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LNG储罐消防设计探讨

文档作者：陈英文档来源：中国石化洛阳工程有限公司		点击数：	更新时间： 2021年02月06日
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第41卷第l4期
2013年7月
广州化工
Guangzhou Chemical Industry
V0l_41 No．14
July．2013
LNG储罐消防设计探讨
陈英
(中国石化洛阳工程有限公司，河南 洛阳471003)
摘 要：根据LNG的火灾危险性和LNG全容罐储罐的设置型式，对储罐发生事故时各个危险场所的火灾性质进行分析，介
绍了LNG储罐在罐顶各个操作平台、事故液集液池、安全泄放阀处应采取的相应消防设施情况，并对其水喷雾冷却系统、高倍数
泡沫混合液系统、干粉灭火系统的设置原则、目的、计算过程及注意事项进行了阐述。
关键词：LNG；全容罐；水喷雾；高倍数；干粉；设计与计算
中图分类号：X932 文献标识码：B 文章编号：1001—9677(2013)14—0164—03
Investigation for Fire Design of LNG Storage Tank
CHEN
(Luoyang Petrochemical Engineering Corporation，SINOPEC，Henan Luoyang 471003，China)
Abstract：Based on the fatalness of LNG and the type of LNG storage tank，fire nature of every dangerous location of
LNG storage tank and introduce corresponding fire equipments were analyzed． The principle and computing process for
water spray cooling system，high—expansion foam solution system and powder system were elaborated．
Key words：LNG；full containment storage tank；water spray；high—expansion foam；powder；design and compute
液化天然气LNG(Liquefied Natural Gas)是天然气经压缩、
冷却，在一162 oC下液化而成，主要成分由甲烷组成，天然气
液化后可以大大节约储运空间和成本，便于专用船泊等运输；
LNG是一种清洁、高效的能源，其使用有助于实现能源供应多
元化、保障能源安全。
从20世纪90年代起，我国陆续建设了很多液化天然气设
施，近年又开始进行大型LNG接收站的建设，这些接收站的低
温LNG储罐可采用单容罐、双容罐和全容罐型式。本文将对全
容罐储罐各个部位采取的不同消防灭火系统的设置和计算进行
详细阐述。
1 全容罐罐型简介
图l 全容罐储罐设置型式
1．基础加热系统；2．基础；3．罐底保冷；
4．主储罐(钢制)；5．柔性保冷密封结构；6．吊顶(保冷)；
7．罐顶(混凝土制)；8．罐壁保冷结构；9．次储罐(混凝土制)
全容罐由一个储存液相介质的主储罐和一个能够容纳主储
罐泄漏时的全部液体的次储罐组成，次储罐能阻止气相介质的
泄漏，见图1。
2 LNG火灾危险性分析
LNG主要有危险易燃烧、易爆炸的特性：
(1)易燃易爆
LNG属于液化烃，为甲A类火灾危险物质，气化后的天然
气属于甲B类可燃气体，易燃易爆。其火灾特点是：火焰传播
速度较快，质量燃烧速率大；火焰温度高、辐射热强，易形成
大面积火灾，具有复燃、复爆性，难于扑灭。
(2)蒸发特性
LNG作为一种沸腾液体储存在绝热的储罐中，任何传人储
罐的热量都将导致一定量液体蒸发而成为气体，故LNG储罐设
置了压力保护安全措施，以防止LNG蒸发导致压力超限。而储
