大型液化天然氣接收站及碼頭消防設計

大型液化天然氣接收站及碼頭消防設計

1我國建設lng接收站、港區(qū)及城市燃氣工程的構想液化天然氣（lkg）是一種高效、清潔的能源。通常在低溫和低溫下儲存和運輸，儲存溫度通常約為1622c。為優(yōu)化我國的能源結構,改善環(huán)境污染日益嚴重的狀況,補充東南沿海地區(qū)能源供應,我國擬在東南沿海地區(qū)適量進口LNG,建設LNG接收站、碼頭及城市燃氣工程等項目。世界上多個國家的LNG工程成功、安全的運行記錄為我國建設LNG項目提供了很好的經(jīng)驗。鑒于目前在我國尚無建設大型LNG項目的經(jīng)驗,也沒有專門適用于LNG生產(chǎn)、貯存和使用方面的消防標準、規(guī)范,筆者結合在參與編制廣東LNG項目可行性研究報告中的經(jīng)驗,提出了大型LNG接收站和碼頭的消防設計方案,供大家參考。2lng儲罐概述LNG接收站的規(guī)模都很大,如福建LNG項目接收站一期最大用量為3249.3kt/a,廣東LNG項目接收站一期建設規(guī)模為3000kt/a。LNG接收站一般由LNG儲罐區(qū)、工藝區(qū)(包括外輸系統(tǒng)、再冷凝器及蒸發(fā)氣壓縮機廠房、開架式海水氣化器、備用的浸沒燃燒式氣化器及外輸氣計量裝置等)、公用設施區(qū)(包括供排水、主配電、中控、空壓及氮氣儲存等)、廠前區(qū)(包括各種輔助設施)等組成。LNG碼頭主要由運輸船泊位及工作船泊位組成。LNG碼頭運輸船泊位的規(guī)模一般按可?？?3.6～16萬m3船考慮。本文中所涉及的LNG儲罐為全容式鋼筋混凝土儲罐,這種儲罐有兩層罐壁,內(nèi)層為鋼制罐壁,外層為鋼筋混凝土罐壁,頂蓋也是鋼筋混凝土,該罐體的優(yōu)點是能夠有效地防止罐內(nèi)的LNG泄漏。罐區(qū)共有兩個直徑為82m、高度為38.5m的LNG儲罐。3接收站與碼頭火災風險分析3.1組件和特性LNG的組分及特性見表1和表2。3.2lng泄漏后空氣及管道泄漏LNG的低溫、易揮發(fā)及天然氣的易燃易爆特性,以及生產(chǎn)過程中的高壓,使LNG接收站及相關設施、管線中存在比較大的火災爆炸危險。LNG儲存、輸送及使用的火災危險性為甲A類。LNG一旦從儲罐或管道泄漏,一小部分立即急劇氣化成蒸氣,剩下的泄漏到地面,沸騰氣化后與周圍的空氣混合成冷蒸氣霧,在空氣中冷凝形成白煙,再稀釋受熱后與空氣形成爆炸性混合物。這種爆炸性混合物若遇到點火源,便可能引發(fā)火災甚至爆炸。LNG泄漏后形成的冷氣體在初期比周圍空氣濃度大,易形成云層或層流。泄漏的LNG的氣化量取決于土壤、大氣的熱量供給,剛泄漏時氣化率很高,一段時間以后趨近于一個常數(shù),這時泄漏的LNG就會在地面上形成一種液流,若無圍護設施,泄漏的LNG就會沿地面擴散,一旦遇到點火源則可能引發(fā)火災。事故狀態(tài)時,設備的安全釋放設施排放的LNG遇到點火源,也可能引發(fā)火災。4設計防火規(guī)范由于LNG項目在我國尚屬首建,因此,現(xiàn)在我國尚無大型LNG項目建設和生產(chǎn)的經(jīng)驗,也沒有專門適用于LNG生產(chǎn)、貯存和使用方面的消防標準、規(guī)范。接收站和碼頭的消防設計只能參照國內(nèi)相關設計規(guī)范的規(guī)定,同時參考使用國際通用的一些標準。采用國內(nèi)標準規(guī)范包括:(1)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》GB50160-92(1999年版);(2)《建筑設計防火規(guī)范》GBJ16-87(2001年版);(3)《建筑滅火器配置設計規(guī)范》GBJ140-90(1997年版);(4)《石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》SH3063-1999;(5)《高倍數(shù)、中倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50196-93;(6)《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50116-98;(7)《水噴霧滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50219-95;(8)《裝卸油品碼頭設計防火規(guī)范》JTJ237-99。