1、1液化天然气全冷冻式储罐的消防冷却设计摘要：根据国内现有规范, 对液化天然气( LNG) 全冷冻式储罐的消防冷却设计进行了阐述, 并介绍了某项目液化天然气（LNG）储罐固定式消防冷却喷淋水和固定式高倍泡沫局部应用灭火系统的设计。 关键词：天然气 储罐 消防安全 技术标准 中图分类号： U473.2+4 文献标识码： A 文章编号： 引言 LNG 是液化天然气英文名称 liquefied 化冷却而成的深冷液体，常压沸点为162，其密度为标准状态下天然气的 600 多倍，体积能量为汽油的 72，输送和储存十分便利。目前，LNG 已成为我国一门新兴的工业而得到迅速发展。 1、液化气的储存 气态天然气
2、经深冷液化(其体积缩小为原来的 1/625)后进行罐装储存，可以大大提高储存效率。液化气储存方式的选择是其储存设计中首先要考虑的问题，影响储存方式的因素很多，例如，储存量、液化气进液速度及频率、进液和输出方式、所储存液化气的物理性质和热力学性质、建设投资及各种储存方式所需的运行管理费用等。目前，液化气储存方式主要有两种，一种是压力储存，包括常温压力储存和低温压力储存;另一种是常压低温储存。在设计液化气低温储罐时，一般根据液化气储罐的储存能力来选择最佳的储存方式。 22、低温常压储存 低温常压储存是将液化气的温度降到使其饱和蒸气压接近常压时的温度进行储存。将储存温度降到其沸点温度以下，并保持冷冻
3、状态，储罐操作压力按稍高于常压来设计，可以大大降低壁厚，这是目前较为先进的液化气储存方式。与压力储存相比，低温常压储存压力低，安全性能好，储存时液化气处于冷冻状态，液体挥发较慢，储罐中气相空间少，因此还能大大增加液化气的储存量，特别适合大容量储存。在 20 世纪50-60 年代，经济安全的常压低温储存技术就已经开始在一些发达国家应用，发展至今，该技术已经日趋成熟，储罐的单罐体积也在不断地向大型化发展。 3、保温层结构 保温层是储罐保证液化气处于深冷状态的主要结构。对于液化气储罐顶部的隔冷保温设计，因保温材料无需承受设备和液化气的压力(仅承受保温材料自身的重量)，一般的隔冷保温材料抗压强度均可满
4、足要求。通常选用膨胀珍珠岩散料自然堆积作为顶部的保温材料。液 化气侧壁的隔冷保温，则要针对不同储罐的特点采用相应的保温材料及结构。单壁罐选用轻质的聚氨酷发泡料附着在罐壁周围作为其保温层，保温材料发泡一次成型。双壁金属储罐和预应力混凝土罐选择膨胀珍珠岩为其侧壁保温材料。薄膜罐则采用高强度的玻璃纤维硬质聚氨酷泡沫。对于液化气储罐底部保温材料和隔冷结构设计，不但要保证储罐的冷损失率降至最小，而且保温材料抗压强度还要能支撑内罐、液化气和上部保温材料的总重量。在设计建造中，根据储罐底部不同部位承受压力不同及最大3限度降低冷损失率的原则，可将底部隔热保温结构分成周边圈梁和核心隔热两部分，采用不同的隔热保温
5、材料。周边圈梁是承受储罐设备及液化气重量的主要构件，因而对其隔热保温材料的强度要求相对较高，材料的导热系数可以稍大一些，建造中通常会采用强度相对较大的珍珠岩混凝土作为圈梁保冷材料。珍珠岩混凝土在使用前，需调配试验珍珠岩与混凝土的比例，以满足设计所要求的抗压强度和导热系数。对于底部核心部分保温材料，目前使用较多的是泡沫玻璃，与珍珠岩混凝土相比，泡沫玻璃无需再加工和测试即可直接进行施工，在技术上完全能满足储罐核心隔热部分的设计要求。 对于液化天然气生产、储存和装运工程的消防设计，一直以来国内没有专门的消防规范，本文结合工程实际，对液化天然气（LNG）储罐的固定式消防冷却喷淋水和固定式高倍泡沫局部应
6、用灭火系统的设计思路及计算进行叙述，以供参考。 某工程的装置分为主生产装置、辅助生产装置与公用工程。主生产装置包括处理规模为 100104N/d 液化装置区、压缩机厂房；辅助生产装置包括 1 座 2000 的 LNG 储存罐区、火炬系统和 LNG 灌装系统；公用工程包括变电和配电、仪表工程、消防工程、仪表风等。 4、消防给水和灭火设施设计说明 (1)消防水量计算说明 根据建筑设计防火规范822 条，厂区占地面积小于 100hm2 的工厂同一时间内按发生一次火灾考虑。故本项目的消防水流量及储水4量按 1 次火灾的需求量设计。LNG 储存罐区的消防用水量为本工程最大消防水量。罐区内设有 1 座罐容
