LNG站消防设计探讨

1、LNG站消防设计探讨摘要 :目前我国尚无 LNG站消防设计规范， 笔者在新建 LNG站消防设计审查中，学习、借鉴美国、日本等发达国家的先进经验，协助设计单位提出了可行的LNG站消防设计对策。1、概述LNG液化天然气的缩写， 按照美国国家标准NFPA59A定义为：一种基本上是由甲烷构成的液态流体，含有微量的乙烷、丙烷、氮或通常在天然气中存在的其他成分。天然气主要来源于气田和油井伴生气，通常是作为燃料使用。由于其液化储运技术要求较高，所以国内一直是近距离管道输送，资源浪费严重。发达国家很早就将天然气进行液化储运，应用于生活、工业、汽车燃气等各个行业。 1999 年上海引进法国工艺技术建成了第一个

2、LNG站，作为城市燃气的备用气源。 2000 年淄博引进日本技术建设了 LNG 气化站，主要供应工业生产用气。由于目前我国未出台 LNG站消防设计规范，笔者结合淄博 LNG站消防设计审查经验，提出一点浅见，供同行及设计人员参考。2、设计依据探讨1、1 目前国内相关规范1、石油化工企业设计防火规范 （1999 年修订版） GB50160-922、城镇燃气设计规范（1998 年版） GB50028-933、建筑设计防火规范（1997 年修订版） GBJ16-874、建筑防雷设计规范GB50057-945、爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-926、建筑灭火器配置设计规范GBJ140-

3、907、火灾自动报警系统设计规范GB50116-988、石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范SH3004-19992、2 国外有关规范1、美国国家标准NFPA59A液化天然气（ LNG）生产、储存和装卸标准 （1996 年版）2、日本部颁标准KHK4一般高压瓦斯保安法则 （平成 6 年修订版）2、3 适用规范探讨由于目前国家尚未出台LNG 站消防设计规范或标准，现对以上列出的有关规范的适用性作如下分析：城镇燃气设计规范（1998 年版）（以下简称燃规）第 102 条规定：本规范适用于新建、 扩建或改建的城镇燃气工程和装置设计。另据燃规名词解释，城镇燃气是指符合本规范燃气质量要求的，供

4、给居民生活、公共建筑和工业企业生产作燃料用的，公用性质的燃气。一般包括天然气、液化石油气和人工煤气。 燃规第六章对液化石油气储运供应做了明确规定，但对液化天然气未作说明。石油化工企业设计防火规范（1999 年修订版）（以下简称石化规）第 102 条规定：本规范适用于以石油、天然气及其产品为原料的石油化工新建、扩建或改建工程的防火设计。 石化规对液化烃的储运设计做了明确规定。另据石化规名词解释，液化烃指的是 15时蒸汽压大于 0、1MPa 的烃类液体及其他类似的液体。 应包括液化天然气。淄博新建 LNG 站属液化天然气气化、供气站，向周围企业、居民提供工业与民用天然气，应属城镇燃气范围，但燃规对

5、液化天然气储运供应设计未作规定。本着无明确规范执行相近规范的原则，可执行石化规。该工程 LNG 储罐储存条件为 0、3MPa（绝）、-145，按照燃规规定应属于 “半冷冻式储罐 ”。但石化规把液化烃储罐分为两类， “全压力式储罐 ”和“全冷冻式储罐 ”，没有 “半冷冻式储罐 ”。为此，设计组专门向石化规国家标准管理组进行了请示，得到明确答复： “液化烃半冷冻式储罐可参照石化规对液化烃全压力式储罐的要求进行防火设计 ”。综上所述，淄博新建LNG 站工程的消防设计主要依据石化规有关条款，其他专业规范均参照执行。美国、日本规范标准对 LNG 站的储罐、电器仪表、工艺设施、安全消防均作了详细规定，虽不

6、能作为设计依据，但可以借鉴参考。3、灾危险性分析3、1LNG火灾危险性分析淄博的液化天然气来源于中原油田，主要组分为（体积百分比 V%）：甲烷 93.609；乙烷 4.1154；丙烷 1.1973；其它组分（丁烷、戊烷、氮、二氧化碳等） 1.0783。物性参数：分子量：17.3；气化温度： -162.3；液相密度： 447kg/m3；气相密度 0.772kg/Nm3（标方： 15、1 个大气压）；液态 / 气态膨胀系数：612、5m3/m3（15.5）；燃点： 650；热值： 9260Kcal/Nm3；气化潜热： 121Kcal/kg；储存条件：温度 145；压力 0、 3MPa（绝）。天然气

