LNG金属外壁全容罐固定消防用水量设计

周 春，汪玲玲，张德久

(中机国际工程设计研究院有限责任公司 华东分院，江苏 南京 210023)

1 概述

根据《国务院关于促进天然气协调稳定发展的若干意见》(国发办〔2018〕31号)，供气企业到2020年形成不低于其年合同销售量10%的储气能力，城镇燃气企业到2020年形成不低于其年用气量5%的储气能力，各地区到2020年形成不低于保障本行政区域3天日均消费量的储气能力。

为了响应政府号召，建立健全不同层次的储气系统，自2018年以来，全国各地相继建成了一些较大规模的LNG应急调峰储配站，以实现城镇燃气企业和各地区应具备的应急调峰能力，满足当地的应急调峰需求。

工程常用LNG储罐分为金属外壁储罐和混凝土外壁储罐。由于国家设计规范对混凝土外壁储罐的固定消防用水量有明确规定，业内没有争议，因此本文主要对尚值得讨论的LNG金属外壁全容罐的固定消防用水量进行探讨。

2 LNG储罐的固定消防用水量

2.1 LNG储配站中LNG储罐的消防用水量计算

目前，LNG储配站的LNG储罐进行固定消防用水量计算时，一般依据GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》、GB 50219—2014《水喷雾灭火系统技术规范》和GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》。

按照GB 50974—2014第3.4.5条，全冷冻式液化烃储罐外壁为钢制的单容罐时，冷却面积及保护范围为着火罐的罐壁外表面积、罐顶外表面积及距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的邻近罐的罐壁外表面积的1/2。罐壁供水强度不应小于2.5 L/(min·m2)，罐顶供水强度不应小于4 L/(min·m2)。全冷冻式液化烃储罐为外壁钢筋混凝土结构的双容罐、全容罐时，不考虑罐顶和罐壁的固定冷却，但管道进出口等局部危险处应设置水喷雾系统，供水强度不应小于20 L/(min·m2)。

GB 50219—2014第3.1.11条规定：①系统用于冷却全冷冻式液化烃储罐时，采用钢制外壁的单容罐，着火罐及距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐应同时冷却。着火罐保护面积应按其罐体外表面面积计算，相邻罐保护面积应按罐壁外表面面积的1/2及罐顶外表面面积之和计算。②混凝土外壁与储罐间无保冷材料的双容罐，着火罐的罐壁与罐顶及距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐罐顶应同时冷却。③混凝土外壁与储罐间有保冷材料填充的双容罐，着火罐的罐顶及距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐罐顶应同时冷却。④采用混凝土外壁的全容罐，当管道进出口在罐顶时，冷却范围应包括罐顶泵平台，且宜包括罐顶管带和钢梯。第3.1.2条规定：用于防护冷却的全冷冻式液化烃储罐，单、双容罐的罐壁供水强度不应小于2.5 L/(min·m2)，罐顶供水强度不应小于4 L/(min·m2)。全容罐的罐顶泵平台、管道进出口等局部危险部位供水强度不应小于20 L/(min·m2)，罐顶管带供水强度不应小于10 L/(min·m2)。

GB 50183—2004第10.4.5条规定：液化天然气厂站的消防水系统，采用混凝土外罐的双层壳罐，当管道进出口在罐顶时，应在罐顶泵平台处设置固定水喷雾系统，供水强度不小于20.4 L/(min·m2)。第8.5.5条规定：全冷冻式液化石油气储罐固定式消防冷却水供水强度与冷却面积应满足：①着火罐及邻罐罐顶的冷却水供水强度不宜小于 4 L/(min·m2)，冷却面积按罐顶全表面积计算；②着火罐及邻罐罐壁的冷却水供水强度不宜小于2 L/(min·m2)，着火罐冷却面积按罐全表面积计算，邻罐冷却面积按罐表面积的一半计算。LNG储罐一般是参照全冷冻式液化石油气储罐的要求执行。

经过分析，以上3个设计规范关于全冷冻式液化烃储罐为金属单容罐、混凝土双容罐、混凝土全容罐的固定消防冷却系统的冷却部位、保护面积和供水强度均有明确要求，但有差异，且均没有涉及金属外壁全容罐的固定消防用水量计算的相关内容。因此在实际工程设计时，LNG金属外壁全容罐的固定消防用水量到底是参照以上规范中单容罐的要求进行设计，还是参照混凝土全容罐进行设计，还是将两者要求结合起来进行设计，存在一定争议。

