LNG汽車加氣站的消防設計方案

摘 要

摘要：闡述LNG汽車加氣站的一般規模及構成，分析LNG汽車加氣站與LPG汽車加氣站、LNG氣化站在氣源的特性、廠站的建設規模等方面的差異，根據相關現行的國內、外設計規范，探討LNG汽
摘要：闡述LNG汽車加氣站的一般規模及構成，分析LNG汽車加氣站與LPG汽車加氣站、LNG氣化站在氣源的特性、廠站的建設規模等方面的差異，根據相關現行的國內、外設計規范，探討LNG汽車加氣站消防設計方案。
關鍵詞：LNG汽車加氣站；消防設計；LPG汽車加氣站；LNG氣化站
Fire Control Design Scheme of LNG Vehicle Filling Station
ZHOU Chun
Abstract：The general scale and composition of LNG vehicle filling station are expounded. The differences among LNG vehicle filling station，LPG vehicle filling station and LNG vaporizing station are analyzed in terms of gas source characteristics，station construction scale and SO on. According to the relevant current domestic and foreign design codes，the fire control design scheme of LNG vehicle filling station is discussed.
Key words：LNG vehicle filling station；fire control design；LPG vehicle filling station；LNG vaporizing station
1 引言
   北京、烏魯木齊、長沙、深圳等城市的LNG汽車加氣站的規模均為50m3，消防系統主要包括消防水槍、高倍數泡沫滅火器等滅火器材，消防設計的依據主要是美國標準《汽車用液化天然氣(LNG)供氣系統標準》NFPA 57[1]。海口、三亞、杭州等城市的LNG汽車加氣站的規模為30m3，模式為橇裝加氣站，消防系統主要包括消防水槍、高倍數泡沫滅火器等滅火器材，消防設計的依據主要是《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183—2004[2]。
   目前，國內尚未出臺專門針對LNG汽車加氣站的設計、施工及驗收規范。這種情況下如何進行LNG汽車加氣站的消防設計，成為設計單位面臨的緊迫問題。一般認為，LNG汽車加氣站消防設計可參照執行LPG汽車加氣站或LNG氣化站相關的設計規范。前者的理論依據是基于LNG有比LPG更安全的特性，且同為汽車加氣站。后者的理論依據是基于原料一樣，僅廠站形式不一樣。本文通過對LNG的氣源特性[3]、水在LNG汽車加氣站消防所起的作用等方面進行分析，比較LNG汽車加氣站與LPG汽車加氣站、LNG氣化站在氣源的特性、廠站的建設規模等方面的差異，確定LNG汽車加氣站的消防系統設計的初步方案。
2 LNG汽車加氣站的一般規模及構成
    目前，國內已建成的LNG汽車加氣站的加氣對象主要是城市公交車。考慮到方便公交車加氣，通常將加氣站站址選擇在公交車停車場。1個公交車停車場通常有2～4條公交線路，約100～150輛公交車(車載鋼瓶按容積為240L、充裝系數為85%考慮，則每天需LNG量為20.4～30.6m3)。考慮到停車場內的可利用空間、對周邊環境的安全間距要求、儲存周期、配套設施等因素，筆者認為LNG汽車加氣站的建設規模確定為50m3，即1臺50m3LNG儲罐比較合適。北京、烏魯木齊、長沙等城市建成的LNG汽車加氣示范站都是建在公交車停車場，建設規模均為50m3。幾年來的運行情況表明，LNG汽車加氣站的建設規模能夠滿足公交車加氣的需求。
