LNG金屬外壁全容罐固定消防用水量設(shè)計(jì)

周 春，汪玲玲，張德久

(中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 華東分院，江蘇 南京 210023)

1 概述

根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)天然氣協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展的若干意見》(國發(fā)辦〔2018〕31號(hào))，供氣企業(yè)到2020年形成不低于其年合同銷售量10%的儲(chǔ)氣能力，城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)到2020年形成不低于其年用氣量5%的儲(chǔ)氣能力，各地區(qū)到2020年形成不低于保障本行政區(qū)域3天日均消費(fèi)量的儲(chǔ)氣能力。

為了響應(yīng)政府號(hào)召，建立健全不同層次的儲(chǔ)氣系統(tǒng)，自2018年以來，全國各地相繼建成了一些較大規(guī)模的LNG應(yīng)急調(diào)峰儲(chǔ)配站，以實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)和各地區(qū)應(yīng)具備的應(yīng)急調(diào)峰能力，滿足當(dāng)?shù)氐膽?yīng)急調(diào)峰需求。

工程常用LNG儲(chǔ)罐分為金屬外壁儲(chǔ)罐和混凝土外壁儲(chǔ)罐。由于國家設(shè)計(jì)規(guī)范對混凝土外壁儲(chǔ)罐的固定消防用水量有明確規(guī)定，業(yè)內(nèi)沒有爭議，因此本文主要對尚值得討論的LNG金屬外壁全容罐的固定消防用水量進(jìn)行探討。

2 LNG儲(chǔ)罐的固定消防用水量

2.1 LNG儲(chǔ)配站中LNG儲(chǔ)罐的消防用水量計(jì)算

目前，LNG儲(chǔ)配站的LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行固定消防用水量計(jì)算時(shí)，一般依據(jù)GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、GB 50219—2014《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》。

按照GB 50974—2014第3.4.5條，全冷凍式液化烴儲(chǔ)罐外壁為鋼制的單容罐時(shí)，冷卻面積及保護(hù)范圍為著火罐的罐壁外表面積、罐頂外表面積及距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內(nèi)的鄰近罐的罐壁外表面積的1/2。罐壁供水強(qiáng)度不應(yīng)小于2.5 L/(min·m2)，罐頂供水強(qiáng)度不應(yīng)小于4 L/(min·m2)。全冷凍式液化烴儲(chǔ)罐為外壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的雙容罐、全容罐時(shí)，不考慮罐頂和罐壁的固定冷卻，但管道進(jìn)出口等局部危險(xiǎn)處應(yīng)設(shè)置水噴霧系統(tǒng)，供水強(qiáng)度不應(yīng)小于20 L/(min·m2)。

GB 50219—2014第3.1.11條規(guī)定：①系統(tǒng)用于冷卻全冷凍式液化烴儲(chǔ)罐時(shí)，采用鋼制外壁的單容罐，著火罐及距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內(nèi)的相鄰罐應(yīng)同時(shí)冷卻。著火罐保護(hù)面積應(yīng)按其罐體外表面面積計(jì)算，相鄰罐保護(hù)面積應(yīng)按罐壁外表面面積的1/2及罐頂外表面面積之和計(jì)算。②混凝土外壁與儲(chǔ)罐間無保冷材料的雙容罐，著火罐的罐壁與罐頂及距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內(nèi)的相鄰罐罐頂應(yīng)同時(shí)冷卻。③混凝土外壁與儲(chǔ)罐間有保冷材料填充的雙容罐，著火罐的罐頂及距著火罐罐壁1.5倍著火罐直徑范圍內(nèi)的相鄰罐罐頂應(yīng)同時(shí)冷卻。④采用混凝土外壁的全容罐，當(dāng)管道進(jìn)出口在罐頂時(shí)，冷卻范圍應(yīng)包括罐頂泵平臺(tái)，且宜包括罐頂管帶和鋼梯。第3.1.2條規(guī)定：用于防護(hù)冷卻的全冷凍式液化烴儲(chǔ)罐，單、雙容罐的罐壁供水強(qiáng)度不應(yīng)小于2.5 L/(min·m2)，罐頂供水強(qiáng)度不應(yīng)小于4 L/(min·m2)。全容罐的罐頂泵平臺(tái)、管道進(jìn)出口等局部危險(xiǎn)部位供水強(qiáng)度不應(yīng)小于20 L/(min·m2)，罐頂管帶供水強(qiáng)度不應(yīng)小于10 L/(min·m2)。

