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LNG儲罐消防設計探討

文檔作者：陳英文檔來源：中國石化洛陽工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年02月06日
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第41卷第l4期
2013年7月
廣州化工
Guangzhou Chemical Industry
V0l_41 No．14
July．2013
LNG儲罐消防設計探討
陳英
(中國石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽471003)
摘 要：根據LNG的火災危險性和LNG全容罐儲罐的設置型式，對儲罐發生事故時各個危險場所的火災性質進行分析，介
紹了LNG儲罐在罐頂各個操作平臺、事故液集液池、安全泄放閥處應采取的相應消防設施情況，并對其水噴霧冷卻系統、高倍數
泡沫混合液系統、干粉滅火系統的設置原則、目的、計算過程及注意事項進行了闡述。
關鍵詞：LNG；全容罐；水噴霧；高倍數；干粉；設計與計算
中圖分類號：X932 文獻標識碼：B 文章編號：1001—9677(2013)14—0164—03
Investigation for Fire Design of LNG Storage Tank
CHEN
(Luoyang Petrochemical Engineering Corporation，SINOPEC，Henan Luoyang 471003，China)
Abstract：Based on the fatalness of LNG and the type of LNG storage tank，fire nature of every dangerous location of
LNG storage tank and introduce corresponding fire equipments were analyzed． The principle and computing process for
water spray cooling system，high—expansion foam solution system and powder system were elaborated．
Key words：LNG；full containment storage tank；water spray；high—expansion foam；powder；design and compute
液化天然氣LNG(Liquefied Natural Gas)是天然氣經壓縮、
冷卻，在一162 oC下液化而成，主要成分由甲烷組成，天然氣
液化后可以大大節約儲運空間和成本，便于專用船泊等運輸；
LNG是一種清潔、高效的能源，其使用有助于實現能源供應多
元化、保障能源安全。
從20世紀90年代起，我國陸續建設了很多液化天然氣設
施，近年又開始進行大型LNG接收站的建設，這些接收站的低
溫LNG儲罐可采用單容罐、雙容罐和全容罐型式。本文將對全
容罐儲罐各個部位采取的不同消防滅火系統的設置和計算進行
詳細闡述。
1 全容罐罐型簡介
圖l 全容罐儲罐設置型式
1．基礎加熱系統；2．基礎；3．罐底保冷；
4．主儲罐(鋼制)；5．柔性保冷密封結構；6．吊頂(保冷)；
7．罐頂(混凝土制)；8．罐壁保冷結構；9．次儲罐(混凝土制)
全容罐由一個儲存液相介質的主儲罐和一個能夠容納主儲
罐泄漏時的全部液體的次儲罐組成，次儲罐能阻止氣相介質的
泄漏，見圖1。
2 LNG火災危險性分析
LNG主要有危險易燃燒、易爆炸的特性：
(1)易燃易爆
LNG屬于液化烴，為甲A類火災危險物質，氣化后的天然
