工業(yè)企業(yè)內(nèi)天然氣（LNG）儲罐消防水量計(jì)算的探討

楊升輝，付慶，陸棋

（1.杭州杭氧化醫(yī)工程有限公司，浙江杭州310014；2.浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

工業(yè)企業(yè)內(nèi)天然氣（LNG）儲罐消防水量計(jì)算的探討

楊升輝1，付慶2，陸棋1

（1.杭州杭氧化醫(yī)工程有限公司，浙江杭州310014；2.浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

概述了如何選用相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行工業(yè)企業(yè)內(nèi)LNG儲罐消防給水計(jì)算，如何合理布置固定噴淋裝置以合理減少消防用水量、降低建設(shè)成本。

天然氣儲罐；消防給水；固定噴淋裝置；水量計(jì)算

0　引言

液化天然氣（Liquid Natural Gas簡稱LNG）：主要由甲烷組成的液體流體，并且包含少量的乙烷、丙烷、氮和其他成分。它的爆炸濃度為5%～15%，屬甲類危險(xiǎn)品。但它不含一氧化碳，也比空氣輕，一旦泄漏，立即會向上擴(kuò)散，不易積聚形成爆炸性氣體，安全性相對較高。

目前，在我國工業(yè)企業(yè)越來越廣泛地運(yùn)用LNG作為原料、燃料等，同時也通過加壓、汽化轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s天然氣（CNG），再加注到汽車儲瓶內(nèi)，作為汽車環(huán)保燃料使用。

因此，許多工業(yè)企業(yè)在原有廠區(qū)內(nèi)設(shè)置LNG儲罐，但往往是這些企業(yè)很多都是老廠擴(kuò)建，臨時增設(shè)。而LNG儲罐的消防給水要求比較高，事故時需要大量水進(jìn)行冷卻，火災(zāi)持續(xù)時間達(dá)6 h，一般消防水池都要超過1000 m3，基本上增加LNG儲罐就需要將原來的消防給水系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)建設(shè)，費(fèi)用高，難度比大型企業(yè)新建項(xiàng)目大。

本文重點(diǎn)探討工業(yè)企業(yè)天然氣（LNG）儲罐消防設(shè)計(jì)對應(yīng)規(guī)范的選用及消防用水量的計(jì)算。

1　現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范適應(yīng)性

作為消防給水設(shè)計(jì)，國家制定的相關(guān)規(guī)范多而雜，如何正確使用規(guī)范，更加符合LNG儲罐消防要求至關(guān)重要，不僅能增加安全性，還能降低建設(shè)成本。

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》GB 50974-2014第1.0.2條規(guī)定，本規(guī)范適用于新建、擴(kuò)建、改建的工業(yè)、民用、市政等建設(shè)工程的消防給水及消火栓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收和維護(hù)管理。但是該規(guī)范沒有對LNG儲罐的消防冷卻水強(qiáng)度，噴射時間進(jìn)行規(guī)定。只有第3.4.1條提及石油天然氣工程工藝裝置的消防給水設(shè)計(jì)流量，應(yīng)符合現(xiàn)行國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50183-2004的有關(guān)規(guī)定。

本文討論的是液化天然氣使用企業(yè)的LNG儲罐消防，并沒有天然氣工程工藝裝置。根據(jù)《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50183-2004第1.0.2條規(guī)定，本規(guī)范適用于新建、改建、擴(kuò)建的陸上油氣田工程、管道站場工程和海洋油氣田陸上終端工程的防火設(shè)計(jì)。所以不能套用《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》。

那么能否套用《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》GB 50974-2014第3.4.5條液化烴儲罐消防給水設(shè)計(jì)的規(guī)定呢？可以看一下3.4.5條的條文說明：液化烴是在15℃時，蒸氣壓大于0.1 MPa的烴類液體及其他類似的液體，不包括液化天然氣。所以牽涉LNG儲罐的消防均不能使用《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》。

其實(shí)我國對天然氣專門編制了一本規(guī)范《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006。

