浅谈北城LNG应急调峰气源工程消防设计

陈刚，肖云江，杨笑琴

（1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074；

2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230001）

1 液化天然气溢出性质

当LNG倾倒至地面上时（例如事故溢出），最初会猛烈沸腾，然后蒸发速率将迅速衰减至一个固定值，该值取决于地面的热性质和周围空气供热情况。当溢出发生在水上时，水中的对流非常强烈，足以使所涉及范围内的蒸发速率保持不变。LNG的溢出范围将不断扩展，直到气体的蒸发总量等于泄漏产生的液态气体总量。最初蒸发气体的温度几乎与LNG的温度一样，其密度比周围空气的密度大。这种气体首先沿地面上的一个层面流动，直到气体从大气中吸热升温后为止。

2 消防系统设计

2.1 总图消防设计

本站总图设计参照《建筑设计消防规范》、《城镇燃气设计规范》等规范的要求和规定执行,合理规划LNG应急气源站各功能分区，使总图设计在满足安全生产的条件下，做到节约用地、降低能耗、节省投资、保护环境。

本设计中生产区四周设有4m宽环形消防通道，在北侧生产区和办公区各设一个对外出入口，大门采用电动推拉大门，站区西北侧设一消防水池。

2.2 给排水消防设计

2.2.1 消防用水量设计

2.2.1.1 LNG储罐喷淋消防用水量

本工程室外消防保护对象为有效容积10000m3液化天然气（LNG）低温常压储罐，储罐为常压储罐。参照《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》（GB/T20368-2006）和《 石油天然气工程设计消防规范》（GB 50183-2004）的相关规定，本LNG常压低温储罐固定式消防冷却系统参照《石油天然气工程设计消防规范》第8.5.5条全冷冻式液化石油气储罐的喷淋强度执行。因此，LNG储罐的冷却喷淋强度采用罐顶 4L/mim·m2,罐壁2L/mim·m2。 LNG罐的消防冷却水量为106L/s。

2.2.1.2 LNG储罐区辅助水枪和水炮用水量

根据《石油天然气工程设计消防规范》（GB50183-2004）第8.5.6条规定，本10000m3液化天然气（LNG）低温储罐区辅助消防用水量为45L/s。

2.2.1.3 LNG储罐区消防富裕水量

根据《石油天然气工程设计消防规范》（GB50183-2004）第10.4.5条规定，本10000m3液化天然气（LNG）低温储罐区为消防用水考虑富裕量为56L/s。

2.2.1.4 消防用水总量

本10000m3液化天然气（LNG）低温储罐区消防用水总量采用储罐喷淋用水量、辅助水枪用水量、富裕量之和确定，为207L/s。

2.2.1.5 消防延续时间

本LNG常压低温储罐固定式消防冷却系统参照《石油天然气工程设计消防规范》第8.5.5条全冷冻式液化石油气储罐的喷淋强度执行，消防延续时间按第8.5.7条确定为6h。

2.2.1.6 消防延续时间内总用水量

消防用水量为207L/s，消防延续时间为6h，因此消防总需水量为4471m3。

2.2.2 消防水池

本工程建设一个5000m3消防水池储水，采用站外合水路上的城市自来水管线补充供水。供水压力0.4MPa，供水管径DN100。

2.2.3 消防水泵房

消防水泵房采用半地下式，消防泵采用自灌式进水。消防水泵房内出水干管上设置安装有持压卸压阀管道，防止管网系统超压。同时，设置系统试验排水管道，用于水泵定时启泵试验。根据《石油天然气工程设计消防规范》（GB50183-2004）第9.1.1条规定，本工程LNG常压低温储罐区内电源供给不能保证该条款内一级负荷的要求，因此本工程消防泵采用消防电泵和柴油机消防泵组合的方式。

本工程消防电泵采用Q=100L/s，H=120m，N=132kW，共3台，消防时全开。本工程柴油机驱动消防泵采用Q=200L/s，H=110m，N=332kW，共2台，柴油机油箱储备消防6h用油量。

