大型液化天然气接收站及码头消防设计

大型液化天然气接收站及码头消防设计

1我国建设lng接收站、港区及城市燃气工程的构想液化天然气（lkg）是一种高效、清洁的能源。通常在低温和低温下储存和运输，储存温度通常约为1622c。为优化我国的能源结构,改善环境污染日益严重的状况,补充东南沿海地区能源供应,我国拟在东南沿海地区适量进口LNG,建设LNG接收站、码头及城市燃气工程等项目。世界上多个国家的LNG工程成功、安全的运行记录为我国建设LNG项目提供了很好的经验。鉴于目前在我国尚无建设大型LNG项目的经验,也没有专门适用于LNG生产、贮存和使用方面的消防标准、规范,笔者结合在参与编制广东LNG项目可行性研究报告中的经验,提出了大型LNG接收站和码头的消防设计方案,供大家参考。2lng储罐概述LNG接收站的规模都很大,如福建LNG项目接收站一期最大用量为3249.3kt/a,广东LNG项目接收站一期建设规模为3000kt/a。LNG接收站一般由LNG储罐区、工艺区(包括外输系统、再冷凝器及蒸发气压缩机厂房、开架式海水气化器、备用的浸没燃烧式气化器及外输气计量装置等)、公用设施区(包括供排水、主配电、中控、空压及氮气储存等)、厂前区(包括各种辅助设施)等组成。LNG码头主要由运输船泊位及工作船泊位组成。LNG码头运输船泊位的规模一般按可停靠13.6～16万m3船考虑。本文中所涉及的LNG储罐为全容式钢筋混凝土储罐,这种储罐有两层罐壁,内层为钢制罐壁,外层为钢筋混凝土罐壁,顶盖也是钢筋混凝土,该罐体的优点是能够有效地防止罐内的LNG泄漏。罐区共有两个直径为82m、高度为38.5m的LNG储罐。3接收站与码头火灾风险分析3.1组件和特性LNG的组分及特性见表1和表2。3.2lng泄漏后空气及管道泄漏LNG的低温、易挥发及天然气的易燃易爆特性,以及生产过程中的高压,使LNG接收站及相关设施、管线中存在比较大的火灾爆炸危险。LNG储存、输送及使用的火灾危险性为甲A类。LNG一旦从储罐或管道泄漏,一小部分立即急剧气化成蒸气,剩下的泄漏到地面,沸腾气化后与周围的空气混合成冷蒸气雾,在空气中冷凝形成白烟,再稀释受热后与空气形成爆炸性混合物。这种爆炸性混合物若遇到点火源,便可能引发火灾甚至爆炸。LNG泄漏后形成的冷气体在初期比周围空气浓度大,易形成云层或层流。泄漏的LNG的气化量取决于土壤、大气的热量供给,刚泄漏时气化率很高,一段时间以后趋近于一个常数,这时泄漏的LNG就会在地面上形成一种液流,若无围护设施,泄漏的LNG就会沿地面扩散,一旦遇到点火源则可能引发火灾。事故状态时,设备的安全释放设施排放的LNG遇到点火源,也可能引发火灾。4设计防火规范由于LNG项目在我国尚属首建,因此,现在我国尚无大型LNG项目建设和生产的经验,也没有专门适用于LNG生产、贮存和使用方面的消防标准、规范。接收站和码头的消防设计只能参照国内相关设计规范的规定,同时参考使用国际通用的一些标准。采用国内标准规范包括:(1)《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92(1999年版);(2)《建筑设计防火规范》GBJ16-87(2001年版);(3)《建筑灭火器配置设计规范》GBJ140-90(1997年版);(4)《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》SH3063-1999;(5)《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50196-93;(6)《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98;(7)《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219-95;(8)《装卸油品码头设计防火规范》JTJ237-99。