氣屬于甲B類可燃氣體，易燃易爆。其火災特點是：火焰傳播
速度較快，質量燃燒速率大；火焰溫度高、輻射熱強，易形成
大面積火災，具有復燃、復爆性，難于撲滅。
(2)蒸發特性
LNG作為一種沸騰液體儲存在絕熱的儲罐中，任何傳人儲
罐的熱量都將導致一定量液體蒸發而成為氣體，故LNG儲罐設
置了壓力保護安全措施，以防止LNG蒸發導致壓力超限。而儲
罐上設置的安全閥在排出部分超壓氣體至大氣時，安全閥附近
就存在著火災爆炸危險。
(3)溢出與擴散·
當LNG的溫度上升約至一8O℃時，形成了密度小于空氣
的云團并開始向上運動。此時蒸氣云的邊緣易起火爆炸，并且
會迅速向蒸發的液池回火燃燒，造成嚴重的火災爆炸危險。
3 LNG消防滅火系統設置與計算
根據上述分析可知，地上全容式LNG儲罐的各個可能出現
泄漏的平臺、安全閥以及每臺儲罐附近設置的集液池都需要采
取特定的有效冷卻或滅火保護措施。下面以某工程16萬m 地
上全容式LNG儲罐為例，詳細闡述儲罐各不同部位采取的相應
作者簡介：陳英(2003一)，女，工程師，主要從石油化工給排水及消防工作。
第41卷第14期 陳英：LNG儲罐消防設計探討 165
消防設施的設置與計算：
3．1 水噴霧滅火系統
3．1．1 設置場所及目的
全容罐的罐體結構形式決定了整個儲罐僅在其管道進出
口、儀表閥門等處可能產生泄漏，故在儲罐的各個平臺及人行
通道處均需要設置固定式水噴霧設施，用于對其進行冷卻保護
或吹散稀釋該處的泄露物質。整個系統主要由雨淋控制閥、管
道、噴頭、火災報警系統等組成。
3．1．2 消防水量
全容罐的平臺處消防最小供水強度q=20．4 lMmin·m ，
單罐消防水量計算結果見表1。
表1 消防水量計算表
根據表1中得出的單罐消防水量還需要考慮20％ 的風吹和
系統損失量，故單罐設計消防水量Q=1166 m ／h。
3．1．3 管道布置
單罐的所有平臺設計為一個防火保護區域，即設置1根消
防水主管沿罐壁敷設至罐頂，該主管上設置相應的雨淋控制
閥，各個消防水支管再自罐頂總管沿圖2中的平臺敷設，并在
每個平臺投影面上及沿程均勻布置水噴霧噴頭，噴頭的工作壓
力、布置間距及高度應滿足《水噴霧滅火系統設計規范》的要
求。
圖2 LNG儲罐罐頂消防水管道平面布置示意圖
3．1．4 火災報警系統
在LNG儲罐易泄漏處設置低溫探測器，當檢測出有LNG
泄露并經過人工確認后，遙控開啟消防水主管上的雨淋控制
閥，整個水噴霧冷卻系統即處于工作狀態，噴頭相應全部噴
水。
3．2 高倍數泡沫混合液滅火系統
3．2．1 設置場所及目的
每座LNG儲罐均配套設置1間集液池，為了避免泄漏到集
液池內的液化天然氣揮發和著火，各LNG集液池均配套設置固
定式高倍數泡沫混合液滅火系統。采用高倍數泡沫混合液可以
減少和防止蒸汽云形成；著火時雖然高倍數泡沫不能撲滅火，
但是可以降低熱輻射值。整個系統主要由泡沫比例混合器、管
道、高倍數泡沫發生器、火災報警系統組成。
3．2．2 泡沫混合液量
泡沫混合液供給強度為7．2 lMmin·m ，供給時間為
40 min_2 J
。泡沫原液選用3％ 的高倍數泡沫原液，選用發泡倍
數為500倍的高倍數泡沫發生器。
表2 單間集液池泡沫混合液用量計算表
根據表2計算結果，同時考慮到風向對高倍數泡沫混合液
的噴射效果影響很大，在每間集液池的上、下風向分別設置了
1個泡沫產生器，單個額定流量Q=3 lMs。選用高倍數泡沫比
例混合裝置的設計流量Q=6 L／s；泡沫液儲存量V=1 m 。
3．2．3 火災報警系統
每間集液池設置了3個低溫探測器，當有不少于2個探測
器檢測到有LNG泄漏時，則自動開啟相應集液池設置的高倍數
泡沫混合液系統。
3．2．4 注意事項
在確定集液池的池深時，除了考慮液化天然氣本身的泄漏
體積外，還應考慮到泡沫混合液在泄露液體上需要保持一定的
覆蓋厚度，該厚度應不小于0．6 ml2 J，以有效的保護池內的
