)外，还需考虑项目实际情况，选择最优的管道布置方案。

图2 平台下管道及平台上管道分布

1.1.2消火栓、消防炮的设计

LNG储罐四周应设固定水炮及消火栓，主要用于保护管架位置和罐顶阀组，必要时也可用于罐壁的冷却。

建议采用地上式消火栓，寒冷地区消火栓应具有自动泄水功能。消火栓布置间距不应大于60 m。消火栓旁应设水带箱，并配置2～6盘直径65 mm、长度20 m带快速接头的水带和2只水枪。

1.1.3消防水量计算和消防水源

大型LNG储罐所有罐顶平台固定水喷雾系统由一个雨淋阀控制，一旦发生火灾，所有平台的水喷雾系统将同时开启，因此，在计算消防水量时应考虑全部平台的消防冷却用水量。消防用水量需满足各平台对最低供水强度的要求，在此基础上，消防水量需考虑288 m3/h的余量。消防用水延续时间按照6 h计算。

为减少对消防水储存带来的占地等问题，大型LNG储罐一般采用淡水稳压、海水消防、淡水冲洗的消防工作模式。即在站场内设有一座消防水罐(包括生活用水)，该消防水罐的淡水仅用于维持消防水管网压力、小型火灾的扑救、消防系统的试验及事故后消防水管网的冲洗，无法提供消防用水时的大量的消防用水。当储罐出现火灾时，海水泵直接吸取附近海水注入罐区消防管网系统作为消防冷却水。由于海水储量巨大，因此，能最大限度地满足消防用水量的要求。但是，由于海水具有一定腐蚀性，因此，在灭火后，需用淡水对整个管道系统和设备进行冲洗。

1.2 固定干粉灭火系统

固定干粉灭火系统安装在安全阀平台上，主要用于保护液化天然气储罐通向大气的安全阀出口管。

该系统由干粉罐、驱动气瓶、喷头、管路系统、仪表和控制等部件组成。系统设2个干粉罐、2组驱动气瓶，1套管路系统和喷头。2个干粉罐互为备用，单罐容量应保证干粉喷射时间不小于60 s，并且在不小于95%的规定泄放时间内，能够保持流畅均匀泄放。驱动气瓶中驱动气体应为氮气，不允许使用二氧化碳，因为储罐安全阀泄放出来的天然气温度低，会使二氧化碳冻结，进而影响干粉系统灭火效果。所有喷头的材质应为黄铜或不锈钢，喷头单孔直径不应小于6 mm[4]。

1.3 固定泡沫系统

1.3.1固定泡沫系统的设置

为减少LNG挥发面积进而减少泡沫使用量，大型LNG储罐周围一般不设围堰，仅在储罐附近设一座集液池。管口泄漏的LNG由收集系统收集后依靠重力流进集液池。集液池配置固定式全淹没式高倍数泡沫灭火系统[1]，发泡倍数为1∶500。着火时高倍数泡沫灭火系统虽不能起到灭火作用，但可以降低辐射热量避免LNG挥发，泡沫厚度需维持在1 m以上。由于大型LNG储罐采用的全防罐形式，外罐为混凝土结构，因此储罐本身无需设置泡沫系统。

1.3.2固定泡沫系统的组成

集液池用泡沫系统由雨淋阀、泡沫罐、泡沫产生器和管路系统组成。

雨淋阀：与低温探测器联锁，用于启动泡沫系统。

泡沫罐：泡沫液储存量应满足其连续供给时间不小于25 min，且泡沫淹没体积的保持时间不小于60 min，泡沫液必须适用于海水[4]。泡沫罐安装位置应满足工艺要求，与集液池距离大于热辐射距离，夏季炎热地区建议为泡沫罐安装遮阳棚。

泡沫产生器：固定安装在集液池旁，采用不锈钢材质发泡网[5]。

1.3.3固定泡沫系统的控制

高倍数泡沫系统采用自动控制方式，并可手动开启。LNG事故液收集池内设置至少3个低温探测器，当2个低温探测器探测到有LNG泄漏，或火焰探测器探测到火灾信号后，由火灾报警控制盘联锁控制启动雨淋阀，从而启动高倍数泡沫灭火系统，向LNG事故液收集池内喷射泡沫混合液。

1.4 其他

LNG储罐顶部及周围还需设置一定数量的手提式干粉灭火器。集液池虽然配置了固定式高倍数泡沫灭火系统，但是该系统在集液池发生火灾时不能灭火，因此，在集液池附近仍需配置一定数量的推车式干粉灭火器和手提式干粉灭火器。

2 管网布设

LNG储罐周围地下管网应采用环状布置，进水接点不少于2个。管道上需设置切断阀将管网分成若干独立管段，每段内消火栓数量不超过5个。另外，切断阀布置还必须满足任何情况下罐顶水喷雾供水和高倍数泡沫供水的不间断性，其具体做法可参见图3。

图3 管网布设示意

3 软件在设计中的应用

3.1 三维建模软件

目前，在工程设计中采用的三维设计软件有PDS、PDMS和SP3D。就设计而言，3个软件都可以满足设计出图要求。图4是LNG储罐工程项目罐顶平台管道布置截图。从此图不难看出罐顶管道数量非常多，且错综复杂，若只依靠二维软件进行设计，设计工作量将非常巨大。由于平台上支架数量多，因此管道碰撞将不可避免，但是在模型里，所有的碰撞都可以直观的有效地得到解决。

3.2 管道水利计算软件

水利计算软件是大型LNG储罐消防管道设计另一个不可或缺的软件。由于储罐消防管道布置错综复杂，喷头标高相差很大，因此，很难保证每个喷头处的供水压力都能达到喷头的设计压力。传统人工计算偏差大、不够准确，且耗费大量工时。但是，水利计算软件可以解决以上问题。

图4 LNG储罐工程项目罐顶平台管道布置三维模型(截图)

本项目采用了PIPENET软件进行水利计算，图5是项目水利计算图的局部截图。

图5左侧显示的是节点编号和对应的压力，右侧显示的是管段编号和对应的管径。各管段流速、管径、进出压力都可在计算书中查到。借助水利计算软件，消防管道设计人员将有更多的时间考虑消防管道的布置等其他设计内容，这大大减少了设计人员的工作量，同时也高了设计的精准度。

图5 项目水利计算图的局部截图

[1] GB 50160-2008 石油化工企业设计防火规范[S].

[2] GB 50183-2004 石油天然气工程设计防火规范[S].

[3] 姜文源，黄晓家.自动喷水灭火系统设计手册[M]. 北京: 中国计划出版社, 2002.

[4] GB 50347-2004 干粉灭火系统设计规范[S].

[5] GB 50151-2010 泡沫灭火系统设计规范[S].

TheDiscussionsintoFirefightingDesignofLargeLNGTank

Ying Feng，Meng Xiaofei

(SINOPEC Ningbo Engineering Corporation Co. ltd., Zhejiang, Ningbo, 315103)

The paper discusses the firefighting design of large LNG storage tanks based on the understanding of codes and the design experience of 160 000 m3LNG tank.

LNG；storage tank；firefighting system;firefighting design

2016-01-10

英锋，工程师，2009年毕业于辽宁石油化工大学给水排水专业，目前主要从事给排水消防设计工作。