1000m34液化天然气储罐区防火防爆课程设计.docx

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1000m34液化天然气储罐区防火防爆课程设计

防火防爆课程设计

设计题目

1000m3×4液化天然气储罐区防火防爆课程设计

学院

城市建设与安全工程学院

专业

安全工程

姓名

班级

安全1003

学号

指导教师

2014年1月15日

简介

液化天然气（LiquefiedNaturalGas，简称LNG），主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净能源。

无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的重量仅为同体积水的45%左右。

其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理，经一连串超低温液化后，利用液化天然气船运送。

燃烧后对空气污染非常小，而且放出热量大，所以液化天然气好。

液化天然气是天然气经压缩、冷却至其沸点（-161。

5摄氏度）温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161。

5摄氏度、0。

1MPa左右的低温储存罐内。

其主要成分为甲烷，用专用船或油罐车运输，使用时重新气化。

十分广泛的应用于工业生产和人民生活中。

但是，液化天然气是十大危险化学品之一，具有易燃易爆的特性，在其生产、贮运和使用过程中极易引起爆炸火灾事故，尤其在液化天然气的贮罐区，贮罐集中且贮量大，一旦发生爆炸火灾，其产生的爆炸冲击波及爆炸火球热辐射破坏、伤害作用极大，并且危害范围大，极易导致次生灾害。

第一章储罐选型及设计3

1.1液化天然气理化特性3

1.1.1液化天然气的物理化学特性3

1.1.2液化天然气的危险特性3

1.2储罐的选型和材料4

1.2.1储罐的选型4

1.2.2储罐的选材4

1.3储罐的规格4

1.4安全附件4

第二章防火堤设计5

2.1防火堤的功能6

2.2储罐间的防火间距6

2.3防火堤设计7

第三章液化天然气储罐区的消防设计8

3.1消防给水系统9

3.1.1消防泵房9

3.1.2消防水池9

3.1.3消防给水管网10

3.2消防给水问题的探讨10

3.2.1消防给水在液化天然气场站的功能10

3.2.2高倍泡沫发生器11

3.2.3水喷淋12

3.2.4消防水量的计算13

3.2.5消防栓的布置13

3.2.6灭火器的布置13

第四章火灾报警系统布置14

4.1_LNG储配站的火灾危险性分析14

4.2罐区可燃报警仪布置15

4.2.1一般规定15

4.2.2检测点的确定16

4.2.3检测器的选用17

4.3检测报警仪表的安装19

4.3.1检测器的安装19

4.3.2指示报警器或报警器的安装20

第五章储罐区防雷设计20

5.1雷电与其危害20

5.2罐区防雷等级划分20

5.3储罐区避雷针布置21

5.4其他区域的防雷系统23

5.5储罐区的线路屏蔽和敷设23

5.6储罐区的等电位连接23

5.7电源SPD安装24

参考文献：

24

第一章储罐选型及设计

1.1液化天然气理化特性

1.1.1液化天然气的物理化学特性

液化天然气的外观与性状：

无色无臭液体

沸点（℃）：

-160～-164℃

相对密度（水=1）：

0.45

燃烧性：

易燃

爆炸上限（v%）：

14（室温时）；13（-162℃）

爆炸下限（v%）：

5（室温时）；6（-162℃）

1.1.2液化天然气的危险特性

危险特性：

极易燃；蒸气能与空气形成爆炸性混合物；当液化天然气由液体蒸发为冷的气体时，其密度与常温下的天然气不同，约比空气重1。

5倍，其气体不会立即上升，而是沿着液面或地面扩散，吸收水与地面的热量以及大气与太阳的辐射热，形成白色云团。

由雾可察觉冷气的扩散情况，但在可见雾的范围之外，仍有易燃混合物存在。

如易燃混合物扩散到火源，就会立即闪回燃着。

当冷气温热至-112℃左右，就变得比空气轻，开始向上升。

液化天然气遇水生成白色冰块，冰块只能在低温下保存，温度升高即迅速蒸发，如急剧扰动能猛烈爆喷。

1.2储罐的选型和材料

1.2.1储罐的选型

球罐表面积小，除节省材料外，当需要与周围环境隔热时，还可以节省

隔热材料或减少热的散失；

球罐占地面积小，且可向空间高度发展，有利于地表面积的利用；

球罐可承受压力高,一般用于天然气\轻油（汽油等易挥发液体）,因为白天太阳晒罐内压力高,轻油挥发,罐内压力升高,往外呼气,晚上冷压力低吸入空气,一呼一吸大型罐一天损失几百公斤油。

