大型LNG储罐平台防护要点探讨

陈 毅，张凤胜

(1 中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 065000；2 陕西省交通规划设计研究院有限公司，陕西 西安 710065)

近年来，随着国内经济的发展，国内天然气需求量不断增加，LNG业务迅猛发展。同时，得益于进口LNG价格优势及运输成本不断走低的客观条件，促使国内沿海城市大量LNG接收站的布局。而目前，LNG接收站中所设的LNG储罐以预应力混凝土全容罐较为常见，但由于我国LNG业务发展较晚，国内技术标准体系还尚待进一步完善，行业内对于LNG储罐水喷雾系统设计尚不统一，有必要结合实际工程项目经验进行研究探讨。

1 防护对象

水喷雾系统一种通过供水设备供水向防护对象喷射水雾进行防护冷却的系统，其主要利用水雾喷头在一定的水压下将水流分解成细小水雾滴进行防护冷却的。从水雾喷头喷出的雾状水滴粒径细小表面积很大遇火后迅速汽化带走大量的热量使燃烧表面迅速降温燃烧体达到冷却的目的[1]。设于LNG储罐罐上的固定水喷雾系统主要由雨淋阀组、过滤器、管路系统及喷头等组成[2]。

根据GB 51156-2015中第11.3.3条要求：“预应力混凝土全容罐的罐顶泵出口、仪表、阀门、安全阀平台及检修通道处应设置固定水喷雾系统”[3]。根据实际项目经验及需求，目前在预应力混凝土全容罐罐上所设的固定水喷雾系统通常考虑的防护对象为：罐顶泵井平台、设备接口仪表平台、HCV检修平台、罐顶连廊、放空平台及罐壁管带支架等，如图1所示。

而部分学者认为，在预应力混凝土全容罐罐上所设的固定水喷雾系统，还应考虑防护逃生直梯口以及罐壁所设的逃生斜梯。笔者认为，逃生直梯口及罐壁逃生斜梯可不设置固定水喷雾系统，缘由为：一般LNG储罐上均设有电梯，正常情况下维检修人员均可乘坐电梯通行。逃生直梯口及罐壁逃生斜梯仅作为事故应急状态下的逃生通道，若在此通道口(内)设置固定水喷雾系统，水喷雾设施及其在事故时喷出的水雾或会妨碍应急逃生。

另，目前相关规范中未明确要求“罐壁管带支架是否需要设置固定水喷雾系统”，但笔者认为，罐壁管廊带的支架设置固定水喷雾系统是必要的。缘由为：结合近年来LNG储罐火灾事故经验，火灾时对管道支架的影响较大。虽在设计中，罐壁管廊带支架已考虑喷涂防火材料，但罐壁管廊带支架是支撑LNG进出液管带的重要设施，若此处设置固定水喷雾系统，则可协助冷却管带支架，防止管带支架受火灾影响变形甚至管带坍塌，造成更为严重的后果。

2 供给强度

固定水喷雾系统通常可达到三个特定目标，分别为暴露防护、燃烧控制和灭火[4]。但水喷雾并不能用来防护高压射流火灾(喷射火可以将水从被防护对象的表面分开，使水喷雾无效)。根据GB 51156-2015中第11.2.9条要求：“预应力混凝土全容罐罐顶的固定水喷雾系统，检修通道处的供给强度不应小于10.2 L/min·m2，罐顶泵出口、仪表、阀门、安全阀平台的供给强度不应小于10.2 L/min·m2”[3]。但本规范中未对LNG储罐罐壁管廊带支架处的供水强度作出明确要求，笔者认为，罐壁管廊带支架设置固定水喷雾系统主要是为达到暴露防护(直接向被防护对象喷水，以防止由于防护对象加热变形或可燃元件着火)而采取的防护冷却，故参照API 2030的要求，罐壁管廊带支架处的供给强度可取10.2 L/min·m2。

3 系统控制及响应

根据GB50219-2014的要求，固定水喷雾系统应具有自动控制、手动控制及应急机械启动三种控制方式[2]。自动控制时，当LNG储罐罐顶所设的火焰探测器探测到火灾信号后，发出火灾信号至火灾报警控制盘，再经火灾报警控制盘发出的信号开启固定水喷雾系统进水主管上所设的雨淋阀，从而开启固定水喷雾系统并进行冷却。手动控制时，经人工确认火灾后，通过设在在火灾报警控制盘上的远程手动按钮，远程手动开启固定水喷雾系统进水主管上所设的雨淋阀。当采用应急机械启动时，可通过人工手动就地开启雨淋阀上所设的手动球阀，机械开启雨淋阀，从而开启固定水喷雾系统并进行冷却。

