LNG驳船SPB货罐穹顶被动防火保护

周修龙　付俪静

摘   要：LNG为液化后的天然气，在全球范围内被广泛使用，但是由于管道、设备、阀门等极容易导致LNG发生泄露，严重时会产生火灾和爆炸的危险。因此很多学者研究液化天然气发生火灾的两种防护措施。防护措施分为主动保护和被动保护，本文主要以真实项目EXMAR-FSRU阐述其中的一种被动防火保护方法在液化天然气模块领域的应用。简单介绍SPB货罐穹顶处两种被动防火系统的设计（防火涂层和防火夹克），方便后续类似项目的采用。

关键词：被动防火保护  液化天然气  海洋平台  穹顶

中图分类号：U663                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（c）-0116-02

随着高清洁性和高安全性的液化天然气（LNG）广泛应用，以及运营商对成本和工期的追求，液化天然气模块化钢结构工厂的设计在全球备受青睐。但是在液化天然气使用量增加的同时也增加了LNG钢结构工厂爆炸和火灾潜在危险[1]。海洋平台不同于陆上钢结构工厂，其特殊性导致海洋平台具有一定的危险性，如果出现意外会对平台上的工作人员造成严重的伤害，因此应加强海上平台被动防火系统的研究力度，针对海上平台的实际情况，设计出适宜的防火系统，从而确保海上平台的安全[2]。

被动防火措施的主要价值体现在火灾早期，应对措施主要集中于关闭单元、隔离燃料和火焰、启动固定灭火设备和设置冷却水流的时候。在这个关键时期，如果非防火的管道以及设备支撑由于火灾损害失去强度，它们可能坍塌造成更大的财产损失、密封失效、联结断裂和碳氢化合物泄漏。此外，如果控制线路或者功能线路被损害，则可能导致无法启动紧急隔离阀门、减压导管或无法开启喷水系统[3]。

1  海上平台液化天然气模块被动防火保护系统设计

1.1 背景

海洋平台模块火灾根据燃烧物性质被定义为碳氢类火灾，这类火灾相较于纤维类火灾升温迅速，并伴有剧烈的气流。而碳氢类火又可根据有无爆炸冲击力分为池火和喷射火。

在海工领域，被动防火規范欠缺。目前海工规范只有DNV稍有涉及，其余均参考陆地模块规范设计。因此大多数业主会请专业的第三方机构进行爆炸火灾分析，最终形成火灾爆炸危险分析报告（FERA），提供给船厂进行被动防火保护系统设计。

1.2 目的

海洋平台模块被动防火保护的目的是阻止或延缓火灾造成的严重后果的产生，主要体现在：

（1）阻止火灾从一个区域蔓延到相邻的区域;

（2）保护模块主要结构在规定时间内的完整性;

（3）保护人员逃生至安全区域

1.3 保护范围及对象

模块结构被动防火主要是保护主要平台结构或者设备承重结构，根本目的就是增强平台结构的整体耐火性。在火灾发生时，避免结构迅速升温产生的变形或损坏。在对防护范围进行界定之前需要对目标平台实施爆炸模拟分析，从而准确划分热辐射等级在250kW/m2以上的位置，根据该位置的实际情况，确定需要保护的钢铁结构。

1.4 设计基本要求

在明确防火等级的前提下，如果海上平台发生火灾，被动防火系统在火灾发生后的规定时间内需要满足以下3个方面的要求。

（1）稳定性：火灾或爆炸时，被动防火系统必须具备承受和抵挡爆炸作用的能力，为控制火势和撤离创造宝贵的时间;

（2）完整性：需要对爆炸产生的作用力进行抵挡，规定时间内要求被保护的结构能保持完整性;

（3）隔热性：火灾发生时被动防火系统设施背火面的温度应在规范的要求的限度内。

2  LNG驳船SPB货罐穹顶被动防火系统设计

市场上绝大多数海工模块项目均采用膨胀型环氧涂层进行被动防火保护。但是也有个别区域采用涂层系统不切实际。

本文以Exmar-FSRU项目的SPB罐为例介绍穹顶处两种被动防火设计系统。根据业主提供的FERA报告显示，货罐穹顶处的被动防火等级为J60，所有穿过穹顶的管件需保护至第一法兰脖子处，包括膨胀节、法兰、隔离阀等，这就为使用涂层系统提供难度。

2.1 膨胀型环氧涂层被动防火设计

膨胀型防火涂料遇热后经过化学反应形成膨胀的隔热层，规定时间内阻止火焰蔓延到钢结构表面。

从货罐穹顶处出来的管子会随着货罐一起位移，但是到生产处理模块的管子会固定在结构上，因此在这中间会增加膨胀节（例子中膨胀节垂直位移为100mm，横向位移为55mm，水平位移为45mm）。根据FERA报告显示，此膨胀节也需要进行被动防火保护，但是膨胀节无法直接涂覆涂层。需要在膨胀节外面做一个保护罩，然后将保护罩外层涂覆被动防火涂料。这种设计需要将工装安装在穹顶表面，增加现场施工工作量，直接增大成本。

2.2 防火夹克被动防火设计

防火夹克也称防火罩，是一种新型的广泛运用于石油化工行业管道、设备、阀门等的防火保护措施。它的特点是易于安装和拆卸，方便清洗管道和设备，方便维修保养，可根据防火部位量身定制。

Exmar-FSRU项目中穿出穹顶一直到第一个法兰处的管子全部使用防火夹克代替膨胀型涂料。图1为本项目穹顶处使用防火夹克照片。

3  结语

在海上平台中，火灾是极易发生的危险事故，如果事故控制的效果不佳甚至会出现灾难性的破坏。不仅会造成大量的人员伤亡，还有可能造成原油的大面积泄露。因此，海上平台被动防火系统是极其重要的。需要在实际生产过程中，运用先进的技术手段，选取适宜的防火设施，将火灾对海上平台的危害控制在最低限度。从技术层面分析，上述两种被动防火保护都可行，但是通过对比可以得出在人工、成本方面防火夹克方案较涂层系统优越。

参考文献

[1] 程国栋.膨胀型防火涂料在液化天然气模块化工厂的应用[J].涂料工业，2013.

[2] 高晓蕾.海上平台被动防火系统的设计分析[J].化工管理，2015.

[3] API RP 2218-2010， Fireproofing Practices in Petroleum and Petrochemical Processing Plants.