浅谈LNG接收站与场外设施防火间距设计要点_黄绍华.pdf

设计技术石油化工设计PetrochemicalDesign2023，40(2)6 9浅谈 LNG 接收站与场外设施防火间距设计要点黄绍华(山东省天然气管道有限责任公司，山东 济南 250000)摘要:与早期 LNG 接收站建设相比，近年来接收站在新建、改扩建过程中，越来越多的受到周边设施、相邻企业的各种限制，造成工厂总平面设计受限的状况不断出现。有的接收站还因此在设计途中发生大的平面变更，给各个专业乃至工程总体进度带来不利影响。通过对 LNG 接收站危险源和主要生产装置的分析，识别影响 LNG 接收站的外部主要影响因素以及对应的防火间距，结合某 LNG 接收站总平面设计工作经验，提出了开展设计的几个关键要点和注意事项。关键词:LNG 接收站防火间距LNG 储罐地面火炬doi:10 3969/j issn 1005 8168 2023 02 002随着我国经济的高速发展，对能源的需求与日俱增，据相关报道，目前中国大陆地区已有 20座 LNG 接收站建成投产，分布在沿海 11 个省级行政区;另外还有 25 座拟建或待建1。LNG 接收站的规模日趋大型化，企业建设经营活动从传统的分散独立型逐渐转变为园区化2，许多油库、化工企业、物流公司等相继建成，使 LNG 接收站的新建、改扩建项目越来越受到周围厂矿企业、交通线等各类设施的影响，接收站的总平面设计和规划空间越来越小，设计越来越困难，不再像早期设计LNG 接收站那样仅考虑码头和地形的限制。本文通过罗列 LNG 接收站的主要危险源和装置特点，针对新建和扩建 LNG 接收站周围的各类场外设施、相邻企业进行危险性分析，由此提出其与周边主要敏感目标的防火间距，以及需要关注的问题和设计要点，供规划和设计人员参考。1LNG 接收站主要功能模块LNG 接收站的功能是接收和储存船舶运输来的 LNG，然后以气体和液体的形式输送出去，按照功能可分为 3 个功能模块。1)生产设施。典型的 LNG 接收站生产单元主要包括码头单元、储存单元(储罐)、BOG(蒸发器)处理单元、气化和外输单元、LNG 泄漏收集系统、槽车装车站、火炬单元、冷能利用单元、燃料气系统等。2)接收站的公用工程及辅助生产设施主要有中心控制室、码头控制室、槽车装车控制室、海水取排水系统、公用工程系统、污水处理单元、变配电室、柴油发电机房、消防泵房、制氯系统、泡沫站、化验分析系统等。3)通常，LNG 接收站的办公及生活服务系统包括办公楼、HSE 消防中心、维修车间、综合仓库、食堂、倒班公寓等。以上 3 个模块中，生产设施中的物料为 LNG和 NG，公用工厂及辅助生产设施、办公及生活服务设施中没有 LNG 和 NG。2生产设施中危险源要素分析2 1LNG 接收站危险源分析根据 GB 182182009危险化学品重大危险源辨识3 相关规定，LNG 属于极度易燃液体，临界量达到 10 t 即构重大危险源4。根据危险化学品目录(2015 年版)(国家安全生产监督管理总局等 10 部委 2015 第 5 号)，LNG 接收站主要危险物质的危险特性见表 1。收稿日期:2022 09 14。作者简介:黄绍华，男，1996 年毕业于河海大学工业与民用建筑专业，学士，高级工程师，长期从事物资装备和设计管理工作。联系电话:0779 3800835;E mail:wosjyhsh sina com2023 年第 2 期(第 40 卷)黄绍华 浅谈 LNG 接收站与场外设施防火间距设计要点 7 表 1LNG 接收站主要危险物质特性危险化学品名称别名CAS 号火灾危险性类别备注LNG(液化天然气)8006 14 2甲 A 类原料，主要在码头卸料单元、储罐单元、工艺处理单元、装车单元NG(富含甲烷的)沼气8006 14 2甲 B 类产品，在 LNG 各生产单元在 LNG 接收站中的危险物质还有次氯酸钠、氯、盐酸、氢氧化钠、柴油、氮气(压缩的或液化的)等物料，主要存于公用工程和辅助生产设施中，其用量需要满足各种监管规定。