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关于大型LNG罐站消防设计的思考

发表时间：2020/11/18 来源：《基层建设》2020年第22期作者：张涛苟娜娜

[导读] 摘要：结合工程实例，介绍了某大型LNG罐站（单罐容积＞2000m3）项目整体消防设计过程，仅供类似工程项目参考。

        陕西首创天成工程技术有限公司陕西西安 710016
        摘要：结合工程实例，介绍了某大型LNG罐站（单罐容积＞2000m3）项目整体消防设计过程，仅供类似工程项目参考。
        关键词：液化烃；LNG储罐；单容常压储罐；消防；设计
        一、概述
        本项目为大型LNG罐站工程，包括LNG应急调峰站、LNG加气站、CNG常规加气站和调压站。本工程新建1座V0m3（单罐容积＞2000m3）LNG立式单容常压储罐；工程内最大一座建筑为综合楼，建筑面积：3500m2，建筑体积：14000 m3，建筑高度：24 m；
        本项目消防设计过程包括：a、适用性规范；b、确定设计方案；c、系统设计与计算。
        二、适用性规范
        《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2004，目前LNG工厂及储罐的消防设计及审查时，大都以此规范为主要依据。此规范作为本项目消防设计主要参考规范，消防设计（方案）理念严格依据本规范执行。
        《石油化工企业设计防火规范》GB 50160- 2008（2018年版），此规范作为本项目消防设计主要参考规范，消防用水量、供水范围、供给强度以及泵房消防水泵的设置等方面严格依据本规范执行。
        《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版），此规范作为本项目消防设计主要参考规范，以综合楼为例，站内其他建筑等消防设施设计严格按照本规范执行。
        三、消防设计方案的确定
        本项目结合LNG的物性、危险性特征及工程规模等及相关规范，确定了V0m3LNG单容常压罐区以及综合楼消防设计方案。
        a、储罐设置固定式和移动式消防冷却水系统，固定式消防冷却水系统采用水喷淋、水炮型式。
        b、本项目罐组就一台储罐，消防冷却用水量按一台着火罐固定消防冷却用水量及移动消防冷却用水量之和计算。罐顶冷却水供给强度为4L/（min•m2）；罐壁冷却水供给强度为2.5 L/（min•m2）。固定消防水系统的消防水量考虑200m3/h 的余量。储罐区移动式消防冷却水量按45 L/s（162m3/h）考虑。储罐区火灾延续时间按6 h计算。
        c、本项目综合楼设置室、内外消火栓系统，室内消火栓设计流量为15L/s，室外消火栓设计流量25L/s，火灾延续时间2h。
        四、系统设计与计算
        Ⅰ、消防水量计算
        （1）LNG储罐区消防用水量
        储罐区的消防水量包含喷淋用水量、移动水枪用水量及泡沫用水量，计算如下：
        a、储罐喷淋用水量：罐顶表面积为S1m2，罐壁表面积为S2m2，喷淋冷却水量为（S1×4+ S2×2.5）/60=q1 L/s，连续供水时间6h，喷淋冷却水量为V1m3；
        b、移动水枪用水量：q2=45L/s，连续供水时间6h，水枪用水量为972（V2）m3；
        c、泡沫用水量按照两座集液池面积之和（S3）计算，泡沫供应强度按照7.2L／min•m2，则泡沫灭火用水量q3（L/s）=（7.2L／min•m2×S3m2）/60，泡沫混合比按0.03，泡沫用水时间按1小时计算，则泡沫灭火水量为V3=3.6×q3×0.97m3；
        消防用水考虑200m3/h（q4=55.56 L/s）的余量，用水时间6小时，消防用水量为1200（V4）m3；
        综上，储罐区一次消防总用水量为V=（V1+ V2+ V3+ V4）m3。
        （2）辅助区域消防用水量
        本项目依最大一座建筑物（综合楼）消防水量计算，根据《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018年版），综合楼应设置室内消火栓系统、室外消火栓系统。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014，室内消火栓设计流量为15L/s，室外消火栓设计流量25L/s，火灾延续时间2h；建筑消防总用水量为288m3。
        站区总用地面积小于100hm2，根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014第3.1.1条，本项目消防用水量按最大一处一次用水量确定，即LNG储罐区一次消防用水量，即Vm3。

