LNG接收站消防系統(tǒng)存在的問題及優(yōu)化探討

崔婧

國家管網集團大連液化天然氣有限公司

LNG接收站作為中國海上天然氣進口通道在近20 年發(fā)展十分迅速，目前已建成投產LNG 接收站22 座。但是作為新興行業(yè)，LNG 接收站的安全建設和安全運行經驗尚淺，在制定相關規(guī)范和制度時多以國外標準作為參考，在國內還沒有形成系統(tǒng)性的規(guī)范性標準。而LNG 接收站作為LNG 接卸、儲存、增壓和氣化的場所，其物料的變化性和自身的特點決定了在工藝生產運行中存在較大的安全隱患，這對消防安全設計和管理提出了更高的要求[1-3]。

LNG接收站在消防設計上一般按照國內相關標準，結合國外LNG 接收站設計規(guī)范進行設計，基本考慮了LNG 作為一種低溫液體，其溫度極低，氣液膨脹比大，易于與空氣形成爆炸性混合物等物料變化情況和物料本身的特性[4-5]。雖然LNG 接收站消防系統(tǒng)在設計之初考慮了相關區(qū)域事故、事件發(fā)生后的檢測和處理，但是在運行過程中仍存在一些常見問題需要優(yōu)化。結合大連LNG 接收站工藝運行中的消防系統(tǒng)問題進行優(yōu)化探討，旨在提升LNG接收站的消防設計和管理水平。

1 LNG接收站工藝流程概況

目前國內LNG接收站所采用的工藝主要如圖1所示，LNG 船抵達接收站碼頭后，LNG 經船上卸料泵增壓，通過LNG 卸料臂進入接收站的LNG 儲罐內。在LNG 卸船期間，由于熱量的傳入和儲罐氣相空間的變化，儲罐內將會產生大量蒸發(fā)氣。產生的蒸發(fā)氣一部分通過氣相返回管線，氣相料返回至LNG 運輸船船艙，以平衡船艙內的壓力；另一部分通過BOG 壓縮機增壓進入再冷凝器冷凝后，與外輸的LNG 一起經高壓輸出泵、氣化器外輸。罐內LNG 經低壓輸送泵增壓后分兩股外輸：一部分與再冷凝器冷凝后的LNG 一起經高壓輸出泵增壓后，利用氣化器（ORV 或SCV）使LNG 氣化成天然氣，計量后輸至輸氣干線；另一部分LNG 輸至槽車裝車站，經槽車裝車臂卸入LNG 運輸槽車[6-8]。

圖1 LNG接收站工藝流程簡圖Fig.1 Schematic diagram of LNG terminal process flow

2 運行中潛在危險及消防處置方法

2.1 LNG泄漏及消防處置

根據工藝流程的描述以及LNG 物料的特性，LNG接收站在運行過程中潛在危險最多、最普遍的是LNG 的泄漏及產生的火災爆炸，LNG 泄漏可能對人體產生以下危害：①局部凍傷，如低溫凍傷、霜凍傷；②一般凍傷，如體溫過低，肺部凍傷；③窒息；④如果蒸氣云被點燃，還存在熱輻射的危險[9-10]。

LNG接收站在投產試運過程中，由于管線、閥門以及設備從熱態(tài)到冷態(tài)的變化，容易造成法蘭、閥門、設備管線接口等應力集中處發(fā)生LNG 泄漏。LNG接收站在運行過程中，LNG槽車充裝連接處和卸料臂連接處是最容易發(fā)生LNG 泄漏的位置，大連LNG 接收站在運行前期的接卸船過程中發(fā)生過多次卸料臂連接處LNG 泄漏。此外，高、低壓分界上的閥門和高壓管線上的閥門由于動作頻繁和填料的老化也容易造成LNG 泄漏；管線打開施工過程中能量隔離不到位也容易造成LNG 泄漏。北海接收站2020 年11 月2 日泄漏著火事故是典型的能量隔離失誤造成LNG 泄漏并引起著火的事故。

