淺談LNG儲罐布置方式

摘 要：LNG單容罐建造施工周期比全容罐更短，其占地面積比全容罐大。單容罐需設置防火堤，且LNG泄漏并在防火堤內燃燒時會產生熱輻射。布置LNG單容罐不僅需滿足規范，還需將熱輻射距離盡可能縮短。在用地緊張且施工周期短的情況下，合理布置下沉式LNG儲罐可以滿足要求。

關鍵詞：LNG單容罐；設備布置；防火堤

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.198

1 LNG儲罐

LNG是液化天然氣（Liquefied Natural Gas）的縮寫，在中國常見的LNG儲罐是單容罐和全容罐。

1.1 LNG單容罐的特點

罐子能滿足LNG低溫儲存要求，但罐體本身不能限制并儲存泄露的LNG，因此需要增設防火堤。其優勢是：相同容量情況下，單容罐建造周期相比全容罐短18個月左右，降低工程造價和時間成本。

1.2 LNG全容罐的特點

罐子由主容器和次容器組成，既能低溫儲存LNG，又能限制并儲存泄露的LNG，不需要設防火堤，安全性能高，場區布局緊湊。但建造周期需要三年左右，投資費用很高。此外還有LNG薄膜罐，由于承包商少，目前在中國還沒有業績。所以在中國LNG行業，LNG儲罐主要是在LNG單容罐和LNG全容罐二者中選擇。

2 LNG罐的選擇

LNG儲罐選型需要考慮的因素很多，除了國家或當地的法律、法規外，還需考慮工期、安全性、投資、建造等方面。因業主的不同需求和客觀條件，選擇全容罐和單容罐的工程案例各占一半。有的項目因為建設周期充足，業主資金充足，可選擇全容罐。而有的項目業主資金緊張又需要盡快投產搶占周邊LNG市場，因此可選擇單容罐。

由于單容罐需設計防火堤，一旦LNG泄漏堤內著火，其輻射熱流會影響到周圍建構筑物。LNG單容罐布置對全廠其他設備和建構筑物的布置產生重大影響。本文重點闡述LNG單容罐布置。

3 影響LNG單容罐布置的因素

影響LNG單容罐布置的因素主要有以下幾個：防火堤到罐內壁的距離x；儲罐中最高液位到防火堤頂部的距離y；周圍設備、建構筑物到防火堤的安全距離d。

3.1 防火堤到罐內壁距離x與防火堤高度y的關系

LNG單容罐屬于全冷凍式儲罐?！禛B50351-2014儲罐區防火堤設計規范》第3.3.2條提到：“全冷凍式液化石油氣、天然氣凝液及液化天然氣單防罐罐壁至防火堤內堤腳線的距離，不應小于儲罐最高液位高度與防火堤高度之差加上液面上氣相當量壓頭之和；當防火堤高度大于或等于儲罐最高液位高度時距離可不限[1]?！?/p>

可見x與y成正比：y值越?。ǚ阑鸬淘桨?，x值也越小，即防火堤設計得越高，防火堤離罐內壁距離就越近。反之亦然。

對于廠區布置，LNG儲罐的防火堤高度可以設計得很高，甚至超過儲罐的高度，這樣就可以把防火堤到儲罐的距離盡可能降低，罐區占地面積盡可能減小。但防火堤高度超過2.2m，無論操作檢修還是消防搶險都不方便，我們在設計LNG儲罐防火堤時也不能無上限的增高，應該綜合考慮投資、操作、消防等各項因素。

3.2 如何核算周圍設備、建構筑物到LNG防火堤的安全距離d

安全距離是指LNG泄漏時，整個堤內最大底面積著火（最惡劣情況）的熱輻射距離。目前國際上計算“LNG泄漏燃燒時熱輻射距離”的方法有兩種，一種是模型模擬計算，另一種是人工估算。

3.2.1 模擬模型計算

該模型是指美國氣體研究所報告GRI 0176中描述的“LNGFIRE：LNG燃燒的熱輻射模型”。該模型是模擬在各種防火堤形狀、溫度、濕度、風向風速、氣溫等條件下，LNG泄漏導致整個堤內燃燒，計算燃燒時所產生的熱輻射距離。目前國內有少數設計院在使用該軟件。

3.2.2 人工估算

我們可以通過公式估算安全距離。參照美國標準NFPA 59A規定，防火堤為矩形且長寬比不大于2時，可用如下公式決定隔離距離：

（式3-2-1）[2]

式中 d——到防火堤邊沿的距離，即熱輻射距離（m）；A——圍堰內最大著火底面積（m2）；F——熱通量校正系數。

《GB50183-2004石油天然氣工程設計防火規范》第10.3.4條提到：“室外活動場所、建（構）筑物允許接受的熱輻射量在風速為0級、溫度21℃及相對濕度為50%條件下，不應大于下述規定值：圍堰和集液池至室外活動場所、建（構）筑物的隔熱距離（作業者的設施除外），應按下列要求確定：……，3）熱輻射量達30000W/m2界線以內，不得有即使是能耐火且提供熱輻射保護的在用構筑物[3]?！?/p>

我們在布置中主要依據上述第3）條，LNG單容罐防火堤周圍的建構筑物必須在熱輻射量30000W/m2界限以外。美國標準NFPA 59A中提到，熱通量校正系數F對于30000W/m2為0.8[2]。

