熱輻射和蒸汽云擴(kuò)散范圍對LNG接收站總圖布置的影響分析

逄永健,劉園園

(1.中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司,山東 濟(jì)南 250000；2.山東大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250061)

化工設(shè)計(jì)

熱輻射和蒸汽云擴(kuò)散范圍對LNG接收站總圖布置的影響分析

逄永健1,劉園園2

(1.中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司,山東 濟(jì)南 250000；2.山東大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250061)

熱輻射和蒸汽云擴(kuò)散范圍對LNG接收站總圖布置影響較大，如果能提前預(yù)估兩者的影響范圍，將較大提高總圖布置的合理性和可行性。

LNG接收站；熱輻射；蒸汽云；火災(zāi)；爆炸

天然氣作為一種清潔、高效的優(yōu)質(zhì)能源，已經(jīng)成為低碳環(huán)保能源的主角。液化天然氣(LNG)作為天然氣能源中的重要組成部分，其需求量也在逐步增加。國家非常重視LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國海油、中國石油和中國石化相繼在沿海地區(qū)建設(shè)和規(guī)劃了多個LNG接收站，以緩解和補(bǔ)充部分地區(qū)天然氣供給不足的困境。

由于LNG接收站的主要作用是接收、儲存LNG，以及外運(yùn)LNG和外輸天然氣，為滿足上述功能，LNG接收站主要由LNG碼頭、儲罐、氣化器、BOG壓縮機(jī)、火炬系統(tǒng)、LNG裝車設(shè)施和配套的公用工程及辦公設(shè)施組成。而火災(zāi)、爆炸是LNG接收站工藝過程存在的主要危險有害因素，因此合理規(guī)劃布置LNG接收站內(nèi)的各類設(shè)施是降低和避免LNG泄露對周邊人員及設(shè)施危害的重要措施。

LNG接收站總圖布置除考慮工藝流程順暢，管線短捷、方便生產(chǎn)和檢修作業(yè)等原則外，最重要考慮是滿足防火、防爆等安全要求，體現(xiàn)在總圖上是防火間距、熱輻射、蒸汽云擴(kuò)散范圍三個主要因素。防火間距要求一般按照《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50183-2015和《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)》GB/T20368-2012中相關(guān)要求執(zhí)行，比較容易確定。熱輻射和蒸汽云擴(kuò)散范圍需要通過熱輻射計(jì)算模型和氣體擴(kuò)散模型計(jì)算取得，一般是在總圖方案已經(jīng)基本確定的情況下，委托專業(yè)咨詢公司模擬計(jì)算。而總圖布置需要再根據(jù)計(jì)算模型和咨詢公司給出的意見進(jìn)行調(diào)整，這樣就可能存在總圖布置方案的較大改動，所以如果借鑒已有LNG接收站熱輻射和蒸汽云擴(kuò)散范圍計(jì)算模型結(jié)果并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，將降低總圖布置方案做較大變動的可能性。

LNG接收站總圖布置考慮的熱輻射和蒸汽云擴(kuò)散范圍主要指LNG儲罐圍堰、LNG集液池、火炬系統(tǒng)。目前大型接收站內(nèi)的儲罐基本都采用全容罐，相當(dāng)于沒有儲罐圍堰，所以文中不考慮儲罐圍堰對總圖布置的影響。本文主要分析LNG集液池和火炬系統(tǒng)的熱輻射量和蒸汽云擴(kuò)散范圍對總圖布置的影響。

根據(jù)某LNG接收站的火災(zāi)危害分析報告：風(fēng)速按1.5m/s、2.5m/s、4m/s、5.5m/s四種條件，大氣穩(wěn)定度按D和F模擬計(jì)算；LNG集液池長寬各5米，火炬排放90t/h，即25kg/s，火炬高度34.8m。

1 LNG集液池火災(zāi)時的熱輻射

按集液池全表面積進(jìn)行火災(zāi)后果模擬，熱輻射范圍如表1：

表1 集液池火災(zāi)后果模擬熱輻射范圍(自收集池中心，單位m)

根據(jù)GB50183-2015第10.2.7條，在集液池內(nèi)液化天然氣引燃產(chǎn)生的熱輻射量大于或等于4.73kW/m2、9kW/m2、15kW/m2、32kW/m2的界線以內(nèi)，不應(yīng)布置某些建構(gòu)筑物已做出具體說明，在接收站總圖布置時可參照表1確定集液池的位置。

如果辦公樓、集中控制室、儀表控制間、維修車間、化驗(yàn)室和倉庫等建筑物高程比集液池高，則可根據(jù)圖1和圖2范圍適當(dāng)縮小距離。

(X為水平方向，Y為垂直方向)