在LNG储罐罐上固定水喷雾系统设计中，通常以上三种控制方式均会考虑设置。但在固定水喷雾系统中，还有一个非常重要的要素——响应时间(自启动系统供水设施起，至系统中最不利点水雾喷头喷出水雾的时间[2])较容易被设计人员忽视。因LNG接收站中消防主管网较为庞大，通常主管网的总长度达4 km左右，故需要结合管网的布置考虑水流从消防泵出口流经消防主管网，至LNG储罐罐上固定水喷雾系统最不利喷头的流经时间，一般情况下需要通过水力计算分析，校核固定水喷雾系统响应时间是否满足不大于120 s的要求。

4 设备材料类型选择

通常LNG接收站地处沿海地区，在进行固定水喷雾系统设备及管材确定时，需要关注尤为重要的一点即为预防海洋环境中的盐雾腐蚀。

管材类型选择：目前，在进行固定水喷雾系统设计时，较小的管道考虑采用耐海洋环境盐雾腐蚀的材料，如铜镍合金管、不锈钢管等。对于较大口径的管道，为减少投资费用，采用镀锌管较为普遍。

雨淋阀材质选择：笔者认为，雨淋阀在固定水喷雾系统中起着关键性作用，为保障固定水喷雾系统的可靠性，减少运行期维护费用，可采用耐海洋环境烟雾腐蚀的材料。如，主阀体采用镍铝青铜材质，主要的引压管路采用不锈钢或双向不锈钢材质。

喷头类型的选择：为达到防护冷却效果，设于LNG储罐上的水喷雾喷头通常选择中速水雾喷头。中速水雾喷头采用撞击式使水流雾化，平均雾滴直径为400～600 μm。

5 数字化设计

数字化设计是LNG储罐罐上水喷雾系统安装和运行维护的重要实施手段。LNG储罐罐上水喷雾防护对象较多，且不规则，同时罐上设置的工艺管道及阀门较多，管线系统布置较为复杂。同时，水喷雾系统的管道布置需保证供水压力均衡，且同平台上所设各喷头工作压力的均衡[5]。只有通过三维数字化设计(如图2所示)，才能达到精细化设计，满足现场安装条件，提高安装工程效率，降低工程投资成本，方便运营维护的目的。

在进行数字化设计时，重点内容为梳理各材料规格及执行的标准要求，必要时列出材料等级表，其内容包含：

(1)材料等级名称、材料的设计参数；

(2)管道的管径及壁厚，端面连接型式，材料种类，尺寸标准及及特殊要求；

(3)管件的名称、管径及设计压力，端面连接型式，材料种类，尺寸标准及特殊要求；

(4)法兰及盲板的管径及压力等级，端面连接型式，材料种类，尺寸标准及特殊要求；

(5)阀门的名称及管径，压力等级，端面连接型式，结构型式，阀门的主要材质，尺寸标准，执行机构类型及特殊要求；

(6)管道分支表等。

LNG储罐罐上水喷雾管线系统模型搭建完毕后，需要借用三维数据平台检查管道的错漏碰缺，若模型中存在碰撞，则应及时调配管道布置，避免安装过程中的碰撞问题，方便后期施工图安装。同时，在数字化设计中，主要供水管道应尽量布置在便于运行期维护管理的位置；配水主管应尽量与水流方向一致且对称布置，尽量减少配水支管长度，保证配水均匀。

另外，由于设于LNG储罐罐上的水喷雾系统大多数为镀锌管道(除小管道采用耐海洋烟雾腐蚀材料外)，其采用法兰连接方式较为常见，水喷雾系统模型搭建后，需要将单管图提供给相应管道预制厂家进行预制，且经预制并镀锌后的管道需运至现场根据单管图安装。故需要在三维数字化设计时应重视模型搭建的精细程度，考虑厂家预制及安装方案，方可减少现场安装返工。

6 结 论

LNG储罐罐上所设的固定水喷雾系统较成品油储罐、原油储罐、液化烃储罐的固定水喷雾系统复杂，在实际项目设计中，可借助相关模拟分析软件及数字化建模软件进行分析，不断的总结积累，以便供同类项目借鉴参考、完善相关行业规范、推动行业技术进步。