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液化天然气储罐被动安全防护技术的研究进展

201903-1915:46:42

LNG储罐被动安全防护技术是以储罐发生事故后尽可能减少事故的危害为指导,采取的应对措施,主要包括围护措施、消防冷却水防护措施、泡沫覆盖措施、干粉灭火措施、移动式灭火器材灭火措施、隔热物质覆盖措施、隔震减震措施等。

1、围护措施

围堰不仅可容纳泄漏的LNG,还可以抑制LNG蒸发气的扩散,因此须按规范为LNG储罐设置安全围护设施,即围堰,亦称防火堤。LNG储罐按罐体结构可分为单容罐、双容罐、全容罐,其中单容罐应单独设置围堰,双容罐和全容罐的围堰与外罐相连。我国相关规范和美国防火协会标准(NFPA59A)规定。单容罐的外围应设置围堰,且围堰距单容罐内罐的距离应)储罐较高液位一围堰高度+液面上蒸气压的当量压头;NFPA59A还规定:围堰必须选择混凝土等耐低温材料建造。此外,LNG厂站工程中常规围堰区的分类、存在的问题以及围堰区的优化设计。

2、消防冷却水防护措施

当LNG储罐发生火灾时,产生的热辐射会对周围的人和设备设施造成危害,同时储罐受到烘烤,罐体强度下降,若储罐突然开裂,大量液体喷出,会发生严重的BLEVE,因此必须控制蒸发气体的浓度,防止储罐发生火灾;若LNG储罐发生火灾,必须对储罐及其管道进行冷却,水流可以冷却储罐,吸收火灾产生的热量,防止火灾演变成BLEVE。消防冷却水防护措施有水幕、水喷淋、水喷雾、固定消防水炮及室外消火栓,其中水幕、水喷淋和水喷雾的区别在于使用的喷头的结构和性能不同。

(1)水幕。LNG储罐发生火灾的本质原因是储罐发生泄漏产生蒸发气体,其浓度达到了燃烧下限并遇到着火源,如果可以稀释气体浓度使其低于燃烧下限,火灾就不会发生,水幕法正是一种简单、可以稀释气体浓度的方法。水幕系统主要包括水幕喷头、管道和控制阀等,它的工作原理是通过形成水幕来稀释气体浓度,使其低于燃烧下限,或者是当发生火灾时,也可起到防火幕的作用。

水幕有扇形水幕、向上实心锥形水幕、向下实心锥形水幕3种,其主要缺点是容易受环境风影响且热交换少;若同时使用3种水幕,则用水量较多,且与只使用向上实心锥形水幕相比,控制效果并无明显差别;综合来讲,水幕控制LNG蒸气效果从好到差的排序依次为:向上实心锥形水幕、扇形水幕、向下实心锥形水幕。EN1473标准中对水幕的要求有:①根据风险评估结果确定水幕系统布置的位置,可设置在靠近可能发生LNG泄漏的地方,但是要避免水进入到LNG;②建议水流速度为70L/(min。m)。

(2)水喷雾或水喷淋。设置水喷雾或水喷淋系统的主要目的是当LNG储罐发生火灾时,对储罐进行冷却降温,防止形成BLEVE,该系统主要由雨淋控制阀、管道、喷头、火灾警报系统等组成。水喷雾系统喷出的细小水雾滴粒径小于1mm,水喷淋系统喷出的细小水雾滴粒径为1~2mm,前者先以水雾阻挡辐射热通过,降低热量传递效率,再对壁面进行冷却,后者直接以水流方式作用于罐壁;两者相比较,水喷雾系统由于喷出的水滴粒径小,有更好的吸热作用和窒息效果,大大提高了水的利用率。但正是由于这种优点,也导致了其喷出的细水雾易受风速和火灾热流的影响。

当LNG储罐为单容罐、双容罐时,应在罐壁、罐顶设置水喷雾系统;当LNG储罐为全容罐时,应在罐顶泵平台、管道进出日等局部危险部位及管带处设置水喷雾系统,用于水冷却保护或吹散稀释该处的泄漏物质。设计水喷雾强度应从该规范中查找,无论是哪种形式的储罐,水喷雾系统的持续供给时间较低为6h。文当双容罐外罐为混凝土时,不需在罐壁设置水喷雾系统,只需在罐顶设置即可。

(3)固定消防水炮及室外消火栓。固定消防水炮及室外消火栓都是在LNG储罐发生火灾时,以水流的方式作用于罐壁,其缺点是耗水量大,水的利用率低。水喷淋或水喷雾系统的喷头容易堵塞,且在发生火灾或爆炸时易受到损坏,此时可以采用固定消防水炮及室外消火栓冷却来保护储罐。每个室外消火栓旁都要配备一个消火栓箱,箱内装有消防水工具及消防水带,其缺点是火灾产生的热辐射会使人员很难操作且容易对人体本身造成伤害。

3、泡沫覆盖措施

LNG储罐的集液池或围堰应设置高倍数泡沫系统,它能有效地驱散蒸发气体,当发生火灾时,能迅速形成泡沫覆盖层,以减少火焰向液池传递热能,使蒸发速度减慢。


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