在LNG 接收站消防設計中主要針對可能出現泄漏的法蘭連接處等設置了低溫探測設備、可燃氣探測設備、火焰探測設備、干粉滅火系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、高倍數泡沫系統(tǒng)等一些列消防設備設施，盡量做到早發(fā)現，早處理，降低事故損失程度。

2.2 LNG儲罐分層翻滾及消防處置

LNG 儲罐的分層翻滾一般是由于儲罐中LNG不同的組成和密度引起分層，分層間的傳質和傳熱突然迅速混合會在短時間內產生大量氣體，導致儲罐壓力徒增，甚至頂開安全閥或破壞罐體，從而導致大量LNG噴出罐外，危險性很大[11-12]。

LNG儲罐分層翻滾屬于小概率事件，一般只要嚴格按照工藝要求操作，不會發(fā)生此類事故，但是國外運行60 年間仍有LNG 接收站發(fā)生過類似事故，因此國內LNG 接收站在設計和運行過程中有明確的要求。LNG接收站消防設計也考慮了發(fā)生后的應對措施，在儲罐頂部設置了干粉滅火系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)等消防設備設施，一旦發(fā)生事故需立即啟動消防設施。

3 消防系統(tǒng)運行中的問題

3.1 LNG泄漏檢測方面

根據LNG 接收站運行特點，LNG 泄漏主要可能發(fā)生在卸料臂對接處、槽車充裝對接處以及一些法蘭對接和閥門填料處。但是在消防設計時，LNG低溫探測設備僅僅設置在碼頭、儲罐區(qū)域法蘭連接處底部和LNG 泄漏收集池處。根據國內LNG 接收站運行十多年的經驗，發(fā)生閥門填料泄漏最多的是在高壓泵出口閥門處，管線連接處發(fā)生泄漏最多的是卸料臂對接處。這些位置發(fā)生泄漏后，一般都是依靠操作人員的巡檢才得以發(fā)現，并未在第一時間做到早期處理，存在一定的安全隱患。

3.2 高壓區(qū)域滅火系統(tǒng)設置

LNG接收站一般在碼頭區(qū)域、儲罐區(qū)域和槽車區(qū)域設置干粉滅火系統(tǒng)，當LNG 泄漏著火時利用干粉系統(tǒng)進行滅火。但是根據LNG 接收站的運行經驗，發(fā)生LNG 泄漏最為頻繁的位置為高低壓分界區(qū)域的閥門，而在高壓泵區(qū)域和氣化器區(qū)域僅僅設置了火焰探測等消防設備，沒有設置相應的干粉滅火系統(tǒng)。因此建議在高壓區(qū)域設置一套干粉系統(tǒng)，以便于在高壓區(qū)域發(fā)生火災時及時滅火。

3.3 消防地下水管線腐蝕問題

大連LNG接收站經過9年多的運行后，在2014至2016 年期間，接收站埋地水管線在運行過程中因管線局部損壞造成17 次不同程度的管線泄漏，其中消防地下水管線泄漏14 次，接收站外市政供水管線泄漏2 次，綜合樓埋地水管線泄漏1 次。埋地水管線的泄漏不僅造成淡水損耗的增加，而且直接影響著接收站的運行安全，尤其是消防管網的泄漏給消防管理帶來巨大的挑戰(zhàn)和壓力。

4 消防系統(tǒng)優(yōu)化

4.1 優(yōu)化預防監(jiān)測措施

大連LNG 接收站消防設計按照碼頭和接收站內同一時間發(fā)生1次火災考慮。LNG儲罐區(qū)火災延續(xù)時間按6 h 考慮，工藝裝置區(qū)的火災延續(xù)時間按3 h考慮，碼頭的火災延續(xù)時間按6 h考慮。項目設置了包括消防水系統(tǒng)、高倍數泡沫滅火系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)、固定式氣體滅火系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、滅火器等消防設施。