球罐因为承压高可减少呼吸损失。

1.2.2储罐的选材

1.3储罐的规格

1000m³的储罐表1-1

公称容积

m³

球壳内直径或球罐基础中心园直径mm

几何容积

m³

支柱底板底面至球壳中心的距离mm

球壳分带数

支柱根数

1000

12300

974

8000

5

8

根据规定，D=12.3m

1.4安全附件

据SH/T3007-2007《石油化工储运系统灌区设计规范》，GB12337-1998《钢制球形储罐》压力储罐除应设置人孔，放水管、进出口接合管、梯子及操作平台外，应尽量减少开口数量。

1.4.1支柱

根据球罐储量，采用8根支柱

1.4.2人孔结构

一般选用DN500较适宜。

通常球罐上设有两个人孔，分别在上、下极带上。

1.4.3接管结构

球罐开孔应尽量设计在上、下极带上。

尺寸DN20。

接管应按有关规定进行补强，梯子平台、球罐外部设有顶部平台、中间平台以及从地面进入平台的斜梯、直梯。

1.4.4水喷淋装置

球罐上装设水喷淋装置是为了内盛的液化天然气的隔热需要，同时也可起消防保护作用。

1.4.5液位计

应设置两个液位计，球罐采用的液位计主要有浮子齿带液位计、玻璃板式液位计、雷达液位计、超声波液位计。

1.4.6压力表

应在球壳的上部和下部各设一个以上的压力表，压力表的最大刻度为正常运转压力的1。

5倍以上（不要超过3倍）。

1.4.7安全阀

在气相部分设置一个以上的安全阀和辅助的火灾安全阀。

安全阀的形式通常采用直接载荷弹簧式

1.4.8温度计

在球罐上安装1个以上的温度计。

1.4.9上、下限液位报警装置

第二章防火堤设计

根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008中6。

1。

1规定，可燃气体、助燃气体、液化烃和可燃液体的储罐基础、防火堤、隔堤及管架（墩）等，均应采用不燃烧材料。

防火堤的耐火极限不得小于3h。

2.1防火堤的功能

当储罐一旦破裂或失火，为使储罐内的物料不致漫延到其它范围，减少损失，及时处理。

正常生产时，由于储罐内的介质一般属于有污染的液体，操作过程中管道阀门又有滴漏，设置防火堤便于进行污水处理。

夏天便于集中罐体的喷淋冷却水。

2.2储罐间的防火间距

根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中6。

33液化烃、可燃气体、助燃气体的罐组内，储罐的防火间距不应小于表6。

3。

3的规定。

介质

球罐

卧（立）罐

全冷冻式储罐（体积）

水槽式气柜

干式气柜

≤100m3

>100m3

液化烃

全压力式或半冷冻式储罐

有事故排放至火炬的措施

0。

5D

1。

0D

_

_

_

_

无事故排放至火炬的措施

1。

0D

_

_

_

_

_

全冷冻式储罐

≤100m3

_

_

1。

5m

0。

5D

_

_

>100m3

_

_

0。

5D

0。

5D

助燃气体

球罐

0。

5D

0。

65D

_

_

_

_

卧（立）罐

0。

65D

0。

65D

_

_

_

_

可燃气体

水槽式气柜

_

_

_

_

0。

5D

0。

65D

干式气柜

_

_

_

_

0。

65D

0。

65D

球罐

0。

5D

_

_

_

0。

65D

0。

65D

注：

1.D为相邻较大储罐的直径；

2．液氨储罐间的防火间距要求应与液化烃储罐相同；液氨储罐间的防火间距应按《建筑设计防火规范》（GB50016）的要求执行；

3．沸点低于45℃的甲B类液体压力储罐，按全压力式液化烃储罐的防火间距执行；

4．液化烃单罐容积≦200m³的卧（立）罐之间的防火间距超过1.5m时，可取1.5m；

5．助燃气体卧（立）罐之间的防火间距超过1.5m时，可取1.5m

6.“_”表示不应同组布置。

液化天然气球罐间距按全冷冻式液化烃储罐的防火间距执行，则设计中四个1000m³的液化天然气球罐间距为0.5D=6.15m

2.3防火堤设计

根据《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）中3.3.1防火堤、防护墙及隔堤、隔墙的设计高度，应符合下列规定：