4 LNG單容罐布置實例

本文以某民營LNG項目為例，闡述通過人工估算熱輻射安全距離、計算LNG單容罐圍堰長寬，布置LNG單容罐。

4.1 項目介紹

該項目開始于2011年1月，罐區設計有兩個同等容積的LNG單容罐，每個容積約3.3萬方，分兩期建成。當時安監局還未下發《進一步加強化學品罐區安全管理的通知》（安監總管三〔2014〕68號）“可燃液體儲罐要按單罐單堤的要求設置防火堤或防火隔堤”的規定，所以這兩個LNG單容罐是設計在一個防火堤內的，一個罐泄漏，必定引起另一個罐泄漏，罐區容積考慮為兩個罐的總容積。這個項目的特點是：用地緊張、項目資金很有限、項目需要盡快投產搶占市場。

4.2 LNG儲罐布置

4.2.1 地上式儲罐布置方案

通常情況下，儲罐布置在地上時為了消防和操作方便，一般防火堤高度在2.2米以內最合適。罐區長寬計算過程如下：

已知條件：兩個罐容積為66000m3；兩個罐的基礎、罐壁、承臺體積總和為4942m3；防火堤有效高度2m。

計算得：罐區內容積為70942m3， 罐區長（L）X罐區寬（W）=35471m2

參照美國標準NFPA 59A規定，LNG防火堤為矩形且長寬比不宜大于2[2]，得罐區寬W最小值133m，最大值188m，罐區長L最小值188m，最大值266m。滿足《GB50351-2014儲罐區防火堤設計規范》第3.3.2條：x需大于或等于y加氣相當量壓頭4.4m。見下圖4-2-1。

所以當罐放置在地面上，防火堤高度為2.2米時，防火堤占地在133mx266m～188mx188m范圍內。再根據式3-2-1得，熱輻射安全距離d=150米，即防火堤外150米范圍內都是熱輻射區域，不得有重要設備及建構筑物。工廠占地面積有限，只能提供一塊110mx180m的空地作為罐區用地，上述地上式儲罐的方案顯然不合適，至少將防火堤高度提高到4.5m左右，才能滿足占地條件，但從視野、操作和消防角度來看都不合適。因此嘗試考慮采用下沉式儲罐方案。

4.2.2 下沉式儲罐布置方案

圍堰下沉至地下5米，兩罐之間修建通往地上的車道，圍堰內設置LNG積液池和雨水收集池，通過泵將池內雨水打到雨水排水系統。為了節約200w左右的工程費用，圍堰采取45度自然放坡，坡向罐區底部，護坡地坪采用毛石混凝土。見圖4-2-2a

已知條件：兩個罐容積為66000m3；兩個罐的基礎、罐壁、承臺體積總和為4942m3；車道體積2188m3；護坡體積6550m3，防火堤有效高度5m；

計算得：罐區長（L）X罐區寬（W）=15936m2

參照美國標準NFPA 59A規定，LNG防火堤為矩形且長寬比不宜大于2，得罐區寬W最小值89m，最大值126m，罐區長L最小值126m，最大值178m。根據總圖條件罐區場地條件約110mx180m，綜合考慮，將罐區寬W定為96m，長L定為166米，見圖4-2-2。LNG泄漏時最高液位為2.6m，根據式3-2-1得，熱輻射安全距離d=92米，即防火堤外92米范圍內都是熱輻射區域，不得有重要設備及建構筑物。

綜上所述，對比地上式儲罐布置和下沉式儲罐布置，前者占地在133mx266m～188mx188m范圍內，后者占地89mx178m～126mx126m范圍內。且前者的熱輻射距離達到150m，后者僅92m。后者比前者在占地面積上減小了很多。罐區的東側和南側是山墻，西側是污水收集池，北側是火炬，距離火炬125米，滿足了熱輻射安全距離要求。

5 結論

LNG單容罐下沉式布置，在國內LNG項目中具有典型性和創新性。通過上述案列項目得出的經驗是：合理布置下沉式單容罐可以揚“建設周期短”之長，避“占地面積大”之短。下沉式單容罐既比全容罐建設周期短，又比地上式單容罐占地面積小，熱輻射距離短。但單容罐也有自己的缺點，例如絕熱性和安全性都比全容罐略差，需要開挖的土石方工程量比地上式單容罐大。所以在設計過程中應結合項目本身的客觀條件，綜合考慮，選擇最優化最經濟的布置方式。

當今中國經濟持續快速發展，但保障經濟發展的能源卻相對緊缺，結構也較為單一。目前全球LNG產能持續增長、價格不斷走低，有利于中國增加LNG進口和消費，對優化能源結構，實現經濟和社會可持續發展起到重要作用。同時從價格角度看，全球LNG產能提升并拉低亞洲市場價格，將使中國進口LNG的企業減輕負擔，并從中獲利。中國的LNG接收站如今正在大量規劃和建設中，到2020年中國LNG進口接收站能力將達1800億立方米。LNG相關裝置的布置設計和優化工作值得大家研究。

參考文獻：

[1]GB50351-2014儲罐區防火堤設計規范[S].8.

[2]《GBT 20368-2012 液化天然氣（LNG）生產、儲存和裝運》[J].6.

[3]GB50183-2004石油天然氣工程設計防火規范[S].73-74.

作者簡介：曾婧（1984-），女，四川人，本科，工程師，主要從事LNG和各類化工產品罐區布置及配管。