2.2 厂站设计规范中的消防用水量计算

GB 51156—2015《液化天然气接收站工程设计规范》和GB 51261—2019《天然气液化工厂设计标准》均有LNG金属外壁全容罐固定消防用水量计算的相关内容。

GB 51156—2015第11.2.9条第3款规定：单容罐、双容罐和外罐为钢质的全容罐，其消防用水量应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用水量之和计算；着火罐的冷却面积应为罐顶和罐壁面积，邻近罐的冷却面积应为罐顶和半个罐壁面积。罐壁冷却水供水强度不应小于2.5 L/(min·m2)，罐顶冷却水供水强度不应小于4 L/(min·m2)。第11.3.3条规定：单容罐、双容罐和外罐为钢质的全容罐罐顶和罐壁应设置固定消防冷却水系统，罐顶平台重要阀门和设备法兰接口应设水喷雾喷头保护。

GB 51261—2019第12.2.6条规定：液化天然气储罐的固定消防冷却用水的设计流量应符合：当储罐外壁为钢质时，应按着火罐和距着火罐直径(卧式罐按其直径和长度之和的一半)1.5倍范围内邻近罐的固定消防用水量之和计算；着火罐的保护范围应为罐壁表面积和罐顶表面积，邻近罐的保护范围应为罐壁表面积的一半和罐顶表面积。着火罐和邻近罐的罐壁供水强度不应小于2.5 L/(min·m2)，罐顶供水强度不应小于4 L/(min·m2)。

分析发现，以上两个标准对于LNG金属外壁全容罐的固定消防用水量、冷却范围和冷却水供水强度的要求均一致。区别在于GB 51156—2015同时要求LNG金属外壁全容罐的罐顶平台重要阀门和设备法兰接口应设水喷雾喷头保护，GB 51261—2019无此要求。

2.3 计算实例比较

以1台外罐外直径为35 m、高度为35.52 m、有效容积为2×104m3的LNG金属外壁全容罐为例，分别按3种情况计算储罐的固定消防用水量：只考虑罐顶和罐壁的固定冷却(称为方法1)；考虑罐顶、罐壁、罐顶管带及检修通道、泵平台的固定冷却(称为方法2)；考虑罐顶和罐壁，同时在罐顶平台重要阀门和设备法兰接口设置水喷雾喷头保护的固定冷却(称为方法3)。经计算，该全容罐的罐壁保护面积为3 277 m2，罐顶保护面积为1 071 m2，罐顶管带及检修通道保护面积为125 m2，罐顶泵平台保护面积为53 m2。罐壁供水强度按2.5 L/(min·m2)考虑，罐顶供水强度按4 L/(min·m2)考虑，罐顶管带及检修通道供水强度按10.2 L/(min·m2)考虑，泵平台供水强度按20.4 L/(min·m2)考虑，在罐顶平台重要阀门和设备法兰接口按共设置水喷雾喷头40个考虑。该储罐固定消防用水量计算结果见表1。

表1 2×104 m3液化天燃气金属外壁全容罐不同计算方法下固定消防用水量

根据表1，按6 h灭火时间考虑，方法1对应的消防用水量为4 493 m3，方法2对应的消防用水量为5 342 m3，方法3对应的消防用水量为4 920 m3。

3 结论

通过对GB 50974—2014、GB 50219—2014、GB 50183—2004、GB 51156—2015、GB 51261—2019的条款分析并经过计算实例的比较，笔者认为在城镇燃气LNG储配站设计标准颁布之前，LNG金属外壁全容罐的固定消防用水量可以参照GB 51156—2015进行设计，这样既考虑了储罐固定消防的安全性，也适当减小了消防系统特别是消防水池的建设成本，提高了建站经济性。主要要求如下。

① 根据储罐的罐壁和罐顶面积，按着火罐和邻近罐的保护面积分别进行罐壁消防用水量和罐顶消防用水量的计算。

② 根据计算的罐壁、罐顶消防用水量和所选择的水喷雾喷头特性，计算水喷雾喷头数量。

③ 根据罐壁、罐顶面积和计算得到的喷头数量布置罐顶和罐壁的水喷雾喷头；根据罐顶平台重要阀门和设备法兰接口的位置布置一定数量的水喷雾喷头。

④ 根据实际布置的罐顶、罐壁、罐顶平台重要阀门和设备法兰接口处的水喷雾喷头数量和喷头特性，计算实际的消防用水量，得到储罐的固定消防用水量。