1.防火堤内的有效容积不应小于一个最大储罐的容积。

低温液氨储罐防火堤内有效容积应为一个最大储罐容积60%。

2.球罐罐壁至防火堤和隔堤基脚线的距离，不应小于罐壁高度的一半；

3.防火堤的设计高度应为1.0～2.2m，防火堤设计高度应比计算高度高出0.2m，隔堤高度应比防火堤低0.2～0.3m。

4.罐组所设防火堤，必须是闭合的。

隔堤与防火堤也必须是闭合的。

5.沿无培土的防火堤修建排水沟时，沟壁的外侧与防火堤基础外边缘的间距不应小于0.5m，且沟内应有防渗漏措施。

6.球罐罐壁至防火堤和隔堤基脚线的距离，不应小于罐壁高度的一半；

7.应在防火堤的不同方位上设置不少于两个人行台阶或梯子；

支柱高h1为8000㎜，罐高h2=

=14600㎜

罐到防火堤内角的距离=

=7300㎜

防火提的有效面积为1582m2

防火提高度为

m

取H=1.0m

储罐至防火堤内堤脚线的距离7.3m

储罐至消防道的距离8米

防火堤每边长45.4m

防火堤宽0.2m

总长是48.75m，总宽是48.75m

总面积：

2376.56㎡

2.4消防通道设计

根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）中5.2.10和《消防信道设计规范》装置内消防道路的设置应符合下列规定：

1.装置内应设贯通式道路，道路应有不少于两个出入口，且两个出入口宜位于不同方位。

当装置外两侧消防道路间距不大于120m时，装置内可不设贯通式道路；

2.道路的路面宽度不应小于4m，路面上的净空高度不应小于4。

5m；路面内缘转弯半径不宜小于6m；

3.液化气灌区，应设消防车道且宽度不小于6m的平坦空地。

第三章液化天然气储罐区的消防设计

液化天然气储罐消防设计遵循的主要规范包括:

《城镇燃气设计规范》GB50028—2006、《建筑设计防火规范》GB50016—2006、《石油天然气工程设计防火规范》GB50183—2004及《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》GB／T20368—2006等。

各种规范对消防给水系统均做了详细规定,但要求略有不同。

3.1消防给水系统

消防给水系统由消防泵房、消防水池、消防给水管网及消火栓、消防水炮等组成。

3.1.1消防泵房

根据消防泵房场站消防水量水压所需要求,泵房内应设置两台以上消防水泵,选用自灌式吸水。

当有火灾时,消防泵由压力联动装置在火警后2分钟内启动,使管网中不利点的水压和流量达到灭火要求。

另外,稳压泵还应在消防泵房内设置好,当管网压力低于一定值时,稳压泵将自动启动补水功能。

回流设施在消防水泵中的设置。

设置定期开启消防水泵,试验消火栓在水泵出水管上,确保运行状况的正常。

另外,泵房应设有值班人员与报警电话,确保能直接开启、停止消防水泵的运行。

扬程计算在消防水泵中非常重要,扬程过低则无法达到消防要求,过高又会造成供电设备和水泵的浪费。

《石油天然气工程设计防火规范》与《城镇燃气设计规范》中对液化天然气立式罐的消防水泵的最大扬程均无明确规定。

在过去的设计中,一般以水枪射出的水束能达到立罐顶部作为水泵的最大扬程标准。

实际上可参考《城镇燃气设计规范》中关于LPG球罐的消防水泵要求,LPG球罐不管有多高,只要能满足顶部喷淋装置的出口供水压力大于0.20MPa,水枪出13的供水压力大于0.35MPa。