GB 50183—2004第10.4.5條規(guī)定：液化天然氣廠站的消防水系統(tǒng)，采用混凝土外罐的雙層殼罐，當(dāng)管道進(jìn)出口在罐頂時(shí)，應(yīng)在罐頂泵平臺(tái)處設(shè)置固定水噴霧系統(tǒng)，供水強(qiáng)度不小于20.4 L/(min·m2)。第8.5.5條規(guī)定：全冷凍式液化石油氣儲(chǔ)罐固定式消防冷卻水供水強(qiáng)度與冷卻面積應(yīng)滿足：①著火罐及鄰罐罐頂?shù)睦鋮s水供水強(qiáng)度不宜小于 4 L/(min·m2)，冷卻面積按罐頂全表面積計(jì)算；②著火罐及鄰罐罐壁的冷卻水供水強(qiáng)度不宜小于2 L/(min·m2)，著火罐冷卻面積按罐全表面積計(jì)算，鄰罐冷卻面積按罐表面積的一半計(jì)算。LNG儲(chǔ)罐一般是參照全冷凍式液化石油氣儲(chǔ)罐的要求執(zhí)行。

經(jīng)過分析，以上3個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于全冷凍式液化烴儲(chǔ)罐為金屬單容罐、混凝土雙容罐、混凝土全容罐的固定消防冷卻系統(tǒng)的冷卻部位、保護(hù)面積和供水強(qiáng)度均有明確要求，但有差異，且均沒有涉及金屬外壁全容罐的固定消防用水量計(jì)算的相關(guān)內(nèi)容。因此在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，LNG金屬外壁全容罐的固定消防用水量到底是參照以上規(guī)范中單容罐的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，還是參照混凝土全容罐進(jìn)行設(shè)計(jì)，還是將兩者要求結(jié)合起來進(jìn)行設(shè)計(jì)，存在一定爭議。

2.2 廠站設(shè)計(jì)規(guī)范中的消防用水量計(jì)算

GB 51156—2015《液化天然氣接收站工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 51261—2019《天然氣液化工廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》均有LNG金屬外壁全容罐固定消防用水量計(jì)算的相關(guān)內(nèi)容。

GB 51156—2015第11.2.9條第3款規(guī)定：單容罐、雙容罐和外罐為鋼質(zhì)的全容罐，其消防用水量應(yīng)按著火罐和距著火罐1.5倍直徑范圍內(nèi)鄰近罐的固定消防用水量之和計(jì)算；著火罐的冷卻面積應(yīng)為罐頂和罐壁面積，鄰近罐的冷卻面積應(yīng)為罐頂和半個(gè)罐壁面積。罐壁冷卻水供水強(qiáng)度不應(yīng)小于2.5 L/(min·m2)，罐頂冷卻水供水強(qiáng)度不應(yīng)小于4 L/(min·m2)。第11.3.3條規(guī)定：單容罐、雙容罐和外罐為鋼質(zhì)的全容罐罐頂和罐壁應(yīng)設(shè)置固定消防冷卻水系統(tǒng)，罐頂平臺(tái)重要閥門和設(shè)備法蘭接口應(yīng)設(shè)水噴霧噴頭保護(hù)。

GB 51261—2019第12.2.6條規(guī)定：液化天然氣儲(chǔ)罐的固定消防冷卻用水的設(shè)計(jì)流量應(yīng)符合：當(dāng)儲(chǔ)罐外壁為鋼質(zhì)時(shí)，應(yīng)按著火罐和距著火罐直徑(臥式罐按其直徑和長度之和的一半)1.5倍范圍內(nèi)鄰近罐的固定消防用水量之和計(jì)算；著火罐的保護(hù)范圍應(yīng)為罐壁表面積和罐頂表面積，鄰近罐的保護(hù)范圍應(yīng)為罐壁表面積的一半和罐頂表面積。著火罐和鄰近罐的罐壁供水強(qiáng)度不應(yīng)小于2.5 L/(min·m2)，罐頂供水強(qiáng)度不應(yīng)小于4 L/(min·m2)。