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        Ⅱ、消防给水系统设计
        全厂设置稳高压消防给水系统。根据消防水量计算，需建有效容积为V/2m3消防水池两座。消防水泵采用自灌式引水系统，设计选用两台电动消防泵作为主泵，两台柴油消防泵作为备用泵；并配有立式增压稳压设备一套，平时由稳压系统维持系统压力，火灾时由消防主泵根据管网压力变化自动向系统加压供水。消防给水埋地管网在站内环状敷设，环状管道用阀门分成若干独立管段。
        由于工艺装置区、罐区可燃气体量大，且属高大设备群，结合实际情况，在罐区四周设置消防水炮保护，在储罐上设置固定喷淋装置。储罐区及工艺装置区周围设置PS40型消防水炮，作辅助消防用。LNG储罐固定喷淋喷头采用ZSTWC型中速水雾喷头，喷淋冷却环管设置在LNG储罐上方，喷淋给水管从消防环网接入，喷淋给水管设置过滤器及电磁控制阀门，电磁控制阀在正常状态为常闭阀门，当需要冷却储罐时，阀门开启。
        室外消火栓采用防撞减压稳压地上式消火栓，每个消火栓配置有消火栓箱一个，箱内有Φ19水枪两支，长度25m有衬里消防水带两条。室内消火栓采用减压稳压消火栓，设置在单栓室内消火栓箱，箱内配备箱内有Φ19水枪两支，长度25m有衬里消防水带两条。
        消防室内外架空管道采用热镀锌钢管，执行标准为《低压流体输送用焊接钢管》GB/T 3091-2015，当管道DN≥50时，采用卡箍连接，当管道DN＜50时，采用螺纹连接；室外埋地消防管道的采用钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管，执行标准为《钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管材及管件》CJ/T 189-2007，管道采用电熔承插连接。
        Ⅲ、泡沫混合液供应系统设计
        根据消防要求，为控制罐区液化天然气流淌火灾，减少和防止蒸气云形成，需在罐区集液池设置高倍数泡沫发生器，事故状态时，隔绝空气灭火。高倍数泡沫灭火系统采用局部应用式系统，主要由泡沫发生器、泡沫混合液管网、混合器、泡沫原液罐等组成。本项目设置压力式空气泡沫比例混合装置一台，每个集液池设置两只PFS4（固定型）高倍数泡沫发生器。泡沫混合液制备采用压力式，混合比为3%，采用高倍数泡沫液。其性能为泡沫混合液供给量q3L/s，混合液出口压力0.6MPa，采用稳高压消防给水系统作为比例混合器的压力水，水进口压力0.6-1.2MPa。
        泡沫混合液管道采用热镀锌钢管，沟槽卡箍连接。管材执行标准为《低压流体输送用焊接钢管》GB/T 3091-2015，管道外壁防腐采用聚乙烯胶粘带防腐层。
        Ⅳ、干粉灭火系统设计
        根据《石油天然气工程设计防火规范》GB 50183-2004规范10.4.7要求，在液化天然气储罐直通大气的安全阀出口管处应设固定干粉灭火系统。本项目采用ZFP型贮瓶式干粉灭火系统装置，干粉灭火系统装置设置在罐顶平台处，固定干粉喷头设置于储罐直通大气的安全阀出口管处。
        五、消防冷却给水系统组成及控制方式
        消防冷却给水系统由消防水泵、消防水池、消防给水管网、带架水枪、消火栓、储罐喷淋装置组成。消防给水系统可通过压力自动启动消防水泵，也可在事故状态下，采取人工手动控制方式，即在发生火灾时，由泄漏探测报警装置将信息传递给消防控制室，人工通过水泵控制柜开启水泵，或由现场人员通过远程控制按扭启动消防水泵，向贮罐、工艺设备、建筑物喷水冷却、灭火。
        六、结论
        由于国内LNG行业正处于发展中趋势，有关LNG生产、储存和装运类工程的消防设计规范并不健全，目前国内有关此类工程设计的理念及思路大多都参考国际标准，因此设计过程存在很多理解上的分歧。本文仅结合工程设计实例，对大型LNG罐站消防系统的设计思路及计算进行介绍，以使消防系统的设计更安全可靠、经济实用，供同行参考。
        参考文献：
        [1] 中华人民共和国住房和城乡建设部，建筑设计防火规范：GB50016-2014（2018年版）[S]，北京：中国计划出版社，2019
        [2] 中国石油天然气集团公司，中华人民共和国公安部，石油天然气工程设计防火规范：GB50183-2004[S]，北京：中国计划出版社，2005
        [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部，石油化工企业设计防火规范：GB50160-2008（2018年版）[S]，北京：中国计划出版社，2019
        [4] 全国石油天然气标准化技术委员会液化天然气分技术委员会，液化天然气（LNG）生产、储存和装运：GB 20368-2012 [S]，北京：中国标准出版社，2013
        [5] 中华人民共和国建设部，城镇燃气设计规范：GB 50028-2006（2020年版）[S]，北京：中国建筑工业出版社，2020
        [6] 中华人民共和国住房和城乡建设部，汽车加油加气站设计与施工规范：GB 50156-2012（2014年版）[S]，北京：中国计划出版社，2014
        [7] 张伟方，LNG全冷冻式储罐区的消防设计方案探讨[J]，新煤化工设计院（上海）有限公司，工业用水与废水，2016