    LNG汽車加氣站內的主要設備包括LNG儲罐、卸車增壓器、飽和壓力調節器、LNG潛液泵、加氣機及電氣自控設備等，主要建構筑物包括防護墻、站房及加氣島等。其中，LNG儲罐、卸車增壓器、飽和壓力調節器、LNG潛液泵設置于防護墻內，加氣機設置于加氣島上，電氣自控設備設置于站房內。
3 LNG與LPG汽車加氣站的比較
    ① LPG汽車加氣站消防系統
    關于LPG汽車加氣站設置消防系統，《汽車加油加氣站設計與施工規范》GB 50156—2002第9.0.1條規定：液化石油氣汽車加氣站、加油和液化石油氣加氣合建站應設消防給水系統。第9.0.5條規定：采用地上儲罐的LPG汽車加氣站，消火栓消防用水量不應小于20L/s；總容積超過50m3或單罐容積超過20m3的儲罐還應設置固定式消防冷卻水系統，其給水強度不應小于0.15L/(m2·s)。第9.0.4條規定：LPG汽車加氣站的消防水量應按固定式冷卻水量和移動水量之和計算。這樣，對于總容積超過50m3或單罐容積超過20m3的地上儲罐的LPG汽車加氣站而言，其消防用水量必然超過25L/s。《建筑設計防火規范》GB 50016—2006第8.6.1條規定：當市政給水管網為枝狀或只有1條進水管，且室內外消防用水量之和大于25L/s時，應設置消防水池。
    由此可以得出如下結論：LPG汽車加氣站(LPG儲罐采用地上罐，且總容積超過50m3或單罐容積超過20m3)應設置完整的消防給水系統，包括消火栓、儲罐固定噴淋冷卻裝置、消防水池、消防水管網。
   ② LNG與LPG的特性比較
LNG與LPG的特性比較見表1。
表1 LNG與LPG主要特性比較[4]
項目
LPG
LNG
備注
燃點/℃
493
650
LNG較LPG難于點燃
爆炸極限/%
2.15～9.60
5.00～15.00
LNG危險性小于LPG
氣體密度
大于空氣，少量泄漏易
積聚
-112℃以上小于空氣，少量泄漏后即揮發
少量泄漏后，LNG較LPG不易形成爆炸源
   LNG的燃點較LPG高；LNG的爆炸上、下限比LPG高，爆炸極限范圍也更寬；當高于-112℃時，LNG蒸氣比空氣輕，易于向高處擴散；而LPG蒸氣比空氣重，易于在低處集聚而引發事故[4]。故LNG的危險性小于LPG，且少量泄漏后，LNG較LPG不易形成爆炸性氣體。由此可知，LNG在運輸、儲存和使用上的火災危險特性及危害程度低于LPG，比LPG更為安全。從燃燒發出的熱量大小看，相同體積的LNG、LPG氣化后，LNG比LPG燃燒所產生的熱量略小，對周圍熱輻射也小[4]。因此，若認為LNG汽車加氣站的消防系統應按LPG汽車加氣站的消防系統進行設計，則必然導致LNG汽車加氣站占地規模加大、在城市建成區內難以選址等問題，不利于LNG汽車加氣站的推廣應用。
    基于LNG比LPG更安全的特點，在防火間距和消防設施上對于LNG汽車加氣站的要求可比LPG汽車加氣站低。因此，筆者認為在進行LNG汽車加氣站消防系統設計時，可以不完全參照《汽車加油加氣站設計與施工規范》GB 50156—2002中關于LPG汽車加氣站消防系統設計的相關規定。
4 LNG汽車加氣站與LNG氣化站的比較
4.1 LNG氣化站消防系統
    國內目前已頒布的相關規范中，關于LNG氣化站消防系統設計規定如下。
    ① 《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183—2004第10.4.5條規定：儲存總容量大于或等于265m3的液化天然氣罐組應設固定供水系統。換言之，儲存總容量小于265m3的液化天然氣罐組可不設固定供水設施。
   ② 《城鎮燃氣設計規范》GB 50028—2006第9.5.1條規定：總容積超過50m3或單罐容積超過20m3液化天然氣儲罐或儲罐區應設置固定噴淋裝置。反之，總容積小于50m3且單罐容積不超過20m3的液化天然氣儲罐或儲罐區可不設置固定噴淋裝置。消防水量按水槍用水量考慮，消防水量為20L/s。