能满足此条件时,消防水泵的最大扬程选择在30m高左右就可以。

3.1.2消防水池

消防水池的设置是根据计算的消防水量来定,当消防水池体积大于500m3时应分为两座,在消防水池中设液位显示,建议水池之间的联络管设为两根。

不定期更换消防水池中的水,可以保持池内水质良好,各站消防给水水源从邻近的市政管网中引入。

有下文可知设两个消防水池。

3.1.3消防给水管网

消防水管网应采用闭合环状,材质方面应选用钢制管道,再配置地上式室外消火栓及固定式消防水炮。

液化天然气储罐上设置水喷雾装置,对储罐进行冷却。

水带箱设在室外消防栓旁,箱内配置2盘直径65mm、长度20m的带快速接1∶3的水带,及2支VI径65mm×19mm水枪、一把消火栓钥匙,水带箱距消火栓距离2m。

关于液化天然气储罐上所设置水喷雾的装置,目前国内市场上可为五花八门,罐上喷淋环管从l根到8根,其中有些工程甚至从顶到底几乎全部被环管缠绕。

这也是对规范的理解差异造成的。

《城镇燃气设计规范》中要求“液化天然气立式储罐固定喷淋装置应在罐体上部和罐顶均匀分布”。

所以,在绝大部分设计中,只在罐体上部和罐顶设置1～3根喷淋环管。

《石油天然气工程设计防火规范》中要求“储罐采用水喷雾固定式消防冷却水系统时,喷头应按储罐的全表面积布置,储罐的支撑、阀门、液位计等均宜设喷头保护”。

因此,部分设计中就采用了多环喷淋甚至满环喷淋的布置。

3.2消防给水问题的探讨

3.2.1消防给水在液化天然气场站的功能

1消防冷却水的作用

液化烃储罐火灾的根本灭火措施是切断气源。

在气源无法切断时，要维持其稳定燃烧，同时对储罐进行水冷却，确保罐壁温度不致过高，从而使罐壁强度不降低，罐内压力也不升高，可使事故不扩大。

2火焰烘烤下，储罐的罐壁受热状态

对湿罐壁（即储罐内液面以下罐壁部分）的影响：

湿壁受热后，热量可通过罐壁传到罐内液体，使液体蒸发带走传入的热量，液体温度将维持在与其压力相对应的饱和温度。

湿壁本身只有较小的温升，一般不会导致金属强度的降低而造成储罐被破坏。

对干罐壁（罐内液面以上罐壁部分）的影响：

干壁受热后罐内为气体，不能及时将热量传出，将导致罐壁温度升高、金属强度降低而使储罐遭到破坏。

火焰烘烤下，干壁被破坏的危险性比湿壁更大。

3液化烃罐区的消防冷却总用水量

根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第8.10.6条，对全冷冻式液化烃储罐的固定消防冷却供水系统的设置应符合下列规定：

1当单防罐外壁为钢制时，其消防用水量按着火罐和距着火罐1.5倍直径范围内邻近罐的固定消防冷却用水量及移动消防用水量之和计算。

罐壁冷却水供给强度不小于2.5L/min·m2，邻近罐冷却面积按半个罐壁考虑，罐顶冷却水强度不小于4L/min·m2；（球罐取罐壁，罐顶面积为球罐面积的一半）

2储罐四周应设固定水炮及消火栓。

第8.10.7条液化烃罐区的消防用水延续时间按6h计算。

固定式消防用水量：

第8.10.5条移动消防冷却用水量应按罐组内最大一个储罐用水量确定，当储罐容积大于或等于1000m3时，不应小于80L/s；

移动式消防用水量：

3.2.2高倍泡沫发生器

高倍泡沫发生器所喷发的泡沫能阻断天然气与大气的接触,这对于液化天然气场站消防具有非常重要的作用。

在发生火灾时,由于低温储罐发生泄漏,液态天然气将在液池中流动,这时这些流动的液化天然气处于低温,并不具备燃烧的条件,但是如果溢出的液化天然气没有被阻断,液化天然气将气化,从而飘逸到其他区域,这增加了火灾加剧的危险。