參照采用的國際通用的標準包括:(1)NFPA59A《LNG生產(chǎn)儲存和運輸標準》;(2)EN1473《LNG設備與安裝》;(3)NFPA11A《中、高倍數(shù)泡沫消防系統(tǒng)》;(4)NFPA15《固定式水噴霧滅火系統(tǒng)》;(5)NFPA17《干粉消防系統(tǒng)》。5lng接收站及港區(qū)消防系統(tǒng)采用的藥劑LNG是一種深冷物料,其泄漏引起的火災多數(shù)為氣體火災,因此撲救LNG及天然氣火災一般選用BC類干粉滅火劑。水一般不用于撲救氣體火災,如把常溫的水噴射到深冷的LNG上將加劇其揮發(fā)而帶來更大的危險。而高倍數(shù)泡沫一般用于撲救LNG的流淌火災及控制LNG的揮發(fā)。噴霧水主要用于冷卻設備、閥門及控制火災的蔓延。因此,LNG接收站及碼頭消防系統(tǒng)選用的滅火劑主要包括:噴霧水:冷卻設備、閥門及控制火災的蔓延。BC類干粉:撲救LNG及天然氣火災。高倍數(shù)泡沫:控制LNG揮發(fā)及流淌火災。6消防站及消防系統(tǒng)LNG接收站及碼頭設置的消防系統(tǒng)主要包括:消防站、高壓海水消防系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)、高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)、消防冷卻水系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、滅火器和火災自動報警系統(tǒng)等。6.1lng接收站的規(guī)模LNG接收站及碼頭一般臨海建設,遠離城市,沒有可以依托的城市消防站及企業(yè)消防站。另外,考慮到消防自救的原則,LNG接收站應考慮設置企業(yè)消防站,其規(guī)模按小型普通消防站設置。消防站內(nèi)配備1輛搶險救援車、1輛干粉-泡沫聯(lián)用消防車、1輛急救車。同時配備一些消防裝備,如消防隊員個人防護裝備、破拆工具、通訊工具等。消防拖船一般利用碼頭附近的消防拖船。6.2消防水量計算LNG接收站和碼頭一般鄰近建設,因此同一時間的火災次數(shù)按1次計。LNG接收站及碼頭的消防水量由其兩者的最大消防用水量確定。接收站內(nèi)及碼頭各區(qū)域所需的消防水量見表3。由表3可知,接收站和碼頭消防用水量最大的區(qū)域為碼頭,其消防水量為1082m3/h。因此,接收站和碼頭的消防水量按1100m3/h設計。由于本文中所涉及的LNG儲罐為全容式鋼筋混凝土儲罐,其外層為鋼筋混凝土罐壁,頂蓋也采用鋼筋混凝土,因此對于罐壁及罐頂均不考慮設置消防冷卻水系統(tǒng),僅是對罐頂?shù)匿摻Y構、管道、儀表閥門、安全閥或其它閥門設置消防冷卻水系統(tǒng)。6.3消防水系統(tǒng)設置由于LNG接收站一般建在海邊,利用海水消防,可以降低對淡水儲備量的苛刻要求,還可以不受消防用水時間的限制。平時消防水管網(wǎng)用淡水保壓,消防時海水消防泵啟動向管網(wǎng)供水,消防后用淡水沖洗管網(wǎng),然后用淡水保壓。為了保證消防水系統(tǒng)的可靠性,需要對該系統(tǒng)進行定期測試。當接收站或碼頭有小型火災時,不希望啟動海水消防泵,因此一般在接收站內(nèi)設置1個消防水罐,其容積為消防測試泵供水一個小時的量。該消防水罐的淡水僅用于小型火災的撲救、消防系統(tǒng)的試驗及消防管網(wǎng)的清洗。6.4柴油、電動泵消防泵系統(tǒng)一般包括海水消防泵、消防測試泵及穩(wěn)壓泵。根據(jù)消防用水量的需要,設置3臺海水消防泵,2開1備。其中1臺電動泵,2臺柴油泵。每臺泵的流量為550m3/h,設計壓力為1.52MPa。接收站內(nèi)設置1臺淡水消防測試泵,采用電動泵,其流量為550m3/h,設計壓力為1.52MPa。接收站內(nèi)設置2臺穩(wěn)壓泵,1開1備,電動驅動。每臺泵的流量為57m3/h,設計壓力為1.52MPa。6.5dn400引橋式碼頭消防供水管接收站和碼頭一般共同設置1套高壓海水消防管網(wǎng)系統(tǒng)。接收站內(nèi)消防水管網(wǎng)形成環(huán)狀布置,消防水主管直徑為DN400,一般采用埋地敷設。根據(jù)《裝卸油品碼頭防火設計規(guī)范》(JTJ237-99)第6.2.12條的規(guī)定,引橋式碼頭在引橋或引堤上設置的消防供水管,可采用單根消防供水主管。因此碼頭的消防供水一般采用單根供水管,主管直徑為DN400。