但因其数量较少，仅影响接收站内部的平面设计，对外部安全不产生重大风险。LNG/NG 泄漏和点火源的存在是火灾爆炸事故发生的必要条件，其任意的泄漏模式、扩散条件和点燃方式都会对外部设施造成破坏和伤害，其最主要的危险类型为火灾爆炸，一旦发生，将造成人员伤亡和财产的巨大损失。LNG 接收站的总平面设计最重要的考虑因素是其对外部设施的影响和外部危险因素对接收站本身的影响。在总平面布置设计中要了解厂区和周边主要的危险源，使各设施与外部的安全间距符合规范要求，同时尽可能布局紧凑、节约用地、方便运输。2 2危险装置分析在各个生产装置中，按照 LNG 和 NG(天然气)能量的大小可以分成储罐、火炬和其他工艺设施 3 种类型。2 2 1LNG 储罐目前，沿海 LNG 接收站的储罐容积规格主要有 16、20、22 和 27 万 m3几种规格;LNG 储罐内储存有大量的 LNG 和 BOG 蒸发气，是 LNG 最大的危险源。1 座 16 万 m3的 LNG 储罐满罐时所储存的 LNG 能量相当于约 70 倍的广岛原子弹能量，一旦发生灾难性破裂，后果不堪设想4。在接收站中，LNG 储罐是对外部影响最大的装置。2 2 2火炬火炬单元是 LNG 正常生产和事故状态下重要的物料泄放单元，早期的 LNG 接收站以高架火炬为主，火炬塔架及其相关附属占地面积小，但热辐射影响范围较大，因此建设用地范围较大5。其后地面火炬因投资小、便于维护、对周边设施影响小等优点而得到了推广应用。但地面火炬因排放量较小，在设计时可能要考虑设计多个火炬，因此增加了投资。故在设计火炬系统时，还要综合考虑周围环境和设施容忍度、平面布置和工艺需求等多个因素。在 LNG 平面设计时，为避免对陆上各类设施的影响，一般沿海岸线设计火炬。若具备条件则优先设置在海上6，这样可有效避免对陆上其他设施的影响。2 2 3其他工艺单元码头装卸区、工艺区、槽车装车区，计量外输区，这些区域的设备、管道和容器内都有 LNG 和NG，均有可能发生泄漏。这些收集装置区内均需设置 LNG 泄漏收集系统。这些收集系统一旦发生LNG 或 NG 的泄漏，容易发生燃烧和爆炸，与储罐相比尽管其能量较小，但对外部环境也会造成巨大影响。在总平面设计时，必须严格按照规范要求设置足够的安全间距。3LNG 接收站罐区与周边敏感目标的安全间距为减少 LNG 接收站与周围居住区、相邻厂矿企业、交通线等在火灾事故中的相互影响，国家规定了其最小防火距离。企业为追求最大效益，沿海 LNG 接收站的储罐越建越大，22 万 m3已经成为标配，这一类 LNG 接收站的分级都是一级。在LNG 接收站总平面设计中，LNG 接收站与周围居住区、相邻厂矿企业、交通线等常见敏感目标的最小防火间距见表 2。表 2 中，第 1、2 项按照 GB 501832004石油和天然气工程设计防火规范7(下称GB 50183防火规范)中表 4 0 4 的要求，最小防火间距应分别为 120 m 和 90 m，远小于第 10 2 5 条第 2 款“液化天然气储存总容量大于或等于 30 000 m3时，与 居 住 地、公 共 福 利 设 施 的 距 离 应 大 于0 5 km”。的规定，因此，这两种情况下的防火间 8 石 油 化 工 设 计2023 年第 2 期(第 40 卷)距要按照大于 500 m 考虑。表 2一级 LNG 接收站(10 万 m3以上全容罐)外壁与常见敏感目标最小防火间距敏感目标规定防火间距/mGB 501832004规定7 100 人以上的居住区、村镇、公共福利设施500第 10 25(2)100 人以下的散居房屋500第 10 25(2)相邻厂矿企业120表 404企业铁路线55表 404高速公路40表 404其他公路30表 40435 kV 及以上独立变电所80表 404架空电力线路(66 kV 及以下)1 5 倍杆(塔)高表 404架空电力线路110 1 000 kV杆(塔)高加 3且不小于 40表 404国家、级架空通信线路40表 404其他通信线路1 5 倍杆高表 404爆破器材库和爆破个别飞散物500表 4044关于防火间距的设计要点笔者在实践中参加了某 LNG 接收站总平面布置管理工作，遇到了多个重大的外部影响问题，特归纳总结和讨论。