罐上设置的安全阀在排出部分超压气体至大气时，安全阀附近
就存在着火灾爆炸危险。
(3)溢出与扩散·
当LNG的温度上升约至一8O℃时，形成了密度小于空气
的云团并开始向上运动。此时蒸气云的边缘易起火爆炸，并且
会迅速向蒸发的液池回火燃烧，造成严重的火灾爆炸危险。
3 LNG消防灭火系统设置与计算
根据上述分析可知，地上全容式LNG储罐的各个可能出现
泄漏的平台、安全阀以及每台储罐附近设置的集液池都需要采
取特定的有效冷却或灭火保护措施。下面以某工程16万m 地
上全容式LNG储罐为例，详细阐述储罐各不同部位采取的相应
作者简介：陈英(2003一)，女，工程师，主要从石油化工给排水及消防工作。
第41卷第14期 陈英：LNG储罐消防设计探讨 165
消防设施的设置与计算：
3．1 水喷雾灭火系统
3．1．1 设置场所及目的
全容罐的罐体结构形式决定了整个储罐仅在其管道进出
口、仪表阀门等处可能产生泄漏，故在储罐的各个平台及人行
通道处均需要设置固定式水喷雾设施，用于对其进行冷却保护
或吹散稀释该处的泄露物质。整个系统主要由雨淋控制阀、管
道、喷头、火灾报警系统等组成。
3．1．2 消防水量
全容罐的平台处消防最小供水强度q=20．4 lMmin·m ，
单罐消防水量计算结果见表1。
表1 消防水量计算表
根据表1中得出的单罐消防水量还需要考虑20％ 的风吹和
系统损失量，故单罐设计消防水量Q=1166 m ／h。
3．1．3 管道布置
单罐的所有平台设计为一个防火保护区域，即设置1根消
防水主管沿罐壁敷设至罐顶，该主管上设置相应的雨淋控制
阀，各个消防水支管再自罐顶总管沿图2中的平台敷设，并在
每个平台投影面上及沿程均匀布置水喷雾喷头，喷头的工作压
力、布置间距及高度应满足《水喷雾灭火系统设计规范》的要
求。
图2 LNG储罐罐顶消防水管道平面布置示意图
3．1．4 火灾报警系统
在LNG储罐易泄漏处设置低温探测器，当检测出有LNG
泄露并经过人工确认后，遥控开启消防水主管上的雨淋控制
阀，整个水喷雾冷却系统即处于工作状态，喷头相应全部喷
水。
3．2 高倍数泡沫混合液灭火系统
3．2．1 设置场所及目的
每座LNG储罐均配套设置1间集液池，为了避免泄漏到集
液池内的液化天然气挥发和着火，各LNG集液池均配套设置固
定式高倍数泡沫混合液灭火系统。采用高倍数泡沫混合液可以
减少和防止蒸汽云形成；着火时虽然高倍数泡沫不能扑灭火，
但是可以降低热辐射值。整个系统主要由泡沫比例混合器、管
道、高倍数泡沫发生器、火灾报警系统组成。
3．2．2 泡沫混合液量
泡沫混合液供给强度为7．2 lMmin·m ，供给时间为
40 min_2 J
。泡沫原液选用3％ 的高倍数泡沫原液，选用发泡倍
数为500倍的高倍数泡沫发生器。
表2 单间集液池泡沫混合液用量计算表
根据表2计算结果，同时考虑到风向对高倍数泡沫混合液
的喷射效果影响很大，在每间集液池的上、下风向分别设置了
1个泡沫产生器，单个额定流量Q=3 lMs。选用高倍数泡沫比
例混合装置的设计流量Q=6 L／s；泡沫液储存量V=1 m 。
3．2．3 火灾报警系统
每间集液池设置了3个低温探测器，当有不少于2个探测
器检测到有LNG泄漏时，则自动开启相应集液池设置的高倍数
泡沫混合液系统。
3．2．4 注意事项
在确定集液池的池深时，除了考虑液化天然气本身的泄漏
体积外，还应考虑到泡沫混合液在泄露液体上需要保持一定的
覆盖厚度，该厚度应不小于0．6 ml2 J，以有效的保护池内的
LNG不至于挥发。
3．3 自动干粉灭火系统
3．3．1 设置场所及目的
LNG储罐通向大气的安全阀出口管管口处应设置固定干粉
灭火系统 J。由于LNG泄漏引起的火灾多为气体火灾，灭火
时一般需要选用BC类干粉灭火剂。
干粉灭火剂在灭火中承担的作用：
(1)抑制作用：粉粒可以吸收、消耗火焰中的自由基OH
和H，使其数量急剧减少，从而中断燃烧的链锁反应，使火焰
熄灭；
(2)稀释作用：此外可以对燃烧区内氧的浓度有稀释作
用，有助于灭火。 ．
整个系统主要由干粉罐、氮气瓶、减压阀、干粉输送管道
及喷头组成。
3．3．2 干粉用量
本文中安全阀处的干粉用量按照局部应用灭火系统计
