大型LNG槽车充装站消防安全系统研究

孙世一，于靖雯

（中国石化青岛液化天然气有限责任公司，山东青岛 266400）

大型LNG槽车充装站消防安全系统研究

孙世一，于靖雯

（中国石化青岛液化天然气有限责任公司，山东青岛 266400）

结合LNG槽车充装站的消防安全系统及工艺特殊性等，对其安全性进行研究，并对站内设置的软件系统、消防硬件设施、管理策略等进行探讨。研究结果对于国内类似接收站和工业设施的消防系统设计和配置，能起到一定的指导和借鉴作用。

槽车充装站；消防系统；安全设施

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.11

1 概述

为优化我国的能源结构，减轻日益严重的环境污染，满足国内对天然气飞速增长的消费需求，我国拟在东南沿海地区适量进口LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然气的缩写），建设若干LNG接收站。LNG接收站的功能是接卸由LNG远洋运输船运来的LNG，在LNG储罐内储存。山东LNG共设有4种外输形式，即①采用升压、汽化、计量外输。②液体直接由罐内低压泵输至低压管网后直接装车外输。③液化乙烷装车外输。④液化石油气装车外输。

槽车装车外输较汽化外输的安全风险会更高，原因有4点：①汽化外输全程采用密闭管道完成，正常工艺状况下无介质直接放空，而装车作业常出现LNG，BOG，C2H6，LPG泄漏。②接收站操作人员全部为工艺班组人员，组织结构相对整齐，且都经过了安全教育、技能培训，操作技术较为先进、安全。而槽车装车作业常有外来人员介入到工艺操作中。③汽化外输区设备、管线、场平相对宽阔，作业密度低，而槽车充装站属全天候高密度、高强度作业。④槽车充装站涉及到3种危化品操作，其槽车本身也是巨大隐患。所以，提高槽车充装站安全管理品质，研究站内消防安全系统等问题，具有重要的意义。

2 适用的标准与规范

青岛LNG槽车充装站的防火及消防标准与LNG接收站一致，主要采用国内的标准，同时参照部分国际通用标准，如NFPA 59A，EN 1473等；对于某项具体的防火或消防设计，根据标准严格执行，即若国内标准更严格时，则采用国内的标准，国际标准更严格时，则采用国际标准。其中，建筑物的防火、灭火器的配置，可燃及有毒气体探测系统和火灾自动报警系统等的设计，主要采用国内标准。

2.1 国内相关标准规范

（1）GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》。

（2）GB 50016—2006《建筑设计防火规范》。（3）GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》。（4）GB/T 20368—2006《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》。

（5）GB 50196—1993《高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范》（2002 版）。

（6）GB 50084—2001《自动喷水灭火系统设计规范》(2005年版)。

（7）SY/T 6711—2008《液化天然气接收站安全技术规程》。（8）JTS 165-5—2009《液化天然气码头设计规程》。

2.2 国外相关标准规范

（1）EN1473《液化天然气设备与安装》。

（2）NFPA 59A《液化天然气生产储存和运输标准》。

3 火灾爆炸危险性

3.1 物料火灾爆炸危险性

槽车充装站外输的主要物料为液化天然气（LNG）、乙烷（C2H6）、液化石油气（LPG）。LNG主要成分为甲烷（CH4），以及少部分乙烷、丙烷等烷烃。天然气在常压（标准大气压）下，达到-162℃时可完全液化，密度430～470 kg/m3，燃点约为650℃，完全气化时体积膨胀625倍，在空气中的爆炸极限为5%～15%。

液化乙烷主要成分为乙烷（C2H6），其中还存在少部分丙烷等烷烃，是无色无臭液体。沸点为-88.6℃，密度约530 kg/m3，燃点约472℃，爆炸极限为3%～16%。

液化石油气主要成分为丙烷和丁烷，还具有少量丙烯、丁烯。液态密度约580 kg/m3，燃点426～537℃，爆炸极限1.5%～9.5%，气化后相对密度(与空气比)1.5～2，密度大于空气，LPG气化后属聚集性气体，可能在地面上出现大面积聚集，并向四周逸散。气化后体积膨胀250倍。空气中含量达到10%时，人在2 min便会麻醉和昏迷。

槽车充装站涉及到的3种充装介质都具有易燃易爆性，当它们和空气混合，浓度达到爆炸极限时，遇明火就会爆炸，这是事故中危害与损失最大的一种。天然气及重烃气体的火灾特点：①火灾爆炸危险性大。②火焰温度高、辐射热强。③易形成大面积火灾。④具有复燃、复爆性。为此，液化天然气、乙烷、液化石油气槽车外输火灾危险性，被列为甲类。