4 1LNG 接收站与周边设施的防火间距的选标1)LNG 接收站与周边设施需保持足够的安全防火间距，要严格遵循和满足GB 50183 防火规范 的相关要求。LNG 接收站周边最常见的相邻企业就是石油化工企业，应按照现行 GB 501602008石油化工企业设计防火规范8(下称GB50160 防火规范)开展防火设计，两者不属于同一类企业，在做防火设计时应分别遵循其各自适用的规范。2)GB 50160 防火规范 在很多方面与GB50183 防火规范 规定相似，两者防火间距要求基本一致或略微偏小。需要注意的是，GB 50160防火规范 的防火间距分为与相邻工厂或设施(表4 1 9)、与同类企业及油库(表 4 1 10)两个不同的选用表格。石油化工企业与 LNG 接收站不是同类企业，因此其防火间距应遵守表 4 1 9 的规定。3)在选用标准时，还要注意周边设施先建和后建的关系。如果 LNG 接收站在周边设施的建设或规划之后建设，那么防火间距应当按照GB50183 防火规范 来执行。如果 LNG 接收站的建设在周边设施的建设或规划之前，那么周边设施防火间距的设计应当按照GB 50160 防火规范执行。4)还需注意的是，扩建项目中的标准规范更应严格遵守，不能因为已有建构筑物在当初建设时已满足规范要求、扩建时就不遵守新规范，而应严格执行既定的标准规范9。4 2优先考虑 LNG 储罐位置优先考虑 LNG 储罐位置，是解决 LNG 接收站周边设施防火间距的关键。LNG 储罐是 LNG 能量最大、密度最高的地方，根据GB 50183 防火规范 表 4 0 8 规定，在所有防火间距中，与储罐的最小防火间距远比其他设施的防火间距要大。比如，储罐外壁与相邻厂矿企业围墙防火间距为 120 m，其他工艺装置或设施的防火间距不超过90 m，因此，首先要将 LNG罐区尽量布置在远离相邻工厂、变配电站、道路及架空线路等设施外，是解决工业园区内相邻设施防火间距难题的关键。4 3合理规划火炬的位置及其火炬类型火炬分为高架火炬和地面火炬两种。其中，高架火炬因可携带可燃液体和明火，其防火间距应根据场外设施的辐射热强度允许值计算确定，其允许值宜符合GB 50183 防火规范 表 5 2 1的规定。封闭式地面火炬可将火炬的热量包揽在内部，从而减少向四周扩散的热辐射，围栏外的热辐射值低于 1 6 kW/m2，可有效减少防火区的面积，减少平面设计限制10。由目前国外的地面火炬考察的实际情况可知，地面火炬的安全距离已能做到离装置较近，这主要取决于事故状态下生产装置的最大排放量、安全排放控制系统和防护设施的设计标准。4 4合理的厂内布置合理的厂内布置，有助于减小对外部设施的安全影响。国外石油化工企业非常重视在事故状态下对社会公共环境的影响，厂内危险设备距厂区围墙(边界)的间距一般较大，可将火灾事故状态下一定强度的辐射热控制在厂区围墙内。在厂内平面设计中，适当加大场内危险设备与厂区围2023 年第 2 期(第 40 卷)黄绍华 浅谈 LNG 接收站与场外设施防火间距设计要点 9 墙的间距，可以使爆炸危险区范围控制在厂区围墙内，并将厂内的火灾影响范围有效控制在厂区围墙内;同时也可降低厂外明火及火花对厂内危险设备的威胁。因此，合理的平面布置，可以有效减小对外部设施的影响，从而有利于在开展外部安全评价和审查时其被确认为是合理的位置。4 5重视周边单位的现状对 LNG 接收站的影响重视周边单位生产、经营、改扩建活动对 LNG接收站的影响。LNG 接收站都位于深水码头附近，资源有限，当地经济活动的拓展，周围有可能不断新建、扩建石油化工企业、油库等危化品企业;此时要关注其建设性质、规模以及建设审批程