低温储存LPG罐区的消防设计

郑恒沛

摘要：通过对所执行低温储存LPG罐区项目的介绍，根据国家现行标准规范，结合LPG物理化学性质及其火灾危险性，总结此类项目的消防设计方案。

关键词：液化石油气（LPG）;混凝土全包容罐;火灾;消防系统

引言

2020年中国液化石油气的产量为4448万吨，预计2021年中国液化石油气的产量将达4617.1万吨。可以预见，未来LPG将在我国原料市场占据越来越重要的地位。国家标准以及相关设计手册，均没有对于LPG储罐区的消防系统设计做详细规定。鉴于目前混凝土全包容罐已越来越多，而且日趋成熟。因此本文就参与设计的某LPG罐区的消防系统设计给予论述和总结。

1. 概述

1.1 LPG储罐一般设计为单包容储罐、双包容储罐和全包容储罐。

1.1.1 单包容储罐

单包容罐指的是单壁储罐，或者是由内罐以及外容器合并组成的一种储罐，其内罐的设计以能够很好的储存低温液体以及对低温延展性的要求。并且其外容器的作用是起固定作用以及保护隔热层等作用，同时也能够保持吹扫气体压力等作用。通常情况下，这种储罐的周围会设置围堰以及容纳泄漏出的液体。其单包容储罐可分为：单壁储罐和双壁吊顶罐，还有双壁双拱顶储罐等。

1.1.2 双包容储罐

从设计、建造上使其内外罐都能够单独容纳所储存的低温液体产品的双层储罐。为了有效的控制以及缩小罐内泄漏出的液体所形成液池的范围，通常情况下外罐或者外壁与内罐之间的间隔距离不会超过6m，外罐不能保留泄漏液体所产生的蒸发气体，蒸发气体将在外罐顶部逸出。双包容储罐有可分为：双壁单拱顶储罐和双壁吊顶罐等。

1.1.3 全包容储罐

从设计、建造上使其内外罐都能单独容纳所储存低温液体产品的双层储罐。一般其外罐或外壁和内罐之间的距离在1-2m。其内罐用于正常使用条件下储存低温液体物质，外罐用于储存泄漏的低温液体物质，同时能够存放一定量的蒸发气体，可以控制蒸发气体按计划安全排放。对于全包容储罐，通常有四种：一：其内罐、外罐壁和外罐的穹顶都是金属材质;二：内罐和外罐的穹顶是金属材质，外罐壁是混凝土材质;三：内罐是金属材质，外罐壁和外罐的穹顶是混凝土材质;四：内、外罐壁和外罐的穹顶都是混凝土材质。其中，全包容式混凝土顶罐的优点是：具有混凝土外罐和穹顶，能承受外物的攻击和热辐射，对周边火灾有良好耐受性。即使有事故发生，对设备的控制和物料的输送仍然能继续，这种状况可维持几周，直到设备停车。

2. LPG组成、物理化学性质及火灾爆炸危险性

2.1 LPG组成及各组分的基本性质见表2-1。

2.2 LPG的物理化学特性

LPG的火灾危险性类别为甲类。液化石油气的组成绝大部分是丙烷，天然气或者石油经过加压降温液化即得到液化石油气。液化石油气的储存温度约-42℃。

液化石油气具有低温、易挥发和易燃易爆的特性。人体接触低温的液化石油气易引起冻伤。泄露的液化石油气易挥发，挥发气体与空气的混合物具有爆炸性。

液化石油气的主要组分是丙烷，丙烷是一种无色无味、易燃易爆、比空气重、窒息性的气体。空气中丙烷浓度过高时，人可因缺氧而头疼、呼吸困难，甚至麻醉、昏迷、窒息而死。由于丙烷易燃、易爆且为窒息性气体，当其与空气的混合物达到一定浓度并遇到火源后，就有燃烧爆炸危险;而当其泄漏到操作环境中时，会造成窒息危害。

液化石油气储存、输送过程中的主要危害因素是火灾/爆炸，次要危害包括低温危害、噪声危害、毒性及窒息危害、触电及机械伤害、落水淹溺等。同时由于项目所处的地理环境还存在自然灾害的影响。

3. 本工程消防滅火方案

3.1 工程概况

本次设计的低温储存LPG储罐及其附属设施为项目二期，项目建设地点在龙口港液体化工区，该公司一期工程西侧及南侧，占地面积为150.255 亩。本项目包括1座12万m³低温丙烷储罐（混凝土全容罐，混泥土罐外罐尺寸φ73.4m×37.75m，）及配套的丙烷BOG处理系统、低温丙烷加热系统、新增常温丙烷装车系统等。项目平面布置简图如下（红框内为本项目设计范围）：

3.2 本工程消防灭火方案

根据丙烷的特性，本项目设置了包括室外消火栓、固定式水喷雾系统（丙烷储罐罐顶平台和丙烷装车栈台）、固定式消防水炮、灭火器、火灾报警系统、可燃气体探测系统等消防设施。

