目前LNG已成為無法使用管輸天然氣供氣城市的主要?dú)庠椿蜻^渡氣源，也是許多使用管輸天然氣供氣城市的補(bǔ)充氣源或調(diào)峰氣源。文章分析了中小型LNG儲罐的特點(diǎn)和消防設(shè)計(jì)要求，并對LNG儲罐提出了相應(yīng)的泄漏和滅火對策。
LNG是具有沸點(diǎn)低、易氣化的特點(diǎn)，一旦從儲罐中泄漏至大氣，體積將膨脹600倍；同時(shí)，LNG儲罐存儲數(shù)量大，一旦發(fā)生火災(zāi)，將產(chǎn)生巨大危害，因此LNG儲罐的消防設(shè)計(jì)研究極其重要。本文LNG儲罐消防設(shè)計(jì)的研究適用于液化天然氣總儲存容積不超過2000m3的城鎮(zhèn)液化天然氣供應(yīng)站工程設(shè)計(jì)。
1 中小型LNG儲罐分類
LNG儲罐一般可按容量、隔熱、形狀及罐體使用的材料進(jìn)行分類：（1）按儲罐容量分類：容量為5～50m3為小型儲罐，用于居民用LNG氣化站，中型儲罐容量一般為50～100m3，通常采用多臺儲罐單排或雙排布置，用于工業(yè)用LNG氣化站等場合；（2）按維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱分類：小型LNG儲罐一般采用真空粉末隔熱，可以控制LNG大氣環(huán)境下日蒸發(fā)率，使儲罐內(nèi)LNG不會被迅速氣化。中型儲罐一般采用正壓堆積隔熱；（3）按儲罐的形狀分類：中小型的儲罐一般采用球形罐；（4）按罐的材料分類：中小型儲罐一般采用雙層金屬材料。一般內(nèi)罐采用耐低溫的不銹鋼或鋁合金，外殼采用黑色金屬，目前采用較多的壓力容器用鋼。
2 消防設(shè)計(jì)要求
2.1 主要參考規(guī)范
目前，LNG氣化站設(shè)計(jì)中使用的主要規(guī)范是《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50028-2006），其次是《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2014），規(guī)范中對LNG儲罐及放散總管與站內(nèi)外建、構(gòu)筑物的防火間距及消防設(shè)計(jì)系統(tǒng)等都列出了具體的要求。對于大中型以上LNG站場布置及消防要求主要參考《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50138-2004）。消防設(shè)施的設(shè)計(jì)主要參考《固定消防炮滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50338-2003）、《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50084-2005）等。
2.2 總平面布置
LNG氣化站應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，遵循現(xiàn)有國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和法律法規(guī)的要求，合理劃分生產(chǎn)區(qū)、儲存區(qū)、生產(chǎn)輔助設(shè)施區(qū)和行政辦公區(qū)。由于LNG的特殊性質(zhì)，美國標(biāo)準(zhǔn)NFPA最早在2001年明確提出了LNG站內(nèi)應(yīng)按規(guī)范要求分區(qū)布置，并設(shè)置防護(hù)堤、攔截墻和泄流系統(tǒng)等儲罐的維護(hù)結(jié)構(gòu)，且維護(hù)結(jié)構(gòu)必須采用壓實(shí)土、混凝土、金屬等耐低溫材料建造。我國《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50028-2006）也對生產(chǎn)區(qū)的布置位置、圍墻的高度、消防車道和安全出口的位置都明確了相應(yīng)的規(guī)定。
2.3 建筑與結(jié)構(gòu)的耐火等級
LNG氣化站在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)、儲存的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性確定各建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)形式、耐火等級、防火間距、建筑材料等。各建、構(gòu)筑物的設(shè)置位置、抗震設(shè)防要求等符合站址的地震安全性評價(jià)報(bào)告及巖土工程勘察報(bào)告的結(jié)論以及規(guī)范的要求。對于建、構(gòu)筑物及鋼結(jié)構(gòu)的耐火保護(hù)可采取涂耐火材料等措施，耐火涂料厚度應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的耐火極限，以滿足消防、安全的需要。由于LNG的儲存溫度很低，站內(nèi)建、構(gòu)筑物及重要設(shè)備支架不僅要滿足相應(yīng)的耐火等級，材料的物理特性還應(yīng)適應(yīng)在低溫條件下工作。當(dāng)圍欄中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的儲罐時(shí)，儲罐的地基應(yīng)能與低LNG接觸時(shí)不遭到破壞或者采取措施防止與LNG直接接觸。