    ③ 《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運》GB/T 20368—2006第9.1.2條規定：對LNG儲存設施進行防火等級評估時，所依據的指導因素包括：檢測和控制明火、LNG、易燃制冷劑、可燃氣體泄漏和溢出需要的設備類型、數量和地點；檢測和控制潛在的非工藝和電氣著火需要的設備類型、數量和地點。
4.2 水在LNG氣化站消防中的作用
   根據歐洲標準《液化天然氣設施與設備 陸上設施的設計》BSEN 1473—1997的有關說明，在LNG氣化站內消防水有著與其他消防系統不同的用途，水既不能控制也不能熄滅LNG集液池的火災。水在LNG中只會加速LNG的氣化，進而增加其燃燒速度，對火災的控制只會產生相反的結果。因此，不能用消防水來直接噴淋到LNG或LNG蒸氣上。消防水的主要作用是用于冷卻其他受到火災熱輻射的儲罐和設備或可能以其他方式加劇LNG火災的任何被火災吞沒的結構，以減少火災升級和降低設備的危險。
4.3 LNG汽車加氣站與LNG氣化站的差異
   根據國內的現狀確定LNG汽車加氣站的建設規模為50m3(即設置1臺50m3的儲罐)，屬于小型LNG加氣站。LNG氣化站通常建設多臺LNG儲罐，儲存規模遠大于LNG汽車加氣站。在LNG氣化站中，設置固定冷卻裝置主要作用是為了冷卻其他未著火的儲罐以保護設備，而LNG汽車加氣站只設置了1臺LNG儲罐，著火時無相鄰儲罐需要冷卻。因此，筆者認為在進行LNG汽車加氣站消防系統設計時，可以不完全參照《城鎮燃氣設計規范》GB 50028—2006關于LNG氣化站消防系統設計的相關規定。
5 LNG汽車加氣站的消防設計方案
   在LNG汽車加氣站消防設計中，若參照LPG汽車加氣站或LNG氣化站的相關規范，勢必要在站內建設消防水池，這在寸土寸金的市區建設LNG汽車加氣站占地較大，也就沒有推廣發展LNG汽車及加氣站的優勢。筆者參照《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運》GB/T 20368—2006 、《汽車用液化天然氣(LNG)供氣系統標準》NFPA 57以及《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183—2004對LNG汽車加氣站的消防系統設計進行初步研究，明確LNG汽車加氣站消防設計方案。
   ① 只設置單罐且儲罐容積不超過50m3的LNG汽車加氣站應設置移動消防裝置，可不設置固定噴淋裝置。消火栓用水量不小于20L/s。在加氣站內利于消防車通過的區域設置2個室外消火栓，4支多功能水槍。
    ② 在站區靠近集液池的位置設置1臺PF4型水輪式移動高倍數泡沫發生器(置于防護墻外)，其混合液流量為140～280L/min，發泡量為30～70m3/min。該發生器自帶泡沫原液儲桶，容量為100L，能適用于不同位置的火災現場，并且能靈活、快速地作出反應。
    ③ 在防護墻外設置35kg手推式干粉滅火器1臺和8kg手提式干粉滅火器4臺；加氣島位置設置8kg手提式干粉滅火器2臺；站房內設置8kg手提式干粉滅火器4～6臺；均宜為碳酸鉀干粉滅火器。
    ④ 在防護墻內LNG儲罐下部地面處設置可燃氣體泄漏報警器及低溫探測報警器，在加氣島處設置可燃氣體泄漏報警器，報警顯示器設置在站房的值班室或儀表間。
6 結語
    在國內尚未頒布LNG汽車加氣站消防設計規范的情況下，按以上方案進行消防系統設計，能夠保證LNG汽車加氣站安全運行。國內已建成的LNG汽車加氣站消防系統設計均類似于本文的方案，實踐證明行之有效。
參考文獻：
[1] 吳佩英.LNG汽車加氣站設計的探討[J].煤氣與熱力，2006，26(9)：7-9.
[2] 吳佩英，周春.LNG汽車加氣站的橇裝化[J].煤氣與熱力，2008，28(7)：B13-B15.
[3] 顧安忠，魯雪生，汪榮順，等.液化天然氣技術[M].北京：機械工業出版社，2003.
[4] GB 50028—2006，城鎮燃氣設計規范[S].
 
(本文作者：周春 中機國際工程設計研究院江蘇分院 江蘇南京 210001)