3.3 消防灭火系统设计参数

本工程共有1个12万m³的丙烷储罐，储罐为混凝土全包容罐.执行《石油化工企业设计防火标准》（2018年版）GB50160-2008，按其中第8.10.6条规定进行消防水量计算。罐顶操作平台处设置水喷雾系统，平台面积约400㎡。水喷雾系统的供水强度：20L/min.㎡，火灾延续时间：6小时，冷却水用水量480m³/h。考虑喷头的实际布置及选型，单个罐管顶平台的固定冷却水量取600m³/h。

本工程共有一个丙烷装车栈台，执行《水喷雾灭火系统技术规范》GB50219-2014，按其中第3.1.2条规定进行消防水量计算。栈台整体设置水喷雾系统，栈台面积约3100㎡。水喷雾系统的供水强度：9L/min.㎡，火灾延续时间：6小时，冷却用水量1674m³/h。考虑喷头的实际布置及选型，冷却水量取2000m³/h。

本工程移动式消防冷却用水量为：80L/S（即288 m³/h）

本工程同一时间内火灾次数按1 次考虑，最大消防水量发生在丙烷装车栈台，发生火灾时，最大消防用水量为2288m³/h，火灾延续时间按6h计，界区内供水压力不低于0.5MPa。一次最大灭火用水量为13728m³。

因此，本期最大消防用水为2288m³/h，一次最大灭火用水量为13728m³，但是因丙烷罐区要求的消防用水压力较高，所以，消防水系统除了满足一次最大灭火用水量要求外，还需要满足丙烷罐区压力的要求。

3.4 消防泵及消防水罐

一期工程的消防水罐容量能满足本工程一次灭火用水量要求。一期工程消防泵的流量能满足本工程消防用水量的要求，但是消防泵的扬程不能满足丙烷罐消防用水压力需求，需替换原有消防泵，替换后流量为：1350 m³/h，扬程：120m。消防水泵替换后，出水主管分别接两路独立的出水管至原有消防水系统和本期消防水系统，由于水泵压力增大，至原有消防水系统前设置减压阀，以满足原有系统的压力要求，不影响一期系统。水泵更换后，水泵出水局部管路的法兰及阀门的压力等级不满足要求，需更换，更换后系统满足原有消防水系统及本期消防水系统的要求。

3.5 各灭火系统的组成及控制要求

3.5.1 水喷雾消防灭火系统

固定水喷雾系统的主要作用是冷却受火灾热辐射影响的区域及区内设备，防止火势蔓延，包括保护钢结构部件、关键阀或罐、控制燃烧、降低温度、散烟、保护通道。基于以上原則，本项目在丙烷储罐罐顶平台处以及装车栈台处设置固定水喷雾灭火系统，对管道阀门进行保护。该系统具有手动远程控制和应急操作二种控制方式。

3.5.2 室外消火栓

室外消火栓由稳高压消防水系统管网直接供水，选用地上恒压减压型消火栓，距路面边不大于5m，距建筑物外墙不小于5m，离被保护的设备距离不小于15m。消火栓的间距不大于60m。在有可能受到车辆等机械损坏的消火栓周围设置2面（或4面）防护栏。

3.5.3消防水炮

固定式手动消防炮合理布置于罐区易到达处，靠近区内道路。手动消防炮与被保护设备的距离为15m～30m。固定式手动消防水炮最小流量144m3/h，水炮出口压力0.8-1.0Mpa，射程不小于60m，且射高大于45m。水炮出水形式为直流喷雾两用型。消防炮喷射角度：水平喷射角度360°，垂直角度 -30°～70°。

3.5.4消防系统管网

消防给水主管网采用焊接钢管，库区消防给水管网环状布置，当一条管网发生故障时，另一条消防管能通过100%的消防水量，消防管网上设有隔断阀，每两个隔断阀之间不超过5个消火栓。

3.5.5移动式灭火器

本工程在丙烷储罐罐顶平台、丙烷BOG处理区、丙烷增压加热区、火炬区、新增丙烷装车区、营业中心、中心控制室、变配电所、雨淋阀室配置手提式或推车式干粉灭火器，在中心控制室、变配电所中带电设备房间配置手提式二氧化碳灭火器，以利于扑灭初期离散火灾。

3.5.6外部消防

本工程外部消防及应急依托鲁东应急救援中心，鲁东应急救援中心消防应急配置能够满足本项目需要，距离项目所在地约2km，5min可到达救援。

4. 结论

本项目执行的标准是国标GB50160-2008《石油化工企业设计防火标准》（2018年版），未执行企业标准Q/SH0749-2018《液化烃储运工程技术标准》，若按Q/SH0749标准，罐区还需设置集液池及高倍数泡沫灭火系统，罐顶安全阀处宜配置固定式自动干粉灭火装置，并且装车区宜设干粉炮系统。对于丙烷装车栈台的水喷雾系统设计，国内规范并没有要求，本项目是因业主有特别需求，故而设的这个系统。因为目前现有国家标准没有专门针对LPG储运类项目的，很多项目也不遵循企业标准，所以针对此类项目所做的消防方案，应结合当地消防部门、项目审查专家及业主意见，合理选取，以保证消防系统设计的适用性及可靠性。

参考文献：

[1]中投顾问.2021-2025年中国液化石油气（LPG）行业投资分析及前景预测报告[M].深圳：中投产业研究院，2021.