低溫可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及防火對(duì)策

蘇明濤

（山東省青島市公安消防支隊(duì)，山東　青島）

摘要：低溫儲(chǔ)存技術(shù)是近年來為適應(yīng)液化天然氣和液化石油氣進(jìn)口需求，在沿海港口周邊逐步發(fā)展起來的液化氣體儲(chǔ)存方式，在消防安全方面需要研究與之相適應(yīng)的防火措施及應(yīng)急處置措施。本文介紹了單防罐、雙防罐、全防罐的類型、結(jié)構(gòu)，分析了低溫儲(chǔ)存方式的火災(zāi)危險(xiǎn)性，提出了安全措施和消防設(shè)施設(shè)置要求，便于在安全管理及滅火搶險(xiǎn)采取相應(yīng)措施。

關(guān)鍵詞：消防；單防罐；雙防罐；全防罐；火災(zāi)危險(xiǎn)性；防火措施

1　引言

可燃?xì)怏w儲(chǔ)存分為液態(tài)儲(chǔ)存和氣態(tài)儲(chǔ)存。液態(tài)儲(chǔ)存根據(jù)儲(chǔ)存溫度和壓力不同，儲(chǔ)罐分為全壓力式、半冷凍式和全冷凍式3種^［1］。

全壓力式儲(chǔ)存方式是在常溫和較高壓力下儲(chǔ)存液化烴或其他類似可燃液體，有球形和臥式圓筒形兩種儲(chǔ)罐，容量大于120m³時(shí)常選用球形，小于120m³則多用臥式圓筒形。儲(chǔ)罐內(nèi)部沒有活動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡單，按其貯存壓力變化而改變其貯存量，多用于貯存液化石油氣、烯烴等。

半冷凍式儲(chǔ)存方式是在較低溫度和較低壓力下儲(chǔ)存液化烴或其他類似可燃液體。

全冷凍式儲(chǔ)存方式是在低溫和常壓下儲(chǔ)存液化烴或其他類似可燃液體。

全壓力式儲(chǔ)存方式屬于常溫高壓儲(chǔ)存，小型液化氣供應(yīng)站及家用液化氣鋼瓶均屬常溫高壓儲(chǔ)存方式。半冷凍式儲(chǔ)存方式和全冷凍式儲(chǔ)存方式均屬低溫儲(chǔ)存方式，儲(chǔ)罐是借助罐壁保冷、可靠的制冷系統(tǒng)和自動(dòng)化安全保護(hù)措施保證安全運(yùn)行。低溫儲(chǔ)存方式國內(nèi)工程實(shí)例較少，僅在在深圳、太倉、張家港和汕頭等沿海地區(qū)建成一些液化石油氣全冷凍式儲(chǔ)存基地，因此《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》只是對(duì)液化石油氣供應(yīng)基地的全冷凍式儲(chǔ)罐與基地外建、構(gòu)筑物的防火間距進(jìn)行了規(guī)定，其他要求尚需逐步完善。本文重點(diǎn)對(duì)可燃液化氣體低溫儲(chǔ)存方式進(jìn)行論述。

2　低溫儲(chǔ)存方式儲(chǔ)罐類型及結(jié)構(gòu)

低溫儲(chǔ)罐的罐體結(jié)構(gòu)型式有很多種，目前主要采用單防罐、雙防罐、全防罐。

2.1　單防罐

單防罐指帶隔熱層的單壁儲(chǔ)罐或雙壁儲(chǔ)罐。

2.1.1　單壁型單防罐

單壁型單防罐是低溫儲(chǔ)存技術(shù)發(fā)展初期所采用的儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐采用低溫碳鋼，罐體外部保溫材料使用發(fā)泡聚氨酯，保溫層外采用一層鋁合金或鐵皮保護(hù)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于受聚氨酯保溫層厚度及使用耐久性所限制，這種罐一般用于儲(chǔ)存高于-50℃的低溫液體。例如氨、液化石油氣（LPG）等，考慮到安全和隔熱等因素，單壁罐未在液化天然氣（LNG）中使用。

