浅谈LNG储罐布置方式

摘 要：LNG单容罐建造施工周期比全容罐更短，其占地面积比全容罐大。单容罐需设置防火堤，且LNG泄漏并在防火堤内燃烧时会产生热辐射。布置LNG单容罐不仅需满足规范，还需将热辐射距离尽可能缩短。在用地紧张且施工周期短的情况下，合理布置下沉式LNG储罐可以满足要求。

关键词：LNG单容罐；设备布置；防火堤

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.198

1 LNG储罐

LNG是液化天然气（Liquefied Natural Gas）的缩写，在中国常见的LNG储罐是单容罐和全容罐。

1.1 LNG单容罐的特点

罐子能满足LNG低温储存要求，但罐体本身不能限制并储存泄露的LNG，因此需要增设防火堤。其优势是：相同容量情况下，单容罐建造周期相比全容罐短18个月左右，降低工程造价和时间成本。

1.2 LNG全容罐的特点

罐子由主容器和次容器组成，既能低温储存LNG，又能限制并储存泄露的LNG，不需要设防火堤，安全性能高，场区布局紧凑。但建造周期需要三年左右，投资费用很高。此外还有LNG薄膜罐，由于承包商少，目前在中国还没有业绩。所以在中国LNG行业，LNG储罐主要是在LNG单容罐和LNG全容罐二者中选择。

2 LNG罐的选择

LNG储罐选型需要考虑的因素很多，除了国家或当地的法律、法规外，还需考虑工期、安全性、投资、建造等方面。因业主的不同需求和客观条件，选择全容罐和单容罐的工程案例各占一半。有的项目因为建设周期充足，业主资金充足，可选择全容罐。而有的项目业主资金紧张又需要尽快投产抢占周边LNG市场，因此可选择单容罐。

由于单容罐需设计防火堤，一旦LNG泄漏堤内着火，其辐射热流会影响到周围建构筑物。LNG单容罐布置对全厂其他设备和建构筑物的布置产生重大影响。本文重点阐述LNG单容罐布置。

3 影响LNG单容罐布置的因素

影响LNG单容罐布置的因素主要有以下几个：防火堤到罐内壁的距离x；储罐中最高液位到防火堤顶部的距离y；周围设备、建构筑物到防火堤的安全距离d。

3.1 防火堤到罐内壁距离x与防火堤高度y的关系

LNG单容罐属于全冷冻式储罐。《GB50351-2014储罐区防火堤设计规范》第3.3.2条提到：“全冷冻式液化石油气、天然气凝液及液化天然气单防罐罐壁至防火堤内堤脚线的距离，不应小于储罐最高液位高度与防火堤高度之差加上液面上气相当量压头之和；当防火堤高度大于或等于储罐最高液位高度时距离可不限[1]。”

可见x与y成正比：y值越小（防火堤越矮），x值也越小，即防火堤设计得越高，防火堤离罐内壁距离就越近。反之亦然。

对于厂区布置，LNG储罐的防火堤高度可以设计得很高，甚至超过储罐的高度，这样就可以把防火堤到储罐的距离尽可能降低，罐区占地面积尽可能减小。但防火堤高度超过2.2m，无论操作检修还是消防抢险都不方便，我们在设计LNG储罐防火堤时也不能无上限的增高，应该综合考虑投资、操作、消防等各项因素。

3.2 如何核算周围设备、建构筑物到LNG防火堤的安全距离d

安全距离是指LNG泄漏时，整个堤内最大底面积着火（最恶劣情况）的热辐射距离。目前国际上计算“LNG泄漏燃烧时热辐射距离”的方法有两种，一种是模型模拟计算，另一种是人工估算。

3.2.1 模拟模型计算

该模型是指美国气体研究所报告GRI 0176中描述的“LNGFIRE：LNG燃烧的热辐射模型”。该模型是模拟在各种防火堤形状、温度、湿度、风向风速、气温等条件下，LNG泄漏导致整个堤内燃烧，计算燃烧时所产生的热辐射距离。目前国内有少数设计院在使用该软件。

3.2.2 人工估算

我们可以通过公式估算安全距离。参照美国标准NFPA 59A规定，防火堤为矩形且长宽比不大于2时，可用如下公式决定隔离距离：

（式3-2-1）[2]

式中 d——到防火堤边沿的距离，即热辐射距离（m）；A——围堰内最大着火底面积（m2）；F——热通量校正系数。

《GB50183-2004石油天然气工程设计防火规范》第10.3.4条提到：“室外活动场所、建（构）筑物允许接受的热辐射量在风速为0级、温度21℃及相对湿度为50%條件下，不应大于下述规定值：围堰和集液池至室外活动场所、建（构）筑物的隔热距离（作业者的设施除外），应按下列要求确定：……，3）热辐射量达30000W/m2界线以内，不得有即使是能耐火且提供热辐射保护的在用构筑物[3]。”

我们在布置中主要依据上述第3）条，LNG单容罐防火堤周围的建构筑物必须在热辐射量30000W/m2界限以外。美国标准NFPA 59A中提到，热通量校正系数F对于30000W/m2为0.8[2]。