LNG不至于揮發。
3．3 自動干粉滅火系統
3．3．1 設置場所及目的
LNG儲罐通向大氣的安全閥出口管管口處應設置固定干粉
滅火系統 J。由于LNG泄漏引起的火災多為氣體火災，滅火
時一般需要選用BC類干粉滅火劑。
干粉滅火劑在滅火中承擔的作用：
(1)抑制作用：粉粒可以吸收、消耗火焰中的自由基OH
和H，使其數量急劇減少，從而中斷燃燒的鏈鎖反應，使火焰
熄滅；
(2)稀釋作用：此外可以對燃燒區內氧的濃度有稀釋作
用，有助于滅火。 ．
整個系統主要由干粉罐、氮氣瓶、減壓閥、干粉輸送管道
及噴頭組成。
3．3．2 干粉用量
本文中安全閥處的干粉用量按照局部應用滅火系統計
算 。
3．3．2．1 干粉計算用量
(1)噴嘴設置
罐頂干粉滅火系統擬為16只干粉噴嘴，單個噴頭平均噴
射率q：1 kg／s。
(2)噴嘴保護區域計算
①干粉噴射時間t=60 s。
②干粉計算用量按照下列公式計算：
m=N×Q Xt
計算干粉用量m=960 kg，因此選用ZFP1000干粉滅火系
統。
3．3．2．2 干粉用量校核
采用體積法對上述3．3．2．1的計算結果進行校核：
166 廣州化工 2013年7月
(1)保護對象平面布置見圖3。
圖3 安全閥平面布置圖
(2)假定體積計算
保護長度：L=2．335×3+0．4+2×2=11．405 m (管道間
距：2．335 m；管道直徑：0．4 m；距保護對象距離：2 m)
保護寬度：W=0．4+2×2=4．4 m
保護高度：H=4 m(管口面上下各外擴2 m)
則假定體積：V=200．728 m
(3)干粉計算用量按照下列公式計算：
m = 吼
式中：qv——單位體積的噴射速率，ks／s／m ，取值0．04
計算干粉用量m=482 kg；考慮到管路及系統的剩粉率，
取安全系數k=1．2。則干粉用量最少為578 kg。
3．3．2．3 設計干粉用量
根據上述計算結果，安全閥處設計一次干粉用量采用V=
1000 kg。
3．4 注意事項
干粉滅火系統不同于上述兩個消防系統，不能采取自動聯
鎖開啟工作的運行模式，需要有經驗的人員根據現場的實際情
況來人工判定是否開啟、何時開啟該系統；否則，單純的滅火
看似泄露處已經沒有火源了，實際現場卻仍然源源不絕的泄露
出LNG，結果反而使大氣中局部的LNG濃度增加，加劇了爆炸
的危險性。
4 結 語
國內大型LNG接收站主要建設在近幾年內，儲罐安全閥處
的干粉設計參數取值還沒有形成統一的標準。本文以《干粉滅
火系統設計規范》(GB50347—2004)中的局部應用系統作為計
算依據，但是該規范并沒有針對LNG儲罐安全閥的干粉設計做
具體規定，僅能作為參考執行。國外由于LNG建設較早，同時
又非常重視試驗和數據，所以不少干粉生產廠家能夠提供自家
品牌的干粉在LNG安全閥處較為準確的設計依據，但即便如
此，各家的干粉設計參數取值也不盡相同，則最終計算所需干
粉用量也存在較大差異。
參考文獻
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[S]．北京：中國計劃出版社，2004．
(上接第161頁)
企業排污口的銅含量，同時進行加標回收試驗，分析結果如
表2所示。結果表明：水樣中的銅的回收率在91．0％ 一
104．7％之間，達到質控要求。
表3 污染源水樣中銅的測定
Table 3 Pollution sources on the determination'of copper
in water samples
3 結論
火焰原子分光光度法測定水樣中銅的含量，具有一次消解
樣品、操作簡單、干擾少的特點，其靈敏度高，精密度和準確
度均符合分析質控要求，是較為理想的重金屬分析方法。
參考文獻
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