7、为 20000m3 的 LNG 储罐，此 LNG 低温常压储罐参照石油天然气工程设计防火规范855 条进行消防设计。(2)消防水量计算书 参照石油天然气工程设计防火规范855 条、856 条，此LNG 储罐应设有固定消防冷却水系统、辅助水枪或水炮；1046 条，罐区集液池设有固定式高倍泡沫局部应用灭火系统；857 条，消防冷却水连续供水时间为 6h。根据泡沫灭火系统设计规范635 条，高倍泡沫灭火系统连续供给时间不宜小于 40min。详细的消防用水计算如下。 a、固定式高倍泡沫局部应用灭火系统水量计算 本工程在 LNG 储存罐区的集液池设置固定式局部应用高倍数泡沫灭火系统，集液池体尺寸 4m（
8、L）4m（w）4m（h） ，高倍数泡沫混合液混合比为 3集液池设计参数见表 1。 集液池设置 1 台固定式水轮式高倍数泡沫发生器 pfs4。该发生器采用压力水驱动发生器中的水轮机作为风扇的动力，每台混合液流量为120240/min，发泡量为 48120m3/min，发泡倍数为 400500 倍。按 1 次火灾考虑，高倍数泡沫灭火系统用水量为 388L/s，储水量约为93m3。 5b、LNG 储罐区消防冷却水量计算 LNG 储罐规格：外壁直径 40m，外壁高度 247m，拱顶高度 672m。消防冷却水量计算结果见表 2。 则该罐区总的消防冷却设计流量约为 2972L/s，所需消防水量约为6418
9、56m3，取 6430m3。 (3)高倍数泡沫量计算 根据 1221 节计算结果，储罐区集液池泡沫混合液用量为96m3，高倍数泡沫混合液混合比为 3，则高倍数泡沫用量为0288m3。 5、关于“高倍数泡沫系统全部覆盖罐区围堰”的讨论 由于目前没有针对 LNG 生产、储存和装运此类工程专门的消防规范，本设计主要参照石油天然气工程设计防火规范进行消防设计。参照该规范 1046 条要求：“液化天然气站厂应配有移动式高倍数泡沫灭火系统” ， “液化天然气储罐总容量大于或等于 3000m3 的站厂，集液池应配固定式全淹没高倍数泡沫灭火系统” ，未要求整个储罐区配置固定式全淹没高倍数泡沫灭火系统。 假设整
10、个储罐区配置固定式全淹没高倍数泡沫灭火系统。整个储罐围堰区面积为 6850m2，按照泡沫灭火系统设计规范635 条规定，泡沫混合液供给强度不宜小于 72/（minm2） ，泡沫连续供给时间不宜小于 40min。事故时，高倍数泡沫混合液流量为 822/s，泡沫混合液用量为 19728m3；当泡沫混合液混合比为 3（高倍数泡沫液含量为63）时，配制泡沫混合液的水量为 797/s，如此大流量的水伴随着泡沫喷洒到 LNG 上，是否会引起液化天然气加速蒸发，形成蒸气云，也需引起高度重视。高倍数泡沫液储存量经计算为 5918m3，考虑一定的余量后，需要配置 60m3 的高倍数泡沫液储罐及相应的泡沫比例混合
11、器，以及 100 多台泡沫混合液流量为 8/s 的水轮式高倍数泡沫发生器。并且，从网上及相关消防设备厂家了解，目前水轮式高倍数泡沫发生器的泡沫喷射距离都不大，基本在 1m 之内，而储罐区东西、南北向距离为 90m，如何快速将泡沫覆盖全罐区，并且使泡沫层达到 12m 的有效高度，也是一个问题，如果遇上大风或雨天，则更加困难。 结束语 经济发达地区资源匮乏，天然气需求较大，且在城市燃气、发电、化工等应用方面已具备完善的基础设施，形成发展液化天然气产业的有利条件，近年来中国 LNG 项目得到了迅速发展。然而其具有易燃易爆、低温特性和易膨胀扩散性，其储运过程中的安全性问题始终不容忽视。 参考文献 1韩显军:液化石油气冷冻储罐的结构及技术经济分析，煤气与热力，2000,20 (2) 2王硕:大型地下深冷双壳储罐在国内应用的探索，石油化工设计，2004,21 (3)。 3刘岩邹强:液化气低温常压储罐结构，油气田地面工程，2002,21 (3) 4李雨康:LNG 船储罐保冷技术概述，上海造船，2002(2). 7