高倍泡沫发生器对于液化天然气场站消防具有非常重要的作用,必须强化高倍泡沫发生器在低温罐区的消防安全作用,除了设计中除按规范规定设置固定高倍泡沫发生器外,在液池增设l～2个移动式高倍泡沫发生器并对角设置。

当高倍数泡沫灭火系统设置在液化天然气（LNG）集液池或储罐围堰区时，应符合下列规定：

1应选择固定式系统，并应设置导泡筒；

2宜采用发泡倍数为300～500倍的泡沫发生器；

3泡沫混合液供给强度应根据阻止形成蒸汽云和降低热辐射强度试验确定，并应取两项试验的较大值；当缺乏实验数据时，可采用大于7.2L/min·m2的泡沫混合液供给强度；

4当用于扑救A类火灾时，泡沫淹没深度不应小于最高保护对象高度的1.1倍，且应高于最高保护对象最高点以上0.6m。

A类火灾单独使用高倍数泡沫灭火系统时，淹没体积的保持时间应大于60min。

淹没体积应按下式计算：

式中：

V—淹没体积（m3）；

S—防护区地面面积（m2）；

H—泡沫淹没深度（m）；

Vg—固定的机器设备等不燃物体所占的体积（m3）。

（P为发泡比，取300，K为混合比，取0。

03）

泡沫用水量：

3.2.3水喷淋

储罐发生火灾，为控制火势，降低火焰辐射强度，必须对储罐及时进行水喷淋冷却，使罐壁温升不超过100℃。

根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160—92）（1999年版）第7．9．2条规定，结合液化烃储罐冷却水设置方式，在罐区消防冷却水采用水喷雾固定冷却方式。

液化烃储罐要求储存温度小于40℃，夏季防日晒喷淋冷却的用水量供给强度为3L／（min·1TI。

）。

3.2.4消防水量的计算

（1）不同规范对于火灾延续时间、固定喷淋装置供水强度、水枪用水量等相关参数是基本一致的。

不同的是储罐容积大小分类界限略有不同。

因此,在设计时,不管采用哪种规范,固定喷淋水量和水枪的用水量计算结果都基本一致。

（2）《石油天然气工程设计防火规范》另外规定,在上述消提到防水量计算的基础上,需增加200m3／h的消防水余量,这是套用了NFPA59A的相关规定。

我们建议:

作为城市LNG气化站,当储罐总容积小于1000m3时,将不考虑消防水余量,而当储罐总容积大于1000m3时,可考虑增加消防水余量。

总消防用水量的确定

根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第8.4.4条第1款，可燃液体罐区的消防用水量为着火罐和邻近罐的冷却用水量、配置泡沫混合液用水量、水喷淋用水量之和，所以消防用水量：

3.2.5消防栓的布置

该罐区选择地上消火栓。

工作压力为1.6MP，进水口径100mm，出水口径100mm。

依据《石油化工企业设计防火规范》

第8.5.6条“消火栓的保护半径不应超过120m。

”

第8.5.5条“地上消火栓距公路型双车道路肩边不宜小于1m；距路面边不宜大于5m。

第8.5.7条消火栓的间距不宜超过60m。

所以：

布置4个消火栓，放于罐区正方向。

消火栓所需水量由厂区的输水管网提供。

第8.3.1“当消防用水由工厂水源直接供给时，工厂给水管网的进水管不应少于2条。

”所以：

该工厂设有两条进水管。

3.2.6灭火器的布置

根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第8.9.5条规定：

可燃气体、液化烃和可燃液体的地上罐组，宜按防火堤内面积每

400m2，配置1个手提式灭火器，但每个储罐配置的数量不宜超过3个。

N=2376/400=5.94,取6个。

如图，其中小圆表示灭火器，三角形表示消火栓。

3.2.7火灾探测及DCS联动系统

为自动监视控制系统，有异常发生时及时报警并通过ESD（紧急停车）快速切断使各部设备处于安全状态。

在储罐区、气化区、卸车台等可能产生天然气泄漏的区域均设置可燃气体浓度监测报警装置，在储罐、气化器等关键设备的适当部位安装火灾探测器；在控制室设有集中报警控制系统，一旦有气体泄漏或发生火灾，能够及早发现并采取措施。

