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城镇LNG厂站消防设计探讨

作者:邴守启 陈伟仲 孙明烨 马巍 刘芃  来源:北京市煤气热力工程设计院有限公司 中国石油天然气管道工程有限公司 
评论: 更新日期:2017年04月06日

 

摘 要:结合GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》、GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》、GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》、GB/T 20368—2012《液化天然气(LNG)生产、储存和装运》和GB/T 22724—2008《液化天然气设备与安装陆上装置设计》5项规范,对城镇LNG厂站的消防用水量、固定消防冷却的设置、高倍数泡沫灭火系统和干粉灭火系统进行探讨。
关键词:液化天然气; 厂站; 消防冷却; 灭火设施; 高倍数泡沫灭火; 干粉灭火
Discussion on Fire Protection Design for LNG Station in Towns
AbstractThe fire protection water consunlption,fixed fire protection cooling layout,high-expansion foam fire extinguishing systems and dry-powder fire extinguishing systems of LNG stations in towns are discussed based on Code for Design of City Gas Engineering(GB 50028—2006),Code for Fire Protection Design of Petroleum and Natural Gas Engineering(GB 50183—2004),Fire Prevention Code of Petrochemical Enterprise Design(GB 50160—2008),Production,Storage and Handling of Liquefied Natural Gas(GB/T 20368—2012)and Installation and Equipment for Liquefied Natural Gas-Design of Onshore Installations(GB/T 22724—2008).
Keywords1iquefied natural gas;station;fire protection cooling;fire extinguishing facility;high-expansion foam fire extinguishing;dry-powder fire extinguishing
 
1 概述
城镇LNG厂站消防设计的主要依据是GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》(以下简称《燃规》),但《燃规》中对于LNG厂站消防的篇幅较少,内容不尽完善,国内目前也尚未出台专门针对LNG生产、储存的消防标准规范[1],给LNG厂站的消防设计带来了一定的困难。
本文针对《燃规》中LNG厂站消防的部分条文,结合国内与LNG消防相关的四项规范——GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》(以下简称《石油规》)、GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》(以下简称《石化规》)、GB/T 20368—2012《液化天然气(LNG)生产、储存和装运》(以下简称《生产、储存和装运》,采用NFPA59A:2009)、GB/T 22724—2008《液化天然气设备与安装陆上装置设计》(以下简称《设备与安装》,等同BSEN 1473—1997),分析实际工程中遇到的问题,对即将修订的《燃规》提出笔者的建议,希望能使《燃规》的LNG消防部分更加完善,更好地指导设计。
2 消防用水量
①储罐消防用水量
《燃规》第9.5.1条对LNG储罐消防用水量作出了规定:“液化天然气储罐消防用水量应按其储罐固定喷淋装置和水枪用水量之和计算”。对于水枪用水量,几项规范的要求基本相同,设计中也没有异议;而储罐固定喷淋的水量大,对于供水强度的选取,设计人员间争议较大,表1是不同规范中液化天然气及液化石油气储罐喷淋水量的对比。
 