7、闪点为 482632，与空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限（V%）为 3.66.5，爆炸上限（V%）为 1317，最大爆炸压力 6.8Kg。天然气火灾有以下特点： 火灾爆炸危险性大； 火焰温度高、辐射热强；易形成大面积火灾；具有复燃、复爆性。3、2 主要设备火灾危险性3、2、1LNG储罐LNG储罐为 100m3 卧式真空粉末绝热低温储罐，双层结构，内胆材料为 0Cr18Ni9（不锈钢， 0 代表含碳量不足 1%，18 代表含铬量为 18%， 9 代表含镍量为 9%），其化学成分、含量与美国（ ASTM）304 钢以及日本（ JIS）SUS304钢的成分基本相同，外壳材料为Q235A（Q235

8、A 是国内型钢的一种牌号，也叫A3 刚，国外又称 304L 钢材）。内胆与外壳之间填充珠光砂并抽真空绝热，内胆外面包一层弹性绝热材料以防止珠光砂沉积压实造成的绝热性能下降。其最大的危险在于绝热性能下降，因为 LNG 是低温深冷储存，一旦绝热性能下降，储罐压力剧增，会造成储罐破裂事故。3、2、2 气化器气化器有冬季使用的水浴式气化器和其他季节使用的空浴式气化器两种，其主要作用是 LNG流经气化器换热发生相变，转化为气体并提高温度，经过调压器调至 0.4MPa（绝）后进入管网，然后送给用户。因为进入气化器的是液化天然气，在气化之前一旦发生泄漏极易造成火灾爆炸事故。3、2、3BOG储罐钢制储罐，用来

9、储存 LNG储罐罐顶蒸发气体（ Boiloffgas）。该罐主要用来平衡 LNG储罐的压力，一旦 LNG储罐温度发生波动，气化出的气体便进入该罐。因此 BOG储罐应有配套的液化回收系统或放空设施，避免超压造成泄漏事故。3、3 工艺火灾危险性本工艺装置的火灾危险性为甲类， 装置区内的大部分区域为爆炸危险 1 区。工艺流程比较简单， LNG 用槽车运至气站后卸入储罐，气化、加臭、计量后进入管网送给用户。主要火灾危险有以下几点：3、3、1LNG运输中的分层和涡旋问题LNG 是一种多组分混合物，温度和组成的变化会引起密度变化，继而引起分层和涡旋，表面蒸发率剧增（涡旋时的蒸发率比正常状态要大20 倍），

10、引起槽车内压力骤增造成泄漏事故，1971 年意大利曾发生过类似事故。3、3、2LNG泄漏问题由于 LNG是低温深冷储存， 所以它的泄漏与一般液化烃有所不同。LNG一旦从储罐或管道中泄漏，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。LNG 泄漏冷气体在初期比周围空气浓度大，易形成云层或层流。气化量取决于土壤、大气的热量供给，刚泄漏时气化率很高，一段时间后趋近于一个常数，这时的 LNG泄漏到地面上会形成一种液流。4、消防设计探讨4、1 总平面布局站址选择及总平面布置均参照石化规有关要求执行。4、1、1

11、 站址选择站址应处于全年最小频率风向的上风侧，站内应平坦，通风良好，便于 LNG的扩散。距离公共建筑及民用建筑均应大于120 米（日本规范分别为 98.3 米和 65.6 米）。4、1、2 总图布置在满足工艺流程的前提下，应合理布置功能分区，储存区、生产及辅助区和办公区应分开设置。综合考虑防火间距、消防车道及防火防爆要求。4、2 建筑结构（耐火等级）站内建构物均应按建筑设计防火规范进行设计，其耐火等级、层数、长度、占地面积、防火间距、防爆及安全疏散均按规范要求进行设计；建构筑物墙、楼板、柱、梁、吊顶的选材和结构均需满足规范规定的强度、耐火、防爆要求。建构筑物及重要设备的联合平台，均应设置两个以上的安全疏散口；生产装置内的承重钢框架、支座、裙座、管架等按规范要求涂覆耐火层保护，耐火层的耐火极限不低于 1.5 小时。由于 LNG 的特殊性质，站内建构筑物及重要设备支架除应满足相应的耐火等