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液化天然氣儲罐被動安全防護技術(shù)的研究進(jìn)展
LNG儲罐被動防護技術(shù)是以儲罐發(fā)生事故后盡可能減少事故的危害為指導(dǎo),采取的應(yīng)對措施,主要包括圍護措施、消防冷卻水防護措施、泡沫覆蓋措施、干粉滅火措施、移動式滅火器材滅火措施、隔熱物質(zhì)覆蓋措施、隔震減震措施等。
1、圍護措施
圍堰不僅可容納泄漏的LNG,還可以LNG蒸發(fā)氣的擴散,因此須按規(guī)范為LNG儲罐設(shè)置圍護設(shè)施,即圍堰,亦稱堤。LNG儲罐按罐體結(jié)構(gòu)可分為單容罐、雙容罐、全容罐,其中單容罐應(yīng)單獨設(shè)置圍堰,雙容罐和全容罐的圍堰與外罐相連。我國相關(guān)規(guī)范和美火協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(NFPA59A)規(guī)定。單容罐的外圍應(yīng)設(shè)置圍堰,且圍堰距單容罐內(nèi)罐的距離應(yīng))儲罐較高液位一圍堰高度+液面上蒸氣壓的當(dāng)量壓頭;NFPA59A還規(guī)定:圍堰選擇混凝土等耐低溫材料建造。此外,LNG廠站工程中常規(guī)圍堰區(qū)的分類、存在的問題以及圍堰區(qū)的優(yōu)化設(shè)計。
2、消防冷卻水防護措施
當(dāng)LNG儲罐發(fā)生火災(zāi)時,產(chǎn)生的熱輻射會對周圍的人和設(shè)備設(shè)施造成危害,同時儲罐受到烘烤,罐體強度下降,若儲罐突然開裂,大量液體噴出,會發(fā)生嚴(yán)重的BLEVE,因此控制蒸發(fā)氣體的濃度,防止儲罐發(fā)生火災(zāi);若LNG儲罐發(fā)生火災(zāi),對儲罐及其管道進(jìn)行冷卻,水流可以冷卻儲罐,吸收火災(zāi)產(chǎn)生的熱量,防止火災(zāi)演變成BLEVE。消防冷卻水防護措施有水幕、水噴淋、水噴霧、固定消炮及室外消火栓,其中水幕、水噴淋和水噴霧的區(qū)別在于使用的噴頭的結(jié)構(gòu)和性能不同。
(1)水幕。LNG儲罐發(fā)生火災(zāi)的本質(zhì)原因是儲罐發(fā)生泄漏產(chǎn)生蒸發(fā)氣體,其濃度達(dá)到了燃燒下限并遇到著火源,如果可以稀釋氣體濃度使其低于燃燒下限,火災(zāi)就不會發(fā)生,水幕法正是一種簡單、可以稀釋氣體濃度的方法。水幕系統(tǒng)主要包括水幕噴頭、管道和控制閥等,它的工作原理是通過形成水幕來稀釋氣體濃度,使其低于燃燒下限,或者是當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,也可起到幕的作用。
水幕有扇形水幕、向上實心錐形水幕、向下實心錐形水幕3種,其主要缺點是容易受環(huán)境風(fēng)影響且熱交換少;若同時使用3種水幕,則用水量較多,且與只使用向上實心錐形水幕相比,控制效果并無明顯差別;綜合來講,水幕控制LNG蒸氣效果從好到差的排序依次為:向上實心錐形水幕、扇形水幕、向下實心錐形水幕。EN1473標(biāo)準(zhǔn)中對水幕的要求有:①根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果確定水幕系統(tǒng)布置的位置,可設(shè)置在靠近可能發(fā)生LNG泄漏的地方,但是要避免水進(jìn)入到LNG;②建議水流速度為70L/(min.m)。
(2)水噴霧或水噴淋。設(shè)置水噴霧或水噴淋系統(tǒng)的主要目的是當(dāng)LNG儲罐發(fā)生火災(zāi)時,對儲罐進(jìn)行冷卻降溫,防止形成BLEVE,該系統(tǒng)主要由雨淋控制閥、管道、噴頭、火災(zāi)警報系統(tǒng)等組成。水噴霧系統(tǒng)噴出的細(xì)小水霧滴粒徑小于1mm,水噴淋系統(tǒng)噴出的細(xì)小水霧滴粒徑為1~2mm,前者先以水霧阻擋輻射熱通過,降低熱量傳遞效率,再對壁面進(jìn)行冷卻,后者直接以水流方式作用于罐壁;兩者相比較,水噴霧系統(tǒng)由于噴出的水滴粒徑小,有的吸熱作用和窒息效果,提高了水的利用率。但正是由于這種優(yōu)點,也導(dǎo)致了其噴出的細(xì)水霧易受風(fēng)速和火災(zāi)熱流的影響。
當(dāng)LNG儲罐為單容罐、雙容罐時,應(yīng)在罐壁、罐頂設(shè)置水噴霧系統(tǒng);當(dāng)LNG儲罐為全容罐時,應(yīng)在罐頂泵平臺、管道進(jìn)出日等局部危險部位及管帶處設(shè)置水噴霧系統(tǒng),用于水冷卻保護或吹散稀釋該處的泄漏物質(zhì)。設(shè)計水噴霧強度應(yīng)從該規(guī)范中查找,無論是哪種形式的儲罐,水噴霧系統(tǒng)的持續(xù)供給時間較低為6h。文當(dāng)雙容罐外罐為混凝土?xí)r,不需在罐壁設(shè)置水噴霧系統(tǒng),只需在罐頂設(shè)置即可。
(3)固定消炮及室外消火栓。固定消炮及室外消火栓都是在LNG儲罐發(fā)生火災(zāi)時,以水流的方式作用于罐壁,其缺點是耗水量大,水的利用率低。水噴淋或水噴霧系統(tǒng)的噴頭容易堵塞,且在發(fā)生火災(zāi)或爆炸時易受到損壞,此時可以采用固定消炮及室外消火栓冷卻來保護儲罐。每個室外消火栓旁都要配備一個消火栓箱,箱內(nèi)裝有消工具及消帶,其缺點是火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射會使人員很難操作且容易對人體本身造成傷害。
3、泡沫覆蓋措施
LNG儲罐的集液池或圍堰應(yīng)設(shè)置高倍數(shù)泡沫系統(tǒng),它能地驅(qū)散蒸發(fā)氣體,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,能形成泡沫覆蓋層,以減少火焰向液池傳遞熱能,使蒸發(fā)速度減慢。