2.2.4 消防管网

厂区内消防管网成环状布置，管径DN350，在管网上设置8个SS100-1.6室外地消火栓并配置室外消火栓箱（内置消防水龙带及水枪）。管材为钢管，地下消防水管线环绕各功能区周围。消防水管线上按适合距离布置消火栓、消防水炮及其他消防设施。生产区消火栓间距不大于60m。消防水管线上设置切断阀，以保证某处消防水管线出现问题，不至于影响整个消防管网的使用，切断阀设置在每个消火栓之间，在任何时间均可单侧切断消防管网。

2.3 工艺消防设计

①工艺管线布置与总平面、竖向设计统一考虑，线路力求最短，管线之间、管线与构筑物之间在平面和竖向上相互协调，紧凑合理。

②低温管材采用奥氏体不锈钢（06Cr19Ni10），满足耐低温性能，焊接性能良好。

③配管设计限制液化天然气、天然气管内流速，减小管道静电聚集。

④工艺管道除必须采用法兰连接外，尽可能采用焊接连接。

⑤低温管道做保冷处理，常温架空管道采用防腐漆防腐。⑥管道局部设补偿，消除管道应力。

⑦低温管道和常温管道阀门、法兰、管件、垫片、螺栓等管道器材满足设计压力、设计温度要求。

⑧工艺管线设置紧急切断阀、安全阀满足事故状况下的紧急切断、安全放散要求。

⑨工艺管道手动放散设置满足管道事故检修要求。

⑩工艺管道压力显示及远传和温度显示及远传满足工艺需要。

⑪管道支架合理设计，部分适应管道变形，便于应力传递；部分限制管道应力传递；管道支架及管托设耐火保护。

⑫站内设备均设有低温联锁切断阀和安全阀，当设备运行参数低于设定值时，自动关闭有关设备。

2.4 电气消防设计

2.4.1 供电系统

本工程用电负荷按照《供配电系统设计规范》及对工艺生产重要性的要求，规定本工程的用电负荷为二级。由市政提供两路电源供电，两路电源一用一备，并在自动切换。

2.4.2 爆炸及火灾危险环境内电气设备选型

本工程站内的天然气的储存装置区、工艺装置区、装卸区均为有爆炸危险环境的场所，依据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的相关规定，结合燃气工程运行介质的特性、工艺过程特征、运行经验及释放源等因素，以上区域内非封闭建构筑物场所为爆炸危险环境中的“二区”场所。在有爆炸危险环境的场所，其电气设备的选型依据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的要求，选用相应的隔爆型设备。

2.4.3 防雷及接地装置的设计

依据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》、《建筑物防雷设计规范》的规定，本工程站内的爆炸危险环境的场所的设施，例如天然气储存装置、工艺装置装置、天然气装卸装置，属于“第二类防雷建构筑物”，其防雷、接地的设计严格按照以上规范的规定进行设计，其接地电阻设计要求为10Ω。

其它生产辅助建构筑物，依照《建筑物防雷设计规范》的规定，根据当地气象土壤环境、使用性质及重要性，确定建构筑物的防雷类别，设计时采用符合规范规定的相应的防雷及接地方式。

2.5 仪表消防设计

仪控系统设计范围包括：集散控制系统（DCS）、紧急停车控制以及切合工艺要求的高精确度仪表（包括LNG出站装车计量、分析仪、温度、压力、阻力、流量等）等。该仪控系统采用就地控制和中控室DCS控制相结合的原则，重要工艺参数的显示、控制、报警、逻辑联锁保护控制均由DCS系统完成。当生产装置出现紧急情况时，实施紧急停车控制发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护。火灾消防报警及可燃气体泄露报警信号均送入火气控制系统（FGS）联锁起动相关的消防设备；另外还配备了数个摄像头，对全站范围内生产及保安监测点进行直观图像观察的工业电视监控系统（CCTV）。

3 结 论

本工程严格进行火灾危险性分类，总图合理布置，充分保证安全消防间距，合理设置消防车道，建筑上按耐火等级和防爆要求严格执行规范；消防设施配置齐全，功能完善；电气仪表设计按防爆要求进行。所以，本工程消防设计是安全可靠的。