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006第1.0.2條規(guī)定，本規(guī)范適用于向城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或居民點(diǎn)供給居民生活、商業(yè)、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)、采暖通風(fēng)和空調(diào)等各類用戶作燃料用的新建、擴(kuò)建或改建的城鎮(zhèn)燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)。所以有關(guān)LNG儲罐的消防給水設(shè)計(jì)應(yīng)參照該規(guī)范規(guī)定。

2　消防水量計(jì)算

（以某天然氣使用企業(yè)設(shè)計(jì)2個100 m3的LNG儲罐消防水量計(jì)算為例）

LNG儲罐消防水量主要是用于對著火罐及相鄰罐的冷卻用，而非滅火用。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006第9.5.1條規(guī)定，液化天然氣儲罐消防水量應(yīng)按其儲罐固定噴淋裝置和水槍用水量之和計(jì)算，儲罐總?cè)莘e超過50 m3或單罐容積超過20 m3的液化天然氣儲罐應(yīng)設(shè)置固定噴淋裝置。噴淋裝置的供水強(qiáng)度不應(yīng)小于0.15 L/（s·m2），著火罐的保護(hù)面積按其全面積計(jì)算，距著火罐直徑1.5倍范圍內(nèi)的儲罐按其表面積一半計(jì)算。

本設(shè)計(jì)的100m3LNG儲罐直徑為3.74m，長度為20.5m。

按圓柱體計(jì)算側(cè)表面為S側(cè)=πDL=3.14× 3.74×20.5=240.75m2。

按球體計(jì)算上下底表面為S底=4πr2=4×3.14 ×1.872=43.92m2。

得罐體表面積為S表=S側(cè)+S底=285m2。

著火罐噴淋裝置消防冷卻水流量為Q固= 0.15×285=43L/s。

相鄰罐噴淋裝置消防冷卻水流量為Q固= 0.5×43=21.5 L/s。

注：如果未對儲罐噴淋裝置進(jìn)行左右分開布置，相鄰罐噴淋裝置消防冷卻水流量應(yīng)按著火罐噴淋裝置消防冷卻水流量計(jì)算。

本罐區(qū)LNG總?cè)莘e為200m3，但單罐容積為100m3，根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006表9.5.1規(guī)定，水槍用水量為30 L/s。

故本儲罐區(qū)計(jì)算的總消防冷卻水量為Q消= 43+21.5+30=95 L/s。

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006第9.5.2條規(guī)定，LNG立式儲罐固定噴淋裝置應(yīng)在罐體上部和罐頂均勻分布。消防水泵的選型及消防水池容積的計(jì)算不應(yīng)按照套規(guī)范的計(jì)算值來確定，應(yīng)根據(jù)各噴頭的布置選型來確定實(shí)際用水量，其值應(yīng)大于計(jì)算值。

本次側(cè)壁冷卻噴頭選用ZSTMB-60/120型水幕噴頭（流量系數(shù)K=60，噴射角度為120°），分三層布置，每層圍繞儲罐均布8個，噴頭距管壁300mm，保證每個噴頭都能噴灑到儲罐壁。儲罐頂部均勻布置ZSTK-15（流量系數(shù)K=80）開式灑水噴頭4個，濺水盤離罐頂350mm，以保證儲罐頂部均能被保護(hù)到。

按儲罐頂部最高噴頭工作壓力0.3 MPa來確定水泵揚(yáng)程、流量及消防水池的大小。

注：根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006第8.10.7條規(guī)定，儲罐固定噴水冷卻裝置出口的供水壓力不應(yīng)小于0.2 MPa，而不是噴頭的最小工作壓力。

根據(jù)噴頭流量公式q=K（10×P）0.5得：

Q實(shí)際=Q頂+Q側(cè)=52.5 L/s，大于計(jì)算值43 L/ s，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006第9.5.3條規(guī)定，本罐區(qū)總?cè)莘e雖然小于220m3，但是單罐容積大于50m3，消防水池的容量應(yīng)按火災(zāi)持續(xù)時間6 h計(jì)算確定。

注：根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB 50974-2014第4.3.6條規(guī)定，消防水池大于1000m3時，應(yīng)設(shè)置能獨(dú)立使用的兩座消防水池，每座消防水池應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的出水管，并應(yīng)設(shè)置滿足最低有效水位的連通管。