3.2 工艺流程与火灾爆炸危险性

3.2.1 工艺流程

由于槽车充装站内工艺装置的火灾危险性为甲类，装置区内的大部分区域也为爆炸危险1区，所以槽车充装站的工艺流程相对简单：

（1）LNG经罐内低压泵升压至0.8～1.1 MPa进入低压管网（DN450 mm），低压管网内LNG直接进入装车区管网（DN400 mm），再将介质LNG分别汇入10个LNG装车撬（二期工程将达到17个LNG撬位）的液相流路中（DN80 mm）。

（2）乙烷自脱甲烷塔底流出并储存于乙烷球罐中，乙烷从球罐底部自流出经乙烷换热器后（-88℃，1.1 MPa）直接输至槽车充装站乙烷总管（DN200 mm），再将介质乙烷分别汇入3个乙烷装车撬的液相流路中（DN80 mm）。

（3）液化石油气自脱乙烷塔底流出并储存于LPG球罐中，经LPG装车泵升压至1.75～2 MPa后进入装车区LPG总管（DN250 mm），再将介质液化石油气分别汇入4个LPG装车撬的液相流路中（DN50 mm）。

3.2.2 工艺火灾的危险

（1）液化天然气一旦泄漏，会立即在空气中发生闪蒸，部分气化成蒸汽，剩下的泄漏到地面，沸腾气化后与周围的空气混合成冷蒸汽雾，在空气中冷凝形成白烟，再稀释受热后与空气形成爆炸性混合物。形成的爆炸性混合物遇到明火，就会引发爆燃或爆炸。

液化天然气泄漏后形成的冷气体在初期比周围空气比重大，易形成云层或层流。泄漏的液化天然气的气化量取决于环境、大气的热量供给，刚泄漏时气化率很高，一段时间以后趋近于一个常数，这时泄漏的液化天然气就会在地面上形成一种液流。若无围护设施，则泄漏的液化天然气就会沿地面形成液池后，遇到明火就可引发池火。

（2）乙烷一旦发生泄漏，由于其低温特性，与LNG产生的现象差不多，唯一的区别在于乙烷密度略大于LNG，且大于空气，故泄漏后气体会向下方逸散，所以在可燃性气体检测装置设置、场内防静电处理，以及对人员冻伤、窒息、疏散时，都应考虑其特殊性。

（3）液化石油气一旦发生泄漏会迅速闪蒸至气相，不存在大量蒸汽与蒸汽雾，空气中浓度达到1%时使人呕吐、头痛，10%时2 min使人麻醉，时间稍长即可死亡。液态变为气态时体积迅速扩散250倍，其密度大于空气，泄漏时会向下方逸散，在地面上扩散形成高浓度区，爆炸极限内（1.5%～9.5%）遇火源可引起强烈爆炸。

4 消防安全系统

消防安全系统，主要包括防火设计和消防系统。防火设计包括总平面布置、危险物料的安全控制、火灾报警系统、防雷防静电及保护接地、防爆设施和紧急停车及安全连锁系统（SIS）等；消防系统包括消防水系统、高倍数泡沫灭火系统、消防水炮和消防站等消防设施，用于站内着火时的火情控制和灭火。

4.1 防火设计

4.1.1 总平面布置

根据LNG槽车充装站的工艺要求，其中各设施按功能进行分区布置。槽车充装站内由LNG装车撬、C2H6装车撬、LPG装车撬、辅助生产设施和服务性设施等组成。

（1）充装区域。LNG装车撬位于装车棚西北侧7台、东南侧3台，C2H6装车撬位于装车棚西南侧3台，LPG装车撬位于装车棚北部4台，装车区凝液罐位于南侧，雨淋阀室位于最南侧，事故集液池位于西南侧，中控室、机柜间、UPS间、洗手间、仓库位于最北侧。

（2）停车场区域。2台地磅分别位于东南侧及西南侧，停车场位于北侧，华北销售、岗亭、司乘人员休息室位于东侧。

4.1.2 危险物料的安全控制

（1）LNG泄漏检测和报警。青岛LNG槽车充装站采用了先进的检测器，并与F&GS系统相连。其中，可燃气体探测器分为一般式与对射式，用于探测可燃烃类气体，主要设置在液体、气体可能泄漏的场所，如LNG、C2H6、LPG装车撬旁、事故集液池旁、装车区凝液罐旁。厂区设置一般式可燃气体探测器14台，对射式可燃气体检测器4台。三点式红外火焰探测器用于起火事故的报警，厂区共设置15台。

