淺談北城LNG應急調(diào)峰氣源工程消防設計

陳剛，肖云江，楊笑琴

（1.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074；

2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230001）

1 液化天然氣溢出性質(zhì)

當LNG傾倒至地面上時（例如事故溢出），最初會猛烈沸騰，然后蒸發(fā)速率將迅速衰減至一個固定值，該值取決于地面的熱性質(zhì)和周圍空氣供熱情況。當溢出發(fā)生在水上時，水中的對流非常強烈，足以使所涉及范圍內(nèi)的蒸發(fā)速率保持不變。LNG的溢出范圍將不斷擴展，直到氣體的蒸發(fā)總量等于泄漏產(chǎn)生的液態(tài)氣體總量。最初蒸發(fā)氣體的溫度幾乎與LNG的溫度一樣，其密度比周圍空氣的密度大。這種氣體首先沿地面上的一個層面流動，直到氣體從大氣中吸熱升溫后為止。

2 消防系統(tǒng)設計

2.1 總圖消防設計

本站總圖設計參照《建筑設計消防規(guī)范》、《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》等規(guī)范的要求和規(guī)定執(zhí)行,合理規(guī)劃LNG應急氣源站各功能分區(qū)，使總圖設計在滿足安全生產(chǎn)的條件下，做到節(jié)約用地、降低能耗、節(jié)省投資、保護環(huán)境。

本設計中生產(chǎn)區(qū)四周設有4m寬環(huán)形消防通道，在北側(cè)生產(chǎn)區(qū)和辦公區(qū)各設一個對外出入口，大門采用電動推拉大門，站區(qū)西北側(cè)設一消防水池。

2.2 給排水消防設計

2.2.1 消防用水量設計

2.2.1.1 LNG儲罐噴淋消防用水量

本工程室外消防保護對象為有效容積10000m3液化天然氣（LNG）低溫常壓儲罐，儲罐為常壓儲罐。參照《液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲存和裝運》（GB/T20368-2006）和《 石油天然氣工程設計消防規(guī)范》（GB 50183-2004）的相關(guān)規(guī)定，本LNG常壓低溫儲罐固定式消防冷卻系統(tǒng)參照《石油天然氣工程設計消防規(guī)范》第8.5.5條全冷凍式液化石油氣儲罐的噴淋強度執(zhí)行。因此，LNG儲罐的冷卻噴淋強度采用罐頂 4L/mim·m2,罐壁2L/mim·m2。 LNG罐的消防冷卻水量為106L/s。

2.2.1.2 LNG儲罐區(qū)輔助水槍和水炮用水量

根據(jù)《石油天然氣工程設計消防規(guī)范》（GB50183-2004）第8.5.6條規(guī)定，本10000m3液化天然氣（LNG）低溫儲罐區(qū)輔助消防用水量為45L/s。

2.2.1.3 LNG儲罐區(qū)消防富裕水量

根據(jù)《石油天然氣工程設計消防規(guī)范》（GB50183-2004）第10.4.5條規(guī)定，本10000m3液化天然氣（LNG）低溫儲罐區(qū)為消防用水考慮富裕量為56L/s。

2.2.1.4 消防用水總量

本10000m3液化天然氣（LNG）低溫儲罐區(qū)消防用水總量采用儲罐噴淋用水量、輔助水槍用水量、富裕量之和確定，為207L/s。

2.2.1.5 消防延續(xù)時間

本LNG常壓低溫儲罐固定式消防冷卻系統(tǒng)參照《石油天然氣工程設計消防規(guī)范》第8.5.5條全冷凍式液化石油氣儲罐的噴淋強度執(zhí)行，消防延續(xù)時間按第8.5.7條確定為6h。

2.2.1.6 消防延續(xù)時間內(nèi)總用水量

消防用水量為207L/s，消防延續(xù)時間為6h，因此消防總需水量為4471m3。

2.2.2 消防水池

本工程建設一個5000m3消防水池儲水，采用站外合水路上的城市自來水管線補充供水。供水壓力0.4MPa，供水管徑DN100。

2.2.3 消防水泵房

消防水泵房采用半地下式，消防泵采用自灌式進水。消防水泵房內(nèi)出水干管上設置安裝有持壓卸壓閥管道，防止管網(wǎng)系統(tǒng)超壓。同時，設置系統(tǒng)試驗排水管道，用于水泵定時啟泵試驗。根據(jù)《石油天然氣工程設計消防規(guī)范》（GB50183-2004）第9.1.1條規(guī)定，本工程LNG常壓低溫儲罐區(qū)內(nèi)電源供給不能保證該條款內(nèi)一級負荷的要求，因此本工程消防泵采用消防電泵和柴油機消防泵組合的方式。

本工程消防電泵采用Q=100L/s，H=120m，N=132kW，共3臺，消防時全開。本工程柴油機驅(qū)動消防泵采用Q=200L/s，H=110m，N=332kW，共2臺，柴油機油箱儲備消防6h用油量。

2.2.4 消防管網(wǎng)

