液化天然氣儲罐被動安全防護技術的研究進展

LNG儲罐被動防護技術是以儲罐發生事故后盡可能減少事故的危害為指導，采取的應對措施，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蒸發氣的擴散，因此須按規范為LNG儲罐設置圍護設施，即圍堰，亦稱堤。LNG儲罐按罐體結構可分為單容罐、雙容罐、全容罐，其中單容罐應單獨設置圍堰，雙容罐和全容罐的圍堰與外罐相連。我國相關規范和美火協會標準(NFPA59A)規定。單容罐的外圍應設置圍堰，且圍堰距單容罐內罐的距離應)儲罐較高液位一圍堰高度+液面上蒸氣壓的當量壓頭；NFPA59A還規定：圍堰選擇混凝土等耐低溫材料建造。此外，LNG廠站工程中常規圍堰區的分類、存在的問題以及圍堰區的優化設計。

2、消防冷卻水防護措施

當LNG儲罐發生火災時，產生的熱輻射會對周圍的人和設備設施造成危害，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，會發生嚴重的BLEVE，因此控制蒸發氣體的濃度，防止儲罐發生火災；若LNG儲罐發生火災，對儲罐及其管道進行冷卻，水流可以冷卻儲罐，吸收火災產生的熱量，防止火災演變成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別在于使用的噴頭的結構和性能不同。

(1)水幕。LNG儲罐發生火災的本質原因是儲罐發生泄漏產生蒸發氣體，其濃度達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，火災就不會發生，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，或者是當發生火災時，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境風影響且熱交換少；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標準中對水幕的要求有：①根據風險評估結果確定水幕系統布置的位置，可設置在靠近可能發生LNG泄漏的地方，但是要避免水進入到LNG；②建議水流速度為70L/(min.m)。

(2)水噴霧或水噴淋。設置水噴霧或水噴淋系統的主要目的是當LNG儲罐發生火災時，對儲罐進行冷卻降溫，防止形成BLEVE，該系統主要由雨淋控制閥、管道、噴頭、火災警報系統等組成。水噴霧系統噴出的細小水霧滴粒徑小于1mm，水噴淋系統噴出的細小水霧滴粒徑為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。但正是由于這種優點，也導致了其噴出的細水霧易受風速和火災熱流的影響。

當LNG儲罐為單容罐、雙容罐時，應在罐壁、罐頂設置水噴霧系統；當LNG儲罐為全容罐時，應在罐頂泵平臺、管道進出日等局部危險部位及管帶處設置水噴霧系統，用于水冷卻保護或吹散稀釋該處的泄漏物質。設計水噴霧強度應從該規范中查找，無論是哪種形式的儲罐，水噴霧系統的持續供給時間較低為6h。文當雙容罐外罐為混凝土時，不需在罐壁設置水噴霧系統，只需在罐頂設置即可。

(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儲罐發生火災時，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的噴頭容易堵塞，且在發生火災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，箱內裝有消工具及消帶，其缺點是火災產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設置高倍數泡沫系統，它能地驅散蒸發氣體，當發生火災時，能形成泡沫覆蓋層，以減少火焰向液池傳遞熱能，使蒸發速度減慢。