参照采用的国际通用的标准包括:(1)NFPA59A《LNG生产储存和运输标准》;(2)EN1473《LNG设备与安装》;(3)NFPA11A《中、高倍数泡沫消防系统》;(4)NFPA15《固定式水喷雾灭火系统》;(5)NFPA17《干粉消防系统》。5lng接收站及港区消防系统采用的药剂LNG是一种深冷物料,其泄漏引起的火灾多数为气体火灾,因此扑救LNG及天然气火灾一般选用BC类干粉灭火剂。水一般不用于扑救气体火灾,如把常温的水喷射到深冷的LNG上将加剧其挥发而带来更大的危险。而高倍数泡沫一般用于扑救LNG的流淌火灾及控制LNG的挥发。喷雾水主要用于冷却设备、阀门及控制火灾的蔓延。因此,LNG接收站及码头消防系统选用的灭火剂主要包括:喷雾水:冷却设备、阀门及控制火灾的蔓延。BC类干粉:扑救LNG及天然气火灾。高倍数泡沫:控制LNG挥发及流淌火灾。6消防站及消防系统LNG接收站及码头设置的消防系统主要包括:消防站、高压海水消防系统、干粉灭火系统、高倍数泡沫灭火系统、消防冷却水系统、水幕系统、灭火器和火灾自动报警系统等。6.1lng接收站的规模LNG接收站及码头一般临海建设,远离城市,没有可以依托的城市消防站及企业消防站。另外,考虑到消防自救的原则,LNG接收站应考虑设置企业消防站,其规模按小型普通消防站设置。消防站内配备1辆抢险救援车、1辆干粉-泡沫联用消防车、1辆急救车。同时配备一些消防装备,如消防队员个人防护装备、破拆工具、通讯工具等。消防拖船一般利用码头附近的消防拖船。6.2消防水量计算LNG接收站和码头一般邻近建设,因此同一时间的火灾次数按1次计。LNG接收站及码头的消防水量由其两者的最大消防用水量确定。接收站内及码头各区域所需的消防水量见表3。由表3可知,接收站和码头消防用水量最大的区域为码头,其消防水量为1082m3/h。因此,接收站和码头的消防水量按1100m3/h设计。由于本文中所涉及的LNG储罐为全容式钢筋混凝土储罐,其外层为钢筋混凝土罐壁,顶盖也采用钢筋混凝土,因此对于罐壁及罐顶均不考虑设置消防冷却水系统,仅是对罐顶的钢结构、管道、仪表阀门、安全阀或其它阀门设置消防冷却水系统。6.3消防水系统设置由于LNG接收站一般建在海边,利用海水消防,可以降低对淡水储备量的苛刻要求,还可以不受消防用水时间的限制。平时消防水管网用淡水保压,消防时海水消防泵启动向管网供水,消防后用淡水冲洗管网,然后用淡水保压。为了保证消防水系统的可靠性,需要对该系统进行定期测试。当接收站或码头有小型火灾时,不希望启动海水消防泵,因此一般在接收站内设置1个消防水罐,其容积为消防测试泵供水一个小时的量。该消防水罐的淡水仅用于小型火灾的扑救、消防系统的试验及消防管网的清洗。6.4柴油、电动泵消防泵系统一般包括海水消防泵、消防测试泵及稳压泵。根据消防用水量的需要,设置3台海水消防泵,2开1备。其中1台电动泵,2台柴油泵。每台泵的流量为550m3/h,设计压力为1.52MPa。接收站内设置1台淡水消防测试泵,采用电动泵,其流量为550m3/h,设计压力为1.52MPa。接收站内设置2台稳压泵,1开1备,电动驱动。每台泵的流量为57m3/h,设计压力为1.52MPa。6.5dn400引桥式码头消防供水管接收站和码头一般共同设置1套高压海水消防管网系统。接收站内消防水管网形成环状布置,消防水主管直径为DN400,一般采用埋地敷设。根据《装卸油品码头防火设计规范》(JTJ237-99)第6.2.12条的规定,引桥式码头在引桥或引堤上设置的消防供水管,可采用单根消防供水主管。