廠區(qū)內(nèi)消防管網(wǎng)成環(huán)狀布置，管徑DN350，在管網(wǎng)上設置8個SS100-1.6室外地消火栓并配置室外消火栓箱（內(nèi)置消防水龍帶及水槍）。管材為鋼管，地下消防水管線環(huán)繞各功能區(qū)周圍。消防水管線上按適合距離布置消火栓、消防水炮及其他消防設施。生產(chǎn)區(qū)消火栓間距不大于60m。消防水管線上設置切斷閥，以保證某處消防水管線出現(xiàn)問題，不至于影響整個消防管網(wǎng)的使用，切斷閥設置在每個消火栓之間，在任何時間均可單側(cè)切斷消防管網(wǎng)。

2.3 工藝消防設計

①工藝管線布置與總平面、豎向設計統(tǒng)一考慮，線路力求最短，管線之間、管線與構(gòu)筑物之間在平面和豎向上相互協(xié)調(diào)，緊湊合理。

②低溫管材采用奧氏體不銹鋼（06Cr19Ni10），滿足耐低溫性能，焊接性能良好。

③配管設計限制液化天然氣、天然氣管內(nèi)流速，減小管道靜電聚集。

④工藝管道除必須采用法蘭連接外，盡可能采用焊接連接。

⑤低溫管道做保冷處理，常溫架空管道采用防腐漆防腐。⑥管道局部設補償，消除管道應力。

⑦低溫管道和常溫管道閥門、法蘭、管件、墊片、螺栓等管道器材滿足設計壓力、設計溫度要求。

⑧工藝管線設置緊急切斷閥、安全閥滿足事故狀況下的緊急切斷、安全放散要求。

⑨工藝管道手動放散設置滿足管道事故檢修要求。

⑩工藝管道壓力顯示及遠傳和溫度顯示及遠傳滿足工藝需要。

?管道支架合理設計，部分適應管道變形，便于應力傳遞；部分限制管道應力傳遞；管道支架及管托設耐火保護。

?站內(nèi)設備均設有低溫聯(lián)鎖切斷閥和安全閥，當設備運行參數(shù)低于設定值時，自動關(guān)閉有關(guān)設備。

2.4 電氣消防設計

2.4.1 供電系統(tǒng)

本工程用電負荷按照《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》及對工藝生產(chǎn)重要性的要求，規(guī)定本工程的用電負荷為二級。由市政提供兩路電源供電，兩路電源一用一備，并在自動切換。

2.4.2 爆炸及火災危險環(huán)境內(nèi)電氣設備選型

本工程站內(nèi)的天然氣的儲存裝置區(qū)、工藝裝置區(qū)、裝卸區(qū)均為有爆炸危險環(huán)境的場所，依據(jù)《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合燃氣工程運行介質(zhì)的特性、工藝過程特征、運行經(jīng)驗及釋放源等因素，以上區(qū)域內(nèi)非封閉建構(gòu)筑物場所為爆炸危險環(huán)境中的“二區(qū)”場所。在有爆炸危險環(huán)境的場所，其電氣設備的選型依據(jù)《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》的要求，選用相應的隔爆型設備。

2.4.3 防雷及接地裝置的設計

依據(jù)《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》、《建筑物防雷設計規(guī)范》的規(guī)定，本工程站內(nèi)的爆炸危險環(huán)境的場所的設施，例如天然氣儲存裝置、工藝裝置裝置、天然氣裝卸裝置，屬于“第二類防雷建構(gòu)筑物”，其防雷、接地的設計嚴格按照以上規(guī)范的規(guī)定進行設計，其接地電阻設計要求為10Ω。

其它生產(chǎn)輔助建構(gòu)筑物，依照《建筑物防雷設計規(guī)范》的規(guī)定，根據(jù)當?shù)貧庀笸寥拉h(huán)境、使用性質(zhì)及重要性，確定建構(gòu)筑物的防雷類別，設計時采用符合規(guī)范規(guī)定的相應的防雷及接地方式。

2.5 儀表消防設計

儀控系統(tǒng)設計范圍包括：集散控制系統(tǒng)（DCS）、緊急停車控制以及切合工藝要求的高精確度儀表（包括LNG出站裝車計量、分析儀、溫度、壓力、阻力、流量等）等。該儀控系統(tǒng)采用就地控制和中控室DCS控制相結(jié)合的原則，重要工藝參數(shù)的顯示、控制、報警、邏輯聯(lián)鎖保護控制均由DCS系統(tǒng)完成。當生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時，實施緊急停車控制發(fā)出保護聯(lián)鎖信號，對現(xiàn)場設備進行安全保護?；馂南缊缶翱扇細怏w泄露報警信號均送入火氣控制系統(tǒng)（FGS）聯(lián)鎖起動相關(guān)的消防設備；另外還配備了數(shù)個攝像頭，對全站范圍內(nèi)生產(chǎn)及保安監(jiān)測點進行直觀圖像觀察的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）。

3 結(jié) 論

本工程嚴格進行火災危險性分類，總圖合理布置，充分保證安全消防間距，合理設置消防車道，建筑上按耐火等級和防爆要求嚴格執(zhí)行規(guī)范；消防設施配置齊全，功能完善；電氣儀表設計按防爆要求進行。所以，本工程消防設計是安全可靠的。