2.1.2　雙壁型單防罐

雙壁型單防罐由內(nèi)罐和外罐組成，其內(nèi)罐能適應(yīng)儲(chǔ)存低溫冷凍液體的要求，外罐一般用普通碳鋼制成，主要是支撐和保護(hù)隔熱層，并能承受氣體吹掃的壓力，但不能儲(chǔ)存內(nèi)罐泄漏出的低溫冷凍液體，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。同單壁罐相比，雙壁罐的綜合性能較好，主要用于用于儲(chǔ)存氨、LPG、乙烷、乙烯、LNG等，但一般不在大型LNG儲(chǔ)存站中應(yīng)用。

為防止罐底土壤凍結(jié)，一般采用在罐底設(shè)高架混凝土承臺(tái)（如圖1），或者設(shè)置罐底加熱器的方式（如圖2），以提高土壤的強(qiáng)度和水密性。

2.2　雙防罐

雙防罐由內(nèi)罐和外罐組成，其內(nèi)罐和外罐都能適應(yīng)儲(chǔ)存低溫冷凍液體，在正常操作條件下，內(nèi)罐儲(chǔ)存低溫冷凍液體，外罐能夠儲(chǔ)存內(nèi)罐泄漏出來的冷凍液體，但不能限制內(nèi)罐泄漏的冷凍液體所產(chǎn)生的氣體排放。外罐一般由耐低溫的金屬材料或混凝土的構(gòu)成，有的外罐采用預(yù)應(yīng)力混凝土并增加土質(zhì)護(hù)堤。其結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

2.3　全防罐

全防罐由內(nèi)罐和外罐組成，其內(nèi)罐和外罐都能適應(yīng)儲(chǔ)存低溫冷凍液體，內(nèi)外罐之間的距離為1～2m，罐頂由外罐支撐，在正常操作條件下內(nèi)罐儲(chǔ)存低溫冷凍液體，外罐既能儲(chǔ)存冷凍液體，又能限制內(nèi)罐泄漏液體所產(chǎn)生的氣體排放，大量應(yīng)用于LNG儲(chǔ)存。

內(nèi)罐一般采用5％或9％鎳鋼，外罐一般采用鎳鋼或混凝土，可允許內(nèi)罐里的低溫冷凍液體和氣體向外罐泄露，外罐可以承受內(nèi)罐泄露的低溫冷凍液體和氣體，不會(huì)向外界泄露。混凝土外罐和罐頂可以承受外來物體的沖擊和相鄰儲(chǔ)罐火情的熱輻射。內(nèi)罐罐底一般采用泡沫玻璃等絕熱材料，罐壁夾層采用珠光砂和彈性玻璃棉氈等絕熱，吊頂一般采用玻璃纖維絕熱。圖5為采用混凝土外罐的全防罐結(jié)構(gòu)圖。

通過儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)可以看出，單防罐、雙防罐、全防罐三種類型的儲(chǔ)罐投資依次增加，安全性能也依次提高。對(duì)于LNG，其沸點(diǎn)為-162℃，其可燃性和儲(chǔ)存溫度的超低溫性，對(duì)儲(chǔ)罐有著很高的要求，一般采用安全性能較高的全防罐。

3　儲(chǔ)存可燃液化氣體的低溫儲(chǔ)罐的火災(zāi)危險(xiǎn)性

低溫儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的可燃液化氣體主要有氨、液化石油氣、乙烷、乙烯、液化天然氣等，液化石油氣主要組分為丙烷、丁烷，少量的乙烯、丙烯、乙烷、丁烯等；液化天然氣主要成分為甲烷，其余為乙烷、丙烷等。這些液化氣體極易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇火源有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。儲(chǔ)罐、管線、閥門及安全附件因選擇材質(zhì)不好，焊接不良，受機(jī)械損傷或腐蝕，管理不善導(dǎo)致超溫超壓，以及裝卸過程中的違章操作，均可造成液化氣體的泄漏。與其他儲(chǔ)存方式相比，在安全方面主要有以下的特點(diǎn)。