算 。
3．3．2．1 干粉计算用量
(1)喷嘴设置
罐顶干粉灭火系统拟为16只干粉喷嘴，单个喷头平均喷
射率q：1 kg／s。
(2)喷嘴保护区域计算
①干粉喷射时间t=60 s。
②干粉计算用量按照下列公式计算：
m=N×Q Xt
计算干粉用量m=960 kg，因此选用ZFP1000干粉灭火系
统。
3．3．2．2 干粉用量校核
采用体积法对上述3．3．2．1的计算结果进行校核：
166 广州化工 2013年7月
(1)保护对象平面布置见图3。
图3 安全阀平面布置图
(2)假定体积计算
保护长度：L=2．335×3+0．4+2×2=11．405 m (管道间
距：2．335 m；管道直径：0．4 m；距保护对象距离：2 m)
保护宽度：W=0．4+2×2=4．4 m
保护高度：H=4 m(管口面上下各外扩2 m)
则假定体积：V=200．728 m
(3)干粉计算用量按照下列公式计算：
m = 吼
式中：qv——单位体积的喷射速率，ks／s／m ，取值0．04
计算干粉用量m=482 kg；考虑到管路及系统的剩粉率，
取安全系数k=1．2。则干粉用量最少为578 kg。
3．3．2．3 设计干粉用量
根据上述计算结果，安全阀处设计一次干粉用量采用V=
1000 kg。
3．4 注意事项
干粉灭火系统不同于上述两个消防系统，不能采取自动联
锁开启工作的运行模式，需要有经验的人员根据现场的实际情
况来人工判定是否开启、何时开启该系统；否则，单纯的灭火
看似泄露处已经没有火源了，实际现场却仍然源源不绝的泄露
出LNG，结果反而使大气中局部的LNG浓度增加，加剧了爆炸
的危险性。
4 结 语
国内大型LNG接收站主要建设在近几年内，储罐安全阀处
的干粉设计参数取值还没有形成统一的标准。本文以《干粉灭
火系统设计规范》(GB50347—2004)中的局部应用系统作为计
算依据，但是该规范并没有针对LNG储罐安全阀的干粉设计做
具体规定，仅能作为参考执行。国外由于LNG建设较早，同时
又非常重视试验和数据，所以不少干粉生产厂家能够提供自家
品牌的干粉在LNG安全阀处较为准确的设计依据，但即便如
此，各家的干粉设计参数取值也不尽相同，则最终计算所需干
粉用量也存在较大差异。
参考文献
[1] 中国石油天然气集团公司，中华人民共和国公安部．GB50183—
2004石油天然气工程设计防火规范[S]．北京：中国计划出版社，
2O04．
[2] 中华人民共和国公安部．GB50151—2010泡沫灭火系统设计规范
[S]．北京：中国计划出版社，2010．
[3] 中华人民共和国公安部．GB50347—2004干粉灭火系统设计规范
[S]．北京：中国计划出版社，2004．
(上接第161页)
企业排污口的铜含量，同时进行加标回收试验，分析结果如
表2所示。结果表明：水样中的铜的回收率在91．0％ 一
104．7％之间，达到质控要求。
表3 污染源水样中铜的测定
Table 3 Pollution sources on the determination'of copper
in water samples
3 结论
火焰原子分光光度法测定水样中铜的含量，具有一次消解
样品、操作简单、干扰少的特点，其灵敏度高，精密度和准确
度均符合分析质控要求，是较为理想的重金属分析方法。
参考文献
[1] 国家环境保护总局．水和废水监测分析方法(第四版增补版)
[S]．北京，中国环境科学出版社，2008，4(5)：323—326．
[2] 水质中铜的测定：二乙氨基二硫代甲酸钠萃取光度法GB7474—87
[s]． ·
[3] 龙湘，李新芳．新亚铜灵萃取光度法测定水中铜的方法改进．环境
研究与监测，2005(叭)：41—43．
[4] 战斌．阳极溶出伏安法测定镀铬废水中微量镉、铅、铜[J]．电镀与
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[5] 刘全吉，迟会，逯笑波，等．等离子发射光谱法同时测定水中十二种
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