2.4 圍堰區(qū)和排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)
LNG儲罐周圍需要設(shè)置圍堰，以使儲罐發(fā)生的事故對周圍設(shè)施造成的危害降低到最小程度。儲罐的圍堰區(qū)必須滿足最小允許體積，對于單個(gè)儲罐的圍堰區(qū)，其最小允許體積就是充滿儲罐的液體總體積。對于多個(gè)儲罐：當(dāng)有相應(yīng)措施來防止由于單個(gè)儲罐泄漏造成的低溫或火災(zāi)引發(fā)其他儲罐泄漏時(shí)，圍堰區(qū)最小允許容積為圍堰區(qū)內(nèi)最大儲罐充滿時(shí)的液體總?cè)莘e；當(dāng)沒有相應(yīng)措施來防止由于單個(gè)儲罐泄漏造成的低溫或火災(zāi)引發(fā)其他儲罐的泄漏時(shí)，圍堰區(qū)最小允許容積為圍堰區(qū)內(nèi)全部儲罐充滿時(shí)的液體總體積，圍堰區(qū)還應(yīng)設(shè)有排除雨水設(shè)施。圍堰表面的隔熱系統(tǒng)不僅要達(dá)到規(guī)范規(guī)定的耐火限的要求，還應(yīng)能承受在事故狀態(tài)下的熱載荷和機(jī)械應(yīng)力載荷，圍堰高度一般為1.0m。
一般每個(gè)儲罐的液相管上設(shè)兩個(gè)緊急切斷閥，發(fā)生意外時(shí)自動切斷儲罐與外界的通道，防止LNG泄漏。兩個(gè)切斷閥之間設(shè)有安全閥，管道內(nèi)的液體受熱大量氣化時(shí)，安全閥打開，以防超壓造成事故。儲罐內(nèi)罐設(shè)有安全放空閥，與火炬連通；外罐設(shè)有泄壓設(shè)施，可以將放空氣體引至高處集中放散。
2.5 檢測裝置
2.5.1 液位檢測裝置。LNG儲罐應(yīng)當(dāng)設(shè)置兩套獨(dú)立的液位測量裝置，在選擇測量裝置時(shí)要考慮密度的變化，這些液位計(jì)應(yīng)在不影響儲罐正常運(yùn)行時(shí)可以更換。LNG儲罐應(yīng)當(dāng)設(shè)置高液位報(bào)警器和高液位進(jìn)料切斷裝置，容量為265m3及以下的儲罐，如果在裝料操作時(shí)有人看管，允許設(shè)置一個(gè)液位測試閥門代替高液位報(bào)警器，并允許手動切斷進(jìn)料。當(dāng)檢測出有LNG泄露并經(jīng)過確認(rèn)后，開啟消防水管上的噴淋控制閥，啟動消防滅火
系統(tǒng)。
2.5.2 壓力檢測裝置。LNG儲罐的內(nèi)部壓力控制是最重要的防護(hù)措施之一，每個(gè)LNG儲罐都應(yīng)當(dāng)安裝壓力表。
2.5.3 真空檢測裝置。真空檢測裝置能檢測LNG儲罐是否出現(xiàn)真空，如果出現(xiàn)真空，安全裝置應(yīng)能及時(shí)地向儲罐內(nèi)部補(bǔ)充LNG蒸汽。
2.5.4 溫度檢測裝置。LNG氣化站內(nèi)應(yīng)設(shè)置低溫檢測裝置，用來幫助控制溫度或作為檢查和校正液位計(jì)的手段。當(dāng)檢測到有LNG泄漏時(shí)，自動開啟相應(yīng)的消防滅火系統(tǒng)。 2.6 LNG儲罐區(qū)消防設(shè)施
儲罐區(qū)消防設(shè)施主要包括消防水系統(tǒng)（LNG儲罐罐頂鋼結(jié)構(gòu)平臺等）、高倍數(shù)泡沫滅火（LNG收集池）、化學(xué)干粉滅火（LNG罐頂釋放閥）。
2.6.1 消防水系統(tǒng)。在LNG儲罐區(qū)應(yīng)提供消防水源和消防水系統(tǒng)，保護(hù)和冷卻LNG儲罐，并控制尚未著火的LNG泄漏和溢流。LNG氣化站內(nèi)設(shè)有消防水池，固定式噴淋裝置設(shè)于LNG儲罐頂部，消防水池的容量一般按火災(zāi)持續(xù)時(shí)間按6h計(jì)算；但對于總儲存容量小于200m3且單罐儲存容量小于或等于50m3的儲罐或罐區(qū)，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間可按3h計(jì)算，并且應(yīng)能滿足該工藝系統(tǒng)中其他固定消防系統(tǒng)同時(shí)使用時(shí)對消防水量的要求。