3.1　儲(chǔ)存物品的超低溫性

低溫常壓儲(chǔ)存的方法，是將氣體冷凍到其沸點(diǎn)溫度以下，在其飽和蒸汽壓接近于常壓的情況下進(jìn)行儲(chǔ)存。例如，液化天然氣是將氣態(tài)天然氣冷凍至-162℃以下制得，常壓下其他氣體的沸點(diǎn)是：乙烯為-104℃，丙烷為-42℃，正丁烷為-0.6℃，異丁烷為-12℃。沸點(diǎn)越低，儲(chǔ)存設(shè)施的設(shè)計(jì)溫度和操作溫度也越低，對(duì)儲(chǔ)罐及相關(guān)設(shè)備、管道的要求也越高。

3.2　液化氣體氣化后，易形成大范圍爆炸性混合物

液化石油氣變?yōu)闅鈶B(tài)，其體積擴(kuò)大至250～350倍，液化天然氣氣化后體積增大600倍。而液化石油氣在空氣中的的爆炸極限范圍為1.5％～9.5％，天然氣爆炸極限為5％～15％，因此少量的液化氣體泄露，即可形成大量的爆炸性混合氣體。

爆炸性混合氣體宜在地面聚集，不易擴(kuò)散。液化石油氣氣態(tài)密度是空氣的1.5～2倍，泄露氣化后的氣體會(huì)沿地面流動(dòng)，不易擴(kuò)散。氫氣、天然氣等雖然常溫時(shí)的密度比空氣小，但泄漏后迅速蒸發(fā)，吸收大量的熱，低溫氣體的密度大于常溫時(shí)的密度，易在地面形成流動(dòng)層，使危險(xiǎn)性大大增加。例如，氫氣是最輕的氣體，但當(dāng)液氫發(fā)生泄漏后，其密度比空氣大（在-25℃時(shí)，相對(duì)密度1.04），而使汽化的氣體能沉積在地面上，當(dāng)溫度升高后才擴(kuò)散，并在空氣中形成爆炸混合氣體，遇到點(diǎn)火源發(fā)生爆炸。

3.3　隔熱材料破壞或操作不當(dāng)，易引起迅速氣化，壓力劇增

隔熱材料的完整有效以及冷凍系統(tǒng)的正常運(yùn)行是低溫儲(chǔ)存的保障，一旦隔熱材料破壞，且冷凍系統(tǒng)失靈，會(huì)導(dǎo)致液化氣體氣化，造成儲(chǔ)罐破裂。

向儲(chǔ)罐輸送物料時(shí)，物料的閃蒸及外界環(huán)境熱量的傳入將引起儲(chǔ)罐內(nèi)液體不斷氣化，這部分蒸發(fā)的氣體若不處理，將引起儲(chǔ)罐的壓力升高。因此輸送物料時(shí)應(yīng)當(dāng)預(yù)冷管線，控制輸送速率，防止瞬間過多液體汽化。

3.4　低溫危害造成搶險(xiǎn)救援困難

液化氣體氣化后吸收大量熱量，低溫易使設(shè)備、閥門遇冷收縮導(dǎo)致?lián)p壞，為事故處置帶來不便。同時(shí)低溫易使搶險(xiǎn)人員凍傷，增加搶險(xiǎn)難度，需采取防護(hù)措施。

4　安全措施

低溫儲(chǔ)罐儲(chǔ)存方式的特殊性及儲(chǔ)存物品的易燃易爆性，需要充分考慮低溫罐區(qū)的防泄漏、防靜電和防火防爆措施。爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)施應(yīng)當(dāng)滿足防爆要求，并在裝置區(qū)設(shè)置可燃性氣體報(bào)警儀監(jiān)控可燃性氣體的含量，以采取有效措施。