分析發(fā)現(xiàn)，以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對于LNG金屬外壁全容罐的固定消防用水量、冷卻范圍和冷卻水供水強(qiáng)度的要求均一致。區(qū)別在于GB 51156—2015同時(shí)要求LNG金屬外壁全容罐的罐頂平臺(tái)重要閥門和設(shè)備法蘭接口應(yīng)設(shè)水噴霧噴頭保護(hù)，GB 51261—2019無此要求。

2.3 計(jì)算實(shí)例比較

以1臺(tái)外罐外直徑為35 m、高度為35.52 m、有效容積為2×104m3的LNG金屬外壁全容罐為例，分別按3種情況計(jì)算儲(chǔ)罐的固定消防用水量：只考慮罐頂和罐壁的固定冷卻(稱為方法1)；考慮罐頂、罐壁、罐頂管帶及檢修通道、泵平臺(tái)的固定冷卻(稱為方法2)；考慮罐頂和罐壁，同時(shí)在罐頂平臺(tái)重要閥門和設(shè)備法蘭接口設(shè)置水噴霧噴頭保護(hù)的固定冷卻(稱為方法3)。經(jīng)計(jì)算，該全容罐的罐壁保護(hù)面積為3 277 m2，罐頂保護(hù)面積為1 071 m2，罐頂管帶及檢修通道保護(hù)面積為125 m2，罐頂泵平臺(tái)保護(hù)面積為53 m2。罐壁供水強(qiáng)度按2.5 L/(min·m2)考慮，罐頂供水強(qiáng)度按4 L/(min·m2)考慮，罐頂管帶及檢修通道供水強(qiáng)度按10.2 L/(min·m2)考慮，泵平臺(tái)供水強(qiáng)度按20.4 L/(min·m2)考慮，在罐頂平臺(tái)重要閥門和設(shè)備法蘭接口按共設(shè)置水噴霧噴頭40個(gè)考慮。該儲(chǔ)罐固定消防用水量計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 2×104 m3液化天燃?xì)饨饘偻獗谌莨薏煌?jì)算方法下固定消防用水量

根據(jù)表1，按6 h滅火時(shí)間考慮，方法1對應(yīng)的消防用水量為4 493 m3，方法2對應(yīng)的消防用水量為5 342 m3，方法3對應(yīng)的消防用水量為4 920 m3。

3 結(jié)論

通過對GB 50974—2014、GB 50219—2014、GB 50183—2004、GB 51156—2015、GB 51261—2019的條款分析并經(jīng)過計(jì)算實(shí)例的比較，筆者認(rèn)為在城鎮(zhèn)燃?xì)釲NG儲(chǔ)配站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)頒布之前，LNG金屬外壁全容罐的固定消防用水量可以參照GB 51156—2015進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣既考慮了儲(chǔ)罐固定消防的安全性，也適當(dāng)減小了消防系統(tǒng)特別是消防水池的建設(shè)成本，提高了建站經(jīng)濟(jì)性。主要要求如下。

① 根據(jù)儲(chǔ)罐的罐壁和罐頂面積，按著火罐和鄰近罐的保護(hù)面積分別進(jìn)行罐壁消防用水量和罐頂消防用水量的計(jì)算。

② 根據(jù)計(jì)算的罐壁、罐頂消防用水量和所選擇的水噴霧噴頭特性，計(jì)算水噴霧噴頭數(shù)量。

③ 根據(jù)罐壁、罐頂面積和計(jì)算得到的噴頭數(shù)量布置罐頂和罐壁的水噴霧噴頭；根據(jù)罐頂平臺(tái)重要閥門和設(shè)備法蘭接口的位置布置一定數(shù)量的水噴霧噴頭。

④ 根據(jù)實(shí)際布置的罐頂、罐壁、罐頂平臺(tái)重要閥門和設(shè)備法蘭接口處的水噴霧噴頭數(shù)量和噴頭特性，計(jì)算實(shí)際的消防用水量，得到儲(chǔ)罐的固定消防用水量。