小型移動滅火器設(shè)備設(shè)置對初期火災(zāi)控制非常有效，而且操作簡單，成本低。LNG罐區(qū)滅火器配置最小級別應(yīng)根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006第9.5.6條規(guī)定，每個滅火器的保護(hù)半徑應(yīng)根據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50140-2005確定，其他不得低于《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50140-2005進(jìn)行配置。

本罐區(qū)設(shè)置兩具8 kg手提式磷酸銨鹽干粉滅火器和兩臺35 kg推車式磷酸銨鹽干粉滅火器。

3　小結(jié)

LNG罐區(qū)的消防給水設(shè)計(jì)主要牽涉的規(guī)范有《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028-2006、《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB 50974-2014及《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50140-2005。需要我們從三本規(guī)范中找出相關(guān)條文，逐一比對，從嚴(yán)選用，切不可胡亂套用。水量計(jì)算值應(yīng)根據(jù)各噴頭相應(yīng)工況下流量相加所得，否則消防水池的有效容積將不能保證6 h火災(zāi)持續(xù)時間內(nèi)的用量。盡可能將固定噴水裝置分成兩個獨(dú)立的系統(tǒng)，以合理減少消防冷卻用水量，降低企業(yè)建設(shè)成本。

［1］GB 50183-2004，石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

［2］GB 50028-2006，城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］GB 50974-2014，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］GB 50140-2005，建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］GB 50016-2014，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

［6］GB 50084-2005，自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［7］GB50160-2008，石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

索爾維為明尼蘇達(dá)橡塑公司頒發(fā)許可

全球領(lǐng)先的特種聚合物供應(yīng)商索爾維給位于中國江蘇省蘇州的Quadion LLC（即Minnesota Rubber and Plastics，明尼蘇達(dá)橡塑公司）頒發(fā)許可，將其作為索爾維超高性能聚合物TorlonR聚酰胺酰亞胺（PAI）的認(rèn)證注塑生產(chǎn)商。這也是全球精密組件及高級制造方案領(lǐng)先設(shè)計(jì)及供應(yīng)商明尼蘇達(dá)橡塑公司從索爾維獲得的第二份認(rèn)證。2015年，該公司在美國威斯康辛里弗福爾斯工廠獲得了類似的許可。TorlonRPAI是索爾維特種聚合物產(chǎn)品組合中性能最高的熱塑性塑料之一，兼具熱固性聚酰亞胺出色的性能以及熱塑性塑料熔融加工的優(yōu)勢。索爾維的TorlonRPAI產(chǎn)品線包括在干態(tài)和潤滑環(huán)境下具有無與倫比的耐磨損性能的多種牌號。TorlonRPAI產(chǎn)品系列在高達(dá)275℃的溫度下能夠保持業(yè)內(nèi)最優(yōu)異的韌度、強(qiáng)度及剛性。TorlonRPAI產(chǎn)品系列還具有出色的抗蠕變性、極低的線性熱膨脹系數(shù)和卓越的耐磨損、耐化學(xué)性能。該材料的優(yōu)異性能使之非常適合加工成以塑代鋼的耐久型承重精密組件如汽車密封環(huán)、傳動止推墊圈、球形接頭插座、精密注塑成型齒輪、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)滑動元件。

（來源：http://www.solvay.cn/zh/media/press_releases/20160908-Minn-RP-Torlon-Certification.htm l）

Discussion on the Calculation of FireW ater Consum ption of Natural Gas(LNG)Storage Tanks in Industrial Enterprises

YANG Sheng-hui，F(xiàn)U Qing，LU Qi
（1.Hangzhou Hangyang Chemical&Medical Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310014，China；2.Zhejiang Chemical Industry Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou，Hangzhou，Zhejiang 310023，China）

This article outlined how to choose the appropriate specifications for industrial enterprises to calculate the LNG tank storage of firewater，and how to arrange the fixed fire sprinkler to reduce reasonable water consumption，and lower construction costs.

natural gas storage tank；fire water supply；fixed sprinkler；water quantity calculation

1006-4184（2016）9-0042-03

2016-06-28

楊升輝(1984-)，男，漢族，浙江湖州人，工程師，主要從事化工廠給水排水工程、消防工程設(shè)計(jì)。E-mail：512716561@qq.com。