從設計的原則和設備的選用上，消防設計重點在于對較大事故的防范。但是根據日常工藝運行中出現的一些問題，可以得出消防設計對于日常生產上的小事故沒有設置相應的消防設施，而化工企業(yè)的大事故往往是因為小事故的不注意和積累引起的，因此在消防設計過程中應該充分考慮工藝運行的特點以及運行中容易出現安全隱患的位置，做到“防”字當先，確保事故在萌芽狀態(tài)即被消滅。

考慮到LNG 泄漏常見問題和常見區(qū)域，應在高低壓結合部位的閥門和高壓LNG 管線上的閥門底部設置低溫探測設備和LNG 收集設備，在卸料臂連接處和槽車裝卸連接處設置可燃氣探測設備，增強對LNG 泄漏的監(jiān)測，從而配合工藝運行并加強生產的安全防護，讓消防做到“防”“消”結合，以“防”為主，切實從根源上杜絕大事故的發(fā)生。

4.2 易泄漏區(qū)域設置干粉滅火設備

LNG接收站消防設計中對干粉滅火設備的設置主要集中在碼頭區(qū)域、儲罐區(qū)域和槽車區(qū)域，因為按照危險級別和危害因素這些區(qū)域都相對較大。而工藝流程由于都采取全封閉管線，所以認為即使泄漏也只是小范圍泄漏，發(fā)生火災的概率很小，僅設置了消防栓和消防水炮等設施，而沒有設置消防干粉滅火設備，即使設置干粉設備也僅僅設置了移動干粉滅火裝置。但是根據運行經驗來看，高壓區(qū)域發(fā)生泄漏的概率較大，且隨著時間的推移，高壓區(qū)域的管線變形和安全的不確定性會隨之增加，為了確保能夠撲滅初期火災，應在高壓區(qū)域設置固定的干粉滅火裝置。

4.3 消防地下管線的設置

LNG接收站一般為填海形成的陸域，因此其填海的土質好壞對地下管線的影響非常大。大連LNG接收站陸域部分回填土中尖銳的碎石顆粒較多，且部分碎石形狀尖銳、體積較大，土質與設計規(guī)定不符，管線的局部位置受到尖銳碎石的持續(xù)作用力，是造成管線防腐層損壞及管線本體損傷的重要原因。此外，LNG接收站地處海邊，受到海水腐蝕較為嚴重，也是造成管線腐蝕的一個重要原因。在泄漏點處理過程中發(fā)現泄漏點所處的管線防腐層都存在不同程度的損壞，尤其是泄漏點處所在的位置防腐層早已經脫離。防腐層的損壞可能在施工過程中已經發(fā)生，隨著時間的推移，消防管線遭受到電化學腐蝕和化學腐蝕等多重因素的影響，最終導致消防管線多點出現泄漏。

因此在消防地下管線設置過程中應嚴格按照設計規(guī)范回填土，如果達不到要求應增設套管加以保護，或是在管線上包裹防護層保護防腐涂層，確保防腐涂層的安全可靠。

5 結論

LNG 接收站工藝運行中出現的LNG 泄漏安全隱患問題是目前困擾LNG 接收站安全管理的主要問題，消防設計可以從LNG 泄漏的源頭進行監(jiān)控，及早發(fā)現問題，及時處理，防小遏大，真正做到安全防控。同時在易泄漏區(qū)域應設置固定干粉滅火系統(tǒng)，確保初期火災能夠得到有效遏制，從而避免大的事故發(fā)生。

消防水管網是整個消防系統(tǒng)非常重要的環(huán)節(jié)，其運行的安全與否直接影響著LNG 接收站的消防安全防護能力，因此在設置消防地下水管線時應嚴格按照規(guī)范和要求進行，同時注意保護管線的安全可靠，盡量避免管線發(fā)生腐蝕泄漏。