2.6.2 高倍數(shù)泡沫滅火。為了有效地控制泄漏的LNG流淌火災(zāi)，高倍數(shù)的泡沫可以用來抑制LNG產(chǎn)生的火焰擴(kuò)散并降低火焰的輻射。著火時(shí)降低LNG熱輻射值，使液化天然氣安全氣化，避免產(chǎn)生危險(xiǎn)。采用高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)是使受熱迅速蒸發(fā)的LNG穿過泡沫上升，不在地面擴(kuò)散，減少熱量的傳遞和輻射并控制火災(zāi)的規(guī)模，從而使燃燒停止，降低滅火的難度。
高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)通常設(shè)置在LNG儲罐集液池、輸送管線、泵、液化和汽化用的換熱器、LNG輸送區(qū)。低溫探測器探測有LNG泄漏到集液池后，自動開啟高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，向收集池內(nèi)噴射泡沫混合液。一般LNG集液池周圍既設(shè)有固定式高倍泡沫滅火裝置，又設(shè)有移動式高倍泡沫滅火裝置。高倍數(shù)泡沫滅火由于受容量和價(jià)格的限制，并不是撲滅LNG火災(zāi)最好的辦法。
2.6.3 化學(xué)干粉滅火。化學(xué)干粉滅火劑滅火原理：化學(xué)干粉滅火劑是通過干粉與LNG火焰接觸時(shí)產(chǎn)生的中段燃燒反應(yīng)鏈和減少氧含量的物理化學(xué)作用滅火的。LNG儲罐區(qū)的干粉滅火系統(tǒng)一般安裝在罐頂釋放閥。如果化學(xué)干粉滅火劑噴到了不均勻的表面，LNG液面有可能被再次點(diǎn)燃，同時(shí)操作人員對滅火器使用熟練，可以大大較少滅火劑的用量，所以需要操作人員經(jīng)過良好的訓(xùn)練，在操作滅火器時(shí)不會慌亂地將火星噴出火焰區(qū)。在考慮LNG儲罐滅火系統(tǒng)時(shí)，滅火劑的數(shù)量應(yīng)當(dāng)充足，而滅火劑的數(shù)量與著火面積以及火災(zāi)區(qū)建筑物結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。對于一些重點(diǎn)防火的地方，需要安裝固定的滅火系統(tǒng)。固定的滅火系統(tǒng)可以迅速啟動滅火，而移動的滅火器則有一定的操作時(shí)間。高濃度的化學(xué)干粉滅火劑也有可能對人員造成傷害，所以對于固定式滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一般是先發(fā)出警報(bào)，將滅火系統(tǒng)適當(dāng)延遲啟動，使人員有時(shí)間撤離。
3 泄漏與滅火對策
（1）借鑒國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，可有效控制LNG流淌火災(zāi)。目前較多采用3%的高倍數(shù)泡沫發(fā)生液，發(fā)泡量為100～200m3/min，可以使LNG在小范圍內(nèi)安全的氣化，避免產(chǎn)生流淌火災(zāi)；（2）及時(shí)切斷氣源，如果不能及時(shí)堵住泄漏，讓泄漏氣體穩(wěn)定燃燒，防止大量擴(kuò)散導(dǎo)致二次危害；（3）LNG立式儲罐較高，常壓下普通消防水炮不能噴淋到LNG儲罐上部，如果采用高壓消防水系統(tǒng)勢必提高對消防設(shè)施、電力和水源的要求，城鎮(zhèn)燃?xì)庵行⌒蚅NG氣化站不具備此條件，因此通常采用在LNG儲罐頂部設(shè)置固定式噴淋裝置，筒體上部均勻分布多層環(huán)形噴淋管道，并且在罐區(qū)四周布置泡沫滅火系統(tǒng)或滅火器輔助滅火；（4）LNG臥式儲罐筒體部分的具有雙層密閉結(jié)構(gòu)，一般筒體部分并不會有LNG泄出燃燒，及時(shí)將封頭一端泄漏的LNG安全氣化就不會在儲罐組防護(hù)墻內(nèi)大面積流淌。《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5008-2006）要求著火時(shí)，著火罐噴淋強(qiáng)度按其全表面積計(jì)算，相鄰罐按一半的噴淋面積計(jì)算，設(shè)計(jì)復(fù)雜，所以采用多功能的消防水炮布置在罐區(qū)四周更為合理。
4 結(jié)語
為了將LNG儲罐泄漏造成的危害降至最低，應(yīng)設(shè)置LNG泄漏和溢出的檢測及控制的消防安全設(shè)施，對于中小型LNG氣化站罐區(qū)消防設(shè)施設(shè)計(jì)，對于LNG立式儲罐，在儲罐頂部和上部安裝固定噴淋裝置，筒體上部均勻分布多層環(huán)形噴淋管道，保證儲罐得到全面的噴淋保護(hù)，有效保證儲罐的安全。對于LNG臥式儲罐采用多功能消防水炮噴淋更為合理，充分利用了消防水炮射程遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