从表1可以看出,国内规范中对LNG储罐喷淋水量的规定参考了对LPG储罐的要求,但从燃点、爆炸极限、气体密度、热辐射等几个方面比较,LNG的火灾爆炸危险性低于LPG[2]。由于水既不能控制也不能扑灭LNG池火,LNG与水接触后,还会加速其气化,因此国外规范对消防用水量没有硬性规定,要根据工程实际情况确定。
近些年,城镇LNG厂站的储存规模不断扩大,特别是子母罐的使用,使按《燃规》计算的储罐喷淋水量很大。由于城镇LNG厂站中使用的储罐基本上采用双层金属罐的形式,内外罐间填充珠光砂等绝热材料,内罐中的LNG不易受外界温度影响[3],因此《燃规》修订时应考虑对于城镇LNG储罐喷淋用水量是否可适当降低标准,并可参考《石化规》,根据储罐的不同形式,供水范围、供水强度也区分对待。这样在保证LNG储罐消防安全的同时,也能降低城镇LNG厂站的占地和造价,有利于LNG技术的发展。
②消防余量
《燃规》中没有规定LNG厂站的消防余量,消防给水设计的母规范GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》中也没有消防余量的概念。但《石油规》第10.4.5条要求液化天然气厂站的“固定消防水系统的消防水量应以最大可能出现单一事故设计水量,并考虑200m3/h余量后确定”,《生产、储存和装运》第12.4.2条规定消防余量为63L/s,《设备与安装》中第13.2.3条规定消防余量为100L/s。对于城镇LNG厂站的消防设计是否需考虑消防余量,消防余量如何选取,还望《燃规》修订时能给予明确。
3 固定消防冷却的设置
《燃规》第9.5.2条规定:“液化天然气立式储罐固定喷淋装置应在罐体上部和罐顶均匀分布”。对此条文,笔者的理解为:LNG储罐顶部存在气体层,容易受到外界温度影响,火灾时需要冷却降温;另外,LNG的主要成分是甲烷,相对分子质量小,燃烧时储罐不会出现碳沉积的现象,喷淋冷却水可形成水膜后沿罐壁流下,对罐壁也有一定冷却作用。但问题是储罐喷淋用水量是按罐体全表面积计算的,并没有区分罐顶和罐壁,且供水强度较大。因此,只在罐顶及上部布置喷淋,是没办法保证规范对罐体中下部的冷却水供水强度要求的;由于整个罐体的冷却水量都要由上部的喷雾头分配,使得环管喷雾头布置过密,或不得不选用非常规的大流量系数喷雾头。
固定消防水炮在城镇LNG厂站内已经非常普遍,但《燃规》中并没有相关规定,许多设计人员将其与室外消火栓一并归为水枪用水,这是不恰当的。《燃规》第9.5.1条规定,当储罐总容积≤200m3且单罐容积≤50m3时,水枪用水量为20L/s;当储罐总容积>200m3或单罐容积>50m3时,水枪用水量为30L/s。而单台消防水炮的出水量一般为30~50L/s,如按水枪用水分配水量,满足1台消防水炮都比较困难。
从美国《石油化工厂防火手册》介绍的火灾案例来看,水炮能起到冷却作用,且操作灵活,采用开花形式可对罐壁全面冷却,直流形式可对重点部位集中冷却。因此,《石化规》将固定式水炮和喷淋环管都作为对罐壁冷却的固定消防冷却设施。综上所述,喷淋环管加固定消防炮的冷却形式适合于LNG厂站,储罐罐顶和上部由固定喷雾头保护,储罐中下部由消防水炮保护,固定喷雾头与消防水炮共同分配储罐固定冷却用水量。
4 高倍数泡沫灭火系统
《燃规》第9.1.1条规定液化天然气总储存容积不大于2000m3的供应站为适用范围,未提及高倍数泡沫灭火系统。《石油规》中第10.4.6条规定,液化天然气储罐总容量大于或等于3000m3的厂站,集液池应配固定式全淹没高倍数泡沫灭火系统。《设备与安装》第13.2.6条认为LNG的拦蓄区和集液池应配泡沫发生器。
城镇LNG厂站设置高倍数泡沫灭火系统有两个目的:一是当LNG泄漏尚未着火时,用高倍数泡沫将其覆盖,可阻止蒸气云的形成;二是当着火后,覆盖高倍数泡沫控制火灾,降低辐射热,以保护其他相邻设备。高倍数泡沫因会快速烧毁以及需维持1m以上厚度,限制了其应用,但在城镇LNG厂站的集液池中广泛采用。高倍数泡沫发生器与集液池潜污泵、低温探测器连锁,发生泄漏时,集液池低温探测器报警,关闭潜污泵电源,并联动开启高倍数泡沫发生器供水系统,喷出泡沫覆盖集液池中的LNG泄漏液体。
5 干粉灭火系统
《燃规》中也无对干粉灭火系统的要求,《石油规》中第10.4.7条规定:“扑救液化天然气储罐区和工艺装置内可燃气体、可燃液体的泄漏火灾,宜采用干粉灭火。需要重点保护的液化天然气储罐通向大气的安全阀出口管应设置固定干粉灭火系统。”
《设备与安装》第13.2.8条规定:“宜采用干粉扑灭LNG火灾。为扑灭LNG池火,应将干粉喷洒在液体表面上,不应让干粉撞击液体表面或与其混合。若干粉与液体表面混合,会加快气化而不能扑灭火灾。”为有效扑灭LNG火灾,干粉应即时覆盖所有着火区,否则LNG池火残余的火焰,会将已扑灭的部分重新点燃。干粉灭火系统应靠近装卸区、LNG泵、蒸发气压缩机、LNG气化器及其他LNG可能泄漏处。
国内工程中,一般在LNG储罐、BOG储罐、管道安全阀等气体放空部位设置局部干粉灭火装置,一旦排出的气体被点燃,可以自动释放干粉灭火,避免事故扩大造成危险。对于扑灭液池火灾,还需《燃规》订编时进一步明确。
6 结语
对于液化天然气火灾,应以控火为主要任务,而不是灭火。厂站灭火设施中只有干粉有一定的灭火作用,水和高倍数泡沫主要用来降低热辐射量,消防水如果应用不当,还有可能对火灾控制产生负面影响[4]。因此,储罐发生火灾时,就让它燃烧并关闭泄漏源,同时冷却受火灾热辐射影响的邻近设备,防止火灾蔓延。城镇LNG厂站的消防设计应基于这一理念,才能使消防系统更加合理,在火灾时发挥应有的作用。
 
参考文献:
[1]李宁宁.LNG接收站消防系统设计初探[J].消防科学与技术,2012,31(6):623-625.
[2]周春.LNG汽车加气站的消防设计方案[J].煤气与热力,2010,30(1):A39-A41.
[3]黄增.城镇中小型LNG气化站罐区消防设计[J].煤气与热力,2007,27(4):22-24.
[4]王蕾,李帆.LNG气化站的安全设计[J].煤气与热力,2005,25(6):30-33.
 
 
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