另外站内还设有一套先进的监控系统，能监控各装置设备的工艺参数（温度、压力、液位等）并能连锁控制，有异常情况时发出警报提醒操作人员及时处理，特殊情况下可以启动紧急切断装置（站内所有紧急切断阀均从日本进口，电动控制），确保各主要设备处于安全状态。

第4章火灾报警系统布置

4.1_LNG储配站的火灾危险性分析

储配站使用的介质主要是液化天燃气和天然气,其危险性主要来自生产运行时操作不当站内设备、管线破损,导致液化天然气和天然气泄漏,与空气形成爆炸性混合物,若遇高温或明火将产生爆炸。

但是,LNG储配站火灾危险性大小不仅取决于其使用的介质,它与LNG站的管理水平、自动化程序及环境状况等因素都有着直接的关系。

储量在1000立方米以下,一般采用多台真空罐集中储存,总储量在1000-4000立方米,多采用子母罐或常压储存。

各种储存设施都是金属耐压罐,由于易受腐或储罐存在先天性缺陷,加之安全管理措施不落实,维修保养不到位,极易造成储或零部件损伤,发生泄漏引起火灾爆炸事故。

此外,若储罐保温设施受到破坏,会造成低温保冷储存的LNG因受热而气化,储罐内的蒸气压力剧增,正常情况下，安全放散阀自动开启,通过集中放散管释放压力。

但安全放阀出现故障,发生爆炸火灾的可能性会大大增加。

4.2罐区可燃报警仪布置

4.2.1一般规定

生产或使用可燃气体的工艺装置和储运设施（包括甲类气体和液化烃,甲B类液体的储罐区,装卸设施,灌装站等,下同）的2区内及附加2区内,应按本规范设置可燃气体检测报警仪:

1）可燃气体或其中含有毒气体,一旦泄漏,可燃气体可能达到25%LEL,但有毒气体不能达到最高容许浓度时,应设置可燃气体检测报警仪;

2）有毒气体或其中含有可燃气体,一旦泄漏,有毒气体可能达到最高容许浓度,但可燃气体不能达到25%LEL时,应设置有毒气体检测报警仪;

3）既属可燃气体又属有毒气体,只设有毒气体检测报警仪;

4）可燃气体与有毒气体同时存在的场所,应同时设置可燃气体和有毒气体检测报警仪。

注:

2区及附加2区的划分见《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058。

可燃气体和有毒气体检测报警,应为一级报警或二级报警。

常规的检测报警,宜为一级报警。

当工艺需要采取联锁保护系统时,应采用一级报警和二级报警。

在二级报警的同时,输出接点信号供联锁保护系统使用。

工艺有特殊需要或在正常运行时人员不得进入的危险场所,应对可燃气体和/或有毒气体释放源进行连续检测,指示,报警,并对报警进行记录或打印。

报警信号应发送至工艺装置,储运设施等操作人员常驻的控制室或操作室。

可燃气体检测报警仪必须经国家指定机构及授权检验单位的计量器具制造认证,防爆性能认证和消防认证。

有毒气体检测报警仪必须经国家指定机构及授权检验单位的计量器具制造认证。

防爆型有毒气体检测报警仪还应经国家指定机构及授权检验单位的防爆性能认证。

凡使用可燃气体和有毒气体检测报警仪的企业,应配备必要的标定设备和标准气体。

检测器宜布置在可燃气体或有毒气体释放源的最小频率风向的上风侧。

可燃气体检测器的有效覆盖水平平面半径,室内宜为7.5m;室外宜为15m。

在有效覆盖面积内,可设一台检测器。

有毒气体检测器与释放源的距离,室外不宜大于2m,室内不宜大于1m。

按本规范规定,应设置可燃气体或有毒气体检测报警仪的场所,宜采用固定式,当不具备设置固定式的条件时,应配置便携式检测报警仪。

可燃气体和有毒气体检测报警系统宜为相对独立的仪表系统

检测器宜安装在无冲击，无振动，无强电磁场干扰的场所，且周围留有不少于0.3m的净空。

4.2.2检测点的确定

1.工艺装置

下列可燃气体,有毒气体的释放源,应设检测器:

甲类气体或