因此码头的消防供水一般采用单根供水管,主管直径为DN400。由于采用海水消防,因此应考虑消防水管网及设备的防海水腐蚀措施。6.6消火栓接口接收站和码头的室外消火栓选用公称直径为150mm(6″)的3出口湿式消火栓,每个消火栓带2个80mm(3″)的消防水带接口及1个150mm(6″)消防水泵接口。室外消火栓均沿道路布置,间距不大于60m。每个室外消火栓均配置一个室外消火栓箱,其安装位置距消火栓不大于5m。每个室外消火栓箱内一般配置2根80mm(3″)×30m消防水带(带快速接口),2支Φ19mm直流-喷雾水枪,2个备用的80mm(3″)快速接口用垫圈和1个消火栓扳手。6.7消防水炮接收站和码头一般设置有两种消防水炮,包括固定式消防水炮和远控消防水炮。6.7.1消防水炮的工况接收站的工艺区和蒸发气压缩机区内设置固定式消防水炮,设置目的是为了保护处理LNG或天然气的设备。消防水炮的进口压力为0.68MPa时,其额定流量为1900L/min(114m3/h),其喷嘴为直流-喷雾两用喷嘴。消防炮为手动操作,其水平回转角度为360°,俯仰角为-15°～+75°。6.7.2消防冷却水lng船冷却水在码头设置2个高架远控消防水炮,消防水炮设置在高架炮塔上,设置目的是为向着火的LNG船提供消防冷却水。消防水炮的进口压力为0.7MPa时,其额定流量为3600L/min(216m3/h),其喷嘴为直流-喷雾两用喷嘴。远控消防水炮可在码头控制室遥控操作。6.8水喷雾系统的控制码头高架消防水炮的炮塔、从码头到栈桥的紧急疏散通道、码头甲板上的阀门汇集区、LNG罐顶的钢结构、管道、仪表阀门、安全阀或其它阀门需要设置固定式水喷雾系统。各水喷雾系统的喷雾强度均选用10.2L/min·m2。所有水喷雾系统均为自动控制,同时具有遥控和就地控制的功能。火灾探测器探测到火灾信号后,传输信号至火灾报警控制盘,通过火灾报警控制盘的联锁控制信号启动雨淋阀,从而开启水喷雾系统。6.9水幕系统的设置根据《装卸油品码头防火设计规范》(JTJ237-99)第6.2.9、6.2.10条的规定,在码头装卸臂前沿设置一套水幕系统,水幕系统的喷水强度为1～2.0L/s·m。水幕系统采用自动控制,同时具有遥控和就地控制功能。火灾探测器探测到火灾信号后,传输信号至火灾报警控制盘,通过火灾报警控制盘联锁控制信号启动雨淋阀,从而开启水幕系统。6.10泡沫原液与高级数泡沫发生器码头、LNG罐区和工艺装置区的LNG事故收集池均需要设置高倍数泡沫灭火系统。高倍数泡沫灭火系统的设置目的是控制泄漏到LNG收集池内的LNG的挥发及发生流淌火灾。设计泡沫混合液供给强度为7L/min·m2,泡沫混合液供给时间为40min。泡沫原液选用3%的高倍数泡沫原液。选用发泡倍数为300～500倍的高倍数泡沫发生器,其额定流量为4L/s。高倍数泡沫灭火系统采用自动控制方式。每个LNG收集池设置至少3个低温探测器,当有2个低温探测器探测到有LNG泄漏到收集池后,或火焰探测器探测到火灾信号后,由火灾报警控制盘联锁控制启动雨淋阀,从而启动高倍数泡沫灭火系统,向收集池内喷射泡沫混合液。6.11防火设备及控制方式LNG储罐罐顶的释放阀处设置固定式干粉灭火系统,用于扑救该处的火灾。码头上也设置1套干粉灭火装置,用于扑救此处的气体火灾。系统采用自动控制方式。系统设置100%的备用量。6.12干法控制设施码头、LNG罐区及工艺装置区内配置8kgBC类手提式干粉灭火器;危险的重要场所,如BOG压缩机房、码头等,增设50kgBC类推车式干粉灭火器。在仪表/电气设备房间配置7kg手提式二氧化碳和25kg推车式二氧化碳灭火器。6.13盘与显示盘设计接收站和码头设置1套火灾报警系统,火灾报警系统由控制盘、探测器及手动报警按钮等组成。控制盘主要包括设置在主控室的火灾报警主控盘;设置