（2）安全控制措施。槽车充装站内采用先进的DCS控制系统，从而保证工艺装置控制系统的可靠性；采用SIS系统确保当上游工艺系统与本区域内工艺出现紧急事件时，能及时切换流程，立即使需要隔离的区域隔离，且所有装车撬带有ESD按钮，通过硬连线连接以执行紧急停车动作；槽车充装站内的可燃气体报警、火焰报警装置能通过FGS系统准确、清晰的发出声光报警，以提高生产运行安全品质。

站内的压力容器（包括槽车等移动式压力容器的进场）的设计、制造均遵照执行《压力容器安全技术监察规程》的规定，压力管道尽量减少法兰等可能泄漏部件的数量，从本质上保证了压力容器的安全运行。

4.1.3 火灾报警系统

（1）除了利用行政电话119专号报火警外，槽车充装站内还设置了火灾自动报警系统，各单元的火灾报警控制器间通过总线方式联网。

甲洛洛蹲在离米九家不远的一个角落里。第九个夜晚，米九出现了，他披着毡衣，手里紧握着一小袋东西，在雨夜中匆匆赶路。

（2）站内的火灾探测器的主要类型有火焰探测器、感温电缆线型探测器、烟感探测器和手动报警按钮。

（3）室外火灾警报装置利用现场区域报警灯、声光报警器及喇叭来实现。在中心控制室火灾自动报警系统同自控专业F&GS系统联网后，实现了报警联动。

4.1.4 防雷防静电及保护接地

（1）LNG槽车充装站内所有变配电所、工艺装置等建(构)筑物的防雷、防静电设计，完全符合现行国家标准的有关规定。

（2）为保证人身、设备和建（构）筑物的安全及正常运行，将站内电气设备正常、不带电外壳部分与接地装置进行良好连接。主要包括工作接地、保护接地、过电压(内部及雷电)保护接地和防静电接地等。

（3）槽车充装站每个装车撬设备都安装了静电消除装置，确保每位操作人员无静电上岗，且每个装车撬都能与槽车保持良好接地连接，提高了生产过程的安全性。

（4）站内凡可能产生静电的设备，都按照SH 3097—2000《石油化工静电接地设计规范》的相关要求装设了防静电接地。

4.1.5 防爆设施

站内各单元大部分设备均为露天布置，保证了良好的通风条件。站内装置爆炸危险区域的划分和电气设备的选择及安装，遵循国标《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058—1992的相关规定。处在爆炸性气体环境内的所有电气设备，其防爆等级不低于dllCT4或ellT3。危险区域优先选用本安型仪表，其防爆等级不低于ExiallBT4；无本安型仪表可选时，采用隔爆型仪表，且防爆等级不低于ExdllBT4；开关量仪表、储罐液位仪表等，都采用了隔爆型。

4.1.6 紧急停车及安全连锁系统（SIS）

青岛LNG接收站内设置了独立于DCS系统的SIS系统，其安全综合等级按照IEC 61508中规定的SIL3(对应TUV6级)级考虑。各装置单元的SIS系统设置独立的控制站，使SIS的运行不受其他装置单元运行的影响，以确保人员、生产装置、重要机组和关键生产设备的安全。

SIS系统设置了一定数量的显示操作站 (与DCS的操作站相同)，相应的报警及操作通过显示操作站(软按钮)完成。对于重要的场合，采用“一硬一软”的方式，即除软按钮外，还在CCR的辅助操作台设置了紧急停车按钮(硬按钮)，用导线与中心控制室的SIS系统的DI卡(远程I/O卡)连接。SIS系统设置工程师站和事件序列记录工作站 (SER)。工程师站用于SIS系统的组态、下装、调试和日常维护；SER用于报警事件顺序的记录，以便对事故原因的追溯。工程师站和SER站互为备用。SIS系统可以保证一旦工艺进入安全状态，不允许自动复位，应进行人工手动复位。另外，槽车充装站所有装车撬带有ESD按钮，通过硬连线连接以执行紧急停车动作。