4 LNG单容罐布置实例

本文以某民营LNG项目为例，阐述通过人工估算热辐射安全距离、计算LNG单容罐围堰长宽，布置LNG单容罐。

4.1 项目介绍

该项目开始于2011年1月，罐区设计有两个同等容积的LNG单容罐，每个容积约3.3万方，分两期建成。当时安监局还未下发《进一步加强化学品罐区安全管理的通知》（安监总管三〔2014〕68号）“可燃液体储罐要按单罐单堤的要求设置防火堤或防火隔堤”的规定，所以这两个LNG单容罐是设计在一个防火堤内的，一个罐泄漏，必定引起另一个罐泄漏，罐区容积考虑为两个罐的总容积。这个项目的特点是：用地紧张、项目资金很有限、项目需要尽快投产抢占市场。

4.2 LNG储罐布置

4.2.1 地上式储罐布置方案

通常情况下，储罐布置在地上时为了消防和操作方便，一般防火堤高度在2.2米以内最合适。罐区长宽计算过程如下：

已知条件：两个罐容积为66000m3；两个罐的基础、罐壁、承台体积总和为4942m3；防火堤有效高度2m。

计算得：罐区内容积为70942m3， 罐区长（L）X罐区宽（W）=35471m2

参照美国标准NFPA 59A规定，LNG防火堤为矩形且长宽比不宜大于2[2]，得罐区宽W最小值133m，最大值188m，罐区长L最小值188m，最大值266m。满足《GB50351-2014储罐区防火堤设计规范》第3.3.2条：x需大于或等于y加气相当量压头4.4m。见下图4-2-1。

所以当罐放置在地面上，防火堤高度为2.2米时，防火堤占地在133mx266m～188mx188m范围内。再根据式3-2-1得，热辐射安全距离d=150米，即防火堤外150米范围内都是热辐射区域，不得有重要设备及建构筑物。工厂占地面积有限，只能提供一块110mx180m的空地作为罐区用地，上述地上式储罐的方案显然不合适，至少将防火堤高度提高到4.5m左右，才能满足占地条件，但从视野、操作和消防角度来看都不合适。因此尝试考虑采用下沉式储罐方案。

4.2.2 下沉式储罐布置方案

围堰下沉至地下5米，两罐之间修建通往地上的车道，围堰内设置LNG积液池和雨水收集池，通过泵将池内雨水打到雨水排水系统。为了节约200w左右的工程费用，围堰采取45度自然放坡，坡向罐区底部，护坡地坪采用毛石混凝土。见图4-2-2a

已知条件：两个罐容积为66000m3；两个罐的基础、罐壁、承台体积总和为4942m3；车道体积2188m3；护坡体积6550m3，防火堤有效高度5m；

计算得：罐区长（L）X罐区宽（W）=15936m2

参照美国标准NFPA 59A规定，LNG防火堤为矩形且长宽比不宜大于2，得罐区宽W最小值89m，最大值126m，罐区长L最小值126m，最大值178m。根据总图条件罐区场地条件约110mx180m，综合考虑，将罐区宽W定为96m，长L定为166米，见图4-2-2。LNG泄漏时最高液位为2.6m，根据式3-2-1得，热辐射安全距离d=92米，即防火堤外92米范围内都是热辐射区域，不得有重要设备及建构筑物。

综上所述，对比地上式储罐布置和下沉式储罐布置，前者占地在133mx266m～188mx188m范围内，后者占地89mx178m～126mx126m范围内。且前者的热辐射距离达到150m，后者仅92m。后者比前者在占地面积上减小了很多。罐区的东侧和南侧是山墙，西侧是污水收集池，北侧是火炬，距离火炬125米，满足了热辐射安全距离要求。

5 结论

LNG单容罐下沉式布置，在国内LNG项目中具有典型性和创新性。通过上述案列项目得出的经验是：合理布置下沉式单容罐可以扬“建设周期短”之长，避“占地面积大”之短。下沉式单容罐既比全容罐建设周期短，又比地上式单容罐占地面积小，热辐射距离短。但单容罐也有自己的缺点，例如绝热性和安全性都比全容罐略差，需要开挖的土石方工程量比地上式单容罐大。所以在设计过程中应结合项目本身的客观条件，综合考虑，选择最优化最经济的布置方式。

当今中國经济持续快速发展，但保障经济发展的能源却相对紧缺，结构也较为单一。目前全球LNG产能持续增长、价格不断走低，有利于中国增加LNG进口和消费，对优化能源结构，实现经济和社会可持续发展起到重要作用。同时从价格角度看，全球LNG产能提升并拉低亚洲市场价格，将使中国进口LNG的企业减轻负担，并从中获利。中国的LNG接收站如今正在大量规划和建设中，到2020年中国LNG进口接收站能力将达1800亿立方米。LNG相关装置的布置设计和优化工作值得大家研究。

参考文献：

[1]GB50351-2014储罐区防火堤设计规范[S].8.

[2]《GBT 20368-2012 液化天然气（LNG）生产、储存和装运》[J].6.

[3]GB50183-2004石油天然气工程设计防火规范[S].73-74.

作者简介：曾婧（1984-），女，四川人，本科，工程师，主要从事LNG和各类化工产品罐区布置及配管。