由于采用海水消防,因此應考慮消防水管網(wǎng)及設備的防海水腐蝕措施。6.6消火栓接口接收站和碼頭的室外消火栓選用公稱直徑為150mm(6″)的3出口濕式消火栓,每個消火栓帶2個80mm(3″)的消防水帶接口及1個150mm(6″)消防水泵接口。室外消火栓均沿道路布置,間距不大于60m。每個室外消火栓均配置一個室外消火栓箱,其安裝位置距消火栓不大于5m。每個室外消火栓箱內(nèi)一般配置2根80mm(3″)×30m消防水帶(帶快速接口),2支Φ19mm直流-噴霧水槍,2個備用的80mm(3″)快速接口用墊圈和1個消火栓扳手。6.7消防水炮接收站和碼頭一般設置有兩種消防水炮,包括固定式消防水炮和遠控消防水炮。6.7.1消防水炮的工況接收站的工藝區(qū)和蒸發(fā)氣壓縮機區(qū)內(nèi)設置固定式消防水炮,設置目的是為了保護處理LNG或天然氣的設備。消防水炮的進口壓力為0.68MPa時,其額定流量為1900L/min(114m3/h),其噴嘴為直流-噴霧兩用噴嘴。消防炮為手動操作,其水平回轉角度為360°,俯仰角為-15°～+75°。6.7.2消防冷卻水lng船冷卻水在碼頭設置2個高架遠控消防水炮,消防水炮設置在高架炮塔上,設置目的是為向著火的LNG船提供消防冷卻水。消防水炮的進口壓力為0.7MPa時,其額定流量為3600L/min(216m3/h),其噴嘴為直流-噴霧兩用噴嘴。遠控消防水炮可在碼頭控制室遙控操作。6.8水噴霧系統(tǒng)的控制碼頭高架消防水炮的炮塔、從碼頭到棧橋的緊急疏散通道、碼頭甲板上的閥門匯集區(qū)、LNG罐頂?shù)匿摻Y構、管道、儀表閥門、安全閥或其它閥門需要設置固定式水噴霧系統(tǒng)。各水噴霧系統(tǒng)的噴霧強度均選用10.2L/min·m2。所有水噴霧系統(tǒng)均為自動控制,同時具有遙控和就地控制的功能?；馂奶綔y器探測到火災信號后,傳輸信號至火災報警控制盤,通過火災報警控制盤的聯(lián)鎖控制信號啟動雨淋閥,從而開啟水噴霧系統(tǒng)。6.9水幕系統(tǒng)的設置根據(jù)《裝卸油品碼頭防火設計規(guī)范》(JTJ237-99)第6.2.9、6.2.10條的規(guī)定,在碼頭裝卸臂前沿設置一套水幕系統(tǒng),水幕系統(tǒng)的噴水強度為1～2.0L/s·m。水幕系統(tǒng)采用自動控制,同時具有遙控和就地控制功能?；馂奶綔y器探測到火災信號后,傳輸信號至火災報警控制盤,通過火災報警控制盤聯(lián)鎖控制信號啟動雨淋閥,從而開啟水幕系統(tǒng)。6.10泡沫原液與高級數(shù)泡沫發(fā)生器碼頭、LNG罐區(qū)和工藝裝置區(qū)的LNG事故收集池均需要設置高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)的設置目的是控制泄漏到LNG收集池內(nèi)的LNG的揮發(fā)及發(fā)生流淌火災。設計泡沫混合液供給強度為7L/min·m2,泡沫混合液供給時間為40min。泡沫原液選用3%的高倍數(shù)泡沫原液。選用發(fā)泡倍數(shù)為300～500倍的高倍數(shù)泡沫發(fā)生器,其額定流量為4L/s。高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)采用自動控制方式。每個LNG收集池設置至少3個低溫探測器,當有2個低溫探測器探測到有LNG泄漏到收集池后,或火焰探測器探測到火災信號后,由火災報警控制盤聯(lián)鎖控制啟動雨淋閥,從而啟動高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng),向收集池內(nèi)噴射泡沫混合液。6.11防火設備及控制方式LNG儲罐罐頂?shù)尼尫砰y處設置固定式干粉滅火系統(tǒng),用于撲救該處的火災。碼頭上也設置1套干粉滅火裝置,用于撲救此處的氣體火災。系統(tǒng)采用自動控制方式。系統(tǒng)設置100%的備用量。6.12干法控制設施碼頭、LNG罐區(qū)及工藝裝置區(qū)內(nèi)配置8kgBC類手提式干粉滅火器;危險的重要場所,如BOG壓縮機房、碼頭等,增設50kgBC類推車式干粉滅火器。在儀表/電氣設備房間配置7kg手提式二氧化碳和25kg推車式二氧化碳滅火器。6.13盤與顯示盤設計接收站和碼頭設置1套火災報警系統(tǒng),火災報警系統(tǒng)由控制盤、探測器及手動報警按鈕等組成?？刂票P主要包括設置在主控室的火災報警主控盤;設置