4.2 消防系统

青岛LNG槽车充装站消防系统主要由雨淋阀、高倍数泡沫灭火系统、干粉炮、消防水炮、消防栓、便携式灭火器（干粉、二氧化碳）等组成。

4.2.1 雨淋阀系统

LNG槽车充装站采用一撬位一套喷淋的雨淋阀安全保障系统，共设置12个雨淋阀，充分保障了当某撬位出现火情等安全事故时，对应的雨淋阀能迅速启动，在事故的早期将其扼杀。

雨淋阀是一种自动供水控制阀，可实现远程开启，槽车控制室应配备有火情操作台，当需紧急开启雨淋阀时，点击操作台开启按钮，雨淋阀电磁阀动作，排净上阀腔水，下阀腔压力大于上阀腔，则阀瓣开启，复位时需先关闭雨淋阀根部阀，同时排净阀腔内的水，实现复位。

4.2.2 高倍数泡沫灭火系统

槽车充装站在LNG事故集液池设置了高倍数泡沫灭火系统，主要作用是控制泄漏到事故集液池内的液化天然气的挥发。设计泡沫混合液供给强度为7.2 L/min·m2，泡沫混合液供给时间为40 min。泡沫原液选用3%的高倍数泡沫原液。选用发泡倍数为300～500倍的高倍数泡沫发生器，其额定流量为3 L/s。高倍数泡沫灭火系统采用自动控制方式。每个事故集液池要设置≥3个低温探测器，当有2个低温探测器探测到有LNG泄漏到收集池后，或火焰探测器探测到火灾信号后，由火灾报警控制盘联锁控制启动电动阀，从而启动高倍数泡沫灭火系统，向收集池内喷射泡沫混合液。

4.2.3 干粉炮

槽车充装站在厂区西侧设置2台干粉炮，能实现就地/远程2种操作模式，设备本身能实现手动/自动2种运行模式。当装车撬发生火灾事故时，干粉炮能向事故位置准确喷射，以抑制火情的扩大。干粉炮的运行原理为打开高压氮气瓶头阀，将高压氮气引入干粉罐中加压至1.5 MPa并充分混合之后喷出，采用覆盖灭火的方式抑制火情的扩大。操作步骤是：

（1）手动模式。①接通电源，切换至手动操作模式。②移动炮头对准事故方向。③点击启动键并待干粉罐内压力升至1.5 MPa后开启，并在喷射过程中微调炮头方向。④当喷射效果不佳时，可采用人工携带软管的方式进行喷射，软管位置位于干粉炮底部。⑤复位时切记炮头朝下，避免空气中灰尘、垃圾等进入，而堵塞管道。

（2）自动模式。①接通电源，切换至自动操作模式。②移动炮头对准事故方向。③点击启动键后，系统会根据罐压自动判断是否喷射，操作者只需继续微调炮头即可。

4.2.4 消防炮

槽车充装站在厂区东西两侧各设置3台消防炮，作用为当厂区发生介质泄漏、火灾时，启用消防炮进行灭火、稀释。操作步骤是：

（1）松弛消防炮固定装置，打开入水口。

（2）微调消防炮喷头，使其朝向事故位置并拧紧固定装置，使消防炮喷射位置固定。

（3）根据事故的距离可通过旋转的方式调整消防炮喷头，当事故位置较远时，可调整水柱的喷洒方式以增加喷射距离，当事故位置较近时，可采用旋喷的方式以保证自身安全。

（4）使用结束后切记炮头朝下，避免空气中灰尘、垃圾等进入，而堵塞管道。

4.2.5 消防依托力量和消防站

青岛LNG槽车充装站所在的董家口港区有一个消防支队，共有执勤人数38人，执勤消防车9辆。其消防车辆和消防装备的能力能满足LNG槽车充装站的需要，且距离槽车充装站仅有200 m，可作为重点协防单位。

青岛LNG站内消防站主体为二层结构，由7车位车库、泡沫充装设施、卫生间、训练塔和训练场地等设施组成。站内设7个车位，其中消防车5辆，急救车1辆。

5 结论

目前国内的LNG槽车液体外运进入了高速发展期，特别是被“东三省”、江浙经济区、华北工业区围绕的山东地区，LNG、C2H6、LPG装车外输的销售前景很好，其市场对液体能源外输的质量与数量需求都很高。但对于槽车充装站来说，安全管理必须做到足够严格甚至严苛，特别是从设计、设备质量、科学预防上要多下功夫，做到本质安全。同时，参照国内外相关标准规范的要求，采取足量合理的消防措施和手段，方可提升安全品质，确保生产的顺利进行。

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〔编辑 王永洲〕