圖2 風(fēng)速5.5m/s集液池火災(zāi)熱輻射范圍(X為水平方向，Y為垂直方向)

2 LNG集液池的蒸汽云擴(kuò)散范圍

根據(jù)GB50183-2015第10.1.6條，蒸氣云擴(kuò)散隔離區(qū)是指空氣中氣體平均濃度不應(yīng)超過甲烷爆炸下限的50%的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)不應(yīng)設(shè)置發(fā)生火災(zāi)時，影響火災(zāi)撲救或可能造成重大人身傷亡的重要設(shè)施，且蒸氣云擴(kuò)散隔離區(qū)邊界不應(yīng)超出站場圍墻。該隔離區(qū)大小即蒸汽云擴(kuò)散范圍可在火災(zāi)危害分析報告查出，見表2。而不同濃度的蒸汽云擴(kuò)散范圍隨著距離和高度的變化會有所不同，具體見圖3。

表2 LNG集液池蒸汽云擴(kuò)散模擬范圍(自集液池中心，單位m)

圖3 風(fēng)速1.5F不同濃度蒸汽云擴(kuò)散范圍

通過圖3可以看出，如果將上述的重要設(shè)施布置在高于集液池2.6米處，則蒸氣云擴(kuò)散隔離區(qū)對重要設(shè)施的影響將很小，也可以采用在重要設(shè)施和集液池之間設(shè)置高于2.6米的實(shí)體圍墻，也能將影響降低，甚至可以不考慮與蒸氣云擴(kuò)散隔離區(qū)的距離。

3 火炬熱輻射

在前面敘述的四種風(fēng)速條件下，火炬燃燒熱輻射影響范圍逐漸增大，在5.5m/s風(fēng)速條件下火炬燃燒熱輻射分布如圖4。

圖4 風(fēng)速5.5m/s火炬燃燒熱輻射范圍(X為水平方向，Y為垂直方向)

從圖4中可以看出，6.31kW/m2熱輻射等值線觸及0m，影響范圍至下風(fēng)向55m，4.73 kW/m2熱輻射等值線觸及0m，影響范圍至下風(fēng)向75m，所以在布置LNG接收站火炬時可采取增加火炬高度以減少熱輻射的影響，達(dá)到縮小與周邊設(shè)施的距離，節(jié)約用地的目的。

4 結(jié)束語

總圖布置方案一般需要經(jīng)過與業(yè)主多次討論并基本確定情況下，才進(jìn)行熱輻射和蒸汽云擴(kuò)散分析，如果能借鑒已有LNG接收站的熱輻射和蒸汽云擴(kuò)散范圍分析結(jié)果，并結(jié)合擬建的LNG接收站的具體情況，設(shè)計(jì)出的總圖方案就可能避免在模擬分析后做出較大調(diào)整，也更加合理可行，對擬建設(shè)項(xiàng)目有著重要的實(shí)際意義。

[1] 中國石油天然氣股份有限公司 ，中華人民共和國公安部.GB 50183-2015 石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京: 中國計(jì)劃出版社,2015.

[2] 全國石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 20368-2012 液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)[S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[3] 石油工業(yè)安全專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.SYT 6711-2008 液化天然氣接收站安全技術(shù)規(guī)程[S]． 北京: 石油工業(yè)出版社，2008.

[4] 顧安忠． 液化天然氣技術(shù)手冊[M]． 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社， 2009.

[5] 王 勇.中國石油唐山LNG項(xiàng)目站址技術(shù)評估與比選[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì).2014.8(3):53-55，64.

(本文文獻(xiàn)格式：逄永健,劉園園.熱輻射和蒸汽云擴(kuò)散范圍對LNG接收站總圖布置的影響分析[J].山東化工，2016，45(12)：133-134，136.)

Effect of Heat Radiation and Vapor Cloud Diffusion Range to LNG General Layout Analysis

Pang Yongjian1, Liu Yuanyuan2

(1.CNOOC Shandong Chemical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250000,China;2.School of Control Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061,China)

Heat radiation and vapor cloud diffusion range will give a greater impact to the general layout of LNG. If we can estimate the scope in advance, we will greatly improve the general layout rationality and feasibility.

liquefied natural gas receiving terminal; heat radiation; vapor cloud; fire disaster; explosion

2016-05-15

逄永健(1981—)，山東濰坊人，工程師，工程碩士學(xué)位，主要從事總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)工作。

TE972

A

1008-021X(2016)12-0133-02