4.1　采取防超壓措施

為了使貯罐運(yùn)行安全可靠，防止超壓，低溫儲(chǔ)罐一般裝有自動(dòng)控制的超壓排放系統(tǒng)、先導(dǎo)式安全閥以及安全閥。如果罐內(nèi)壓力升高接近貯罐設(shè)計(jì)壓力或先導(dǎo)式安全閥定壓時(shí)，打開控制閥排至尾氣焚燒爐系統(tǒng)，當(dāng)壓力繼續(xù)升高到安全閥定壓時(shí)，則安全閥啟跳排至大氣，以防止超壓引起破罐。

4.2　防火堤的設(shè)置

根據(jù)儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，全冷凍式單防罐罐組、半冷凍式儲(chǔ)罐組應(yīng)設(shè)防火堤，全冷凍式雙防或全防罐罐組可不設(shè)防火堤^［1］。全冷凍雙防式或全防式液化烴儲(chǔ)罐，一旦內(nèi)罐發(fā)生泄漏，泄漏出的液體能100％被外罐所容納，不會(huì)發(fā)生液體流淌蔓延而造成事態(tài)擴(kuò)大，外罐已具備防火堤作用，不需另設(shè)防火堤。

4.3　消防設(shè)施的設(shè)置

液化氣體儲(chǔ)罐火災(zāi)的根本滅火措施是切斷氣源，在氣源無法切斷時(shí)，要維持其穩(wěn)定燃燒，避免氣體大范圍擴(kuò)散。同時(shí)對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行水冷卻，確保罐壁溫度不致過高，從而使罐壁強(qiáng)度不降低，防止罐內(nèi)壓力升高，避免事故擴(kuò)大。

4.3.1　半冷凍式儲(chǔ)罐

半冷凍式儲(chǔ)罐應(yīng)當(dāng)根據(jù)儲(chǔ)罐容量的大小，參照《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50160—2008的要求設(shè)置消防設(shè)施，其中對(duì)于單罐容積等于或大于1000m³的儲(chǔ)罐，應(yīng)采用固定式水噴霧（水噴淋）系統(tǒng)及移動(dòng)消防冷卻水系統(tǒng)^［1］。

4.3.2　全冷凍式儲(chǔ)罐

①當(dāng)單防罐外壁為鋼制時(shí)，應(yīng)設(shè)水噴霧或水噴淋系統(tǒng)等固定消防冷卻系統(tǒng)^［1］，防止罐外壁在著火時(shí)破壞，保護(hù)隔熱材料，使罐內(nèi)的介質(zhì)穩(wěn)定氣化，不至于引起更大的破壞。丁二烯或比丁烷分子量高的碳?xì)浠衔锶紵龝r(shí)，會(huì)在鋼的表面形成抗?jié)竦奶汲练e，應(yīng)采用具有沖擊作用的水噴霧系統(tǒng)。

②當(dāng)雙防罐、全防罐外壁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，管道進(jìn)出口等局部危險(xiǎn)處設(shè)置水噴霧系統(tǒng)，罐頂和罐壁可不考慮冷卻^［1］。

當(dāng)半冷凍式儲(chǔ)罐及全冷凍式儲(chǔ)罐采用固定式消防冷卻水系統(tǒng)時(shí)，對(duì)儲(chǔ)罐的閥門、液位計(jì)、安全閥等宜設(shè)水噴霧或水噴淋噴頭保護(hù)。在罐組周圍應(yīng)當(dāng)設(shè)置消火栓和消防炮，以保護(hù)管架及罐頂部的閥組，并根據(jù)需要對(duì)罐壁進(jìn)行冷卻。儲(chǔ)罐中控室及變配電室、設(shè)備區(qū)分別設(shè)置干粉滅火器、CO₂滅火器。

5　事故處置

發(fā)生火災(zāi)時(shí)應(yīng)當(dāng)迅速啟動(dòng)水噴霧或水噴淋系統(tǒng)等固定消防冷卻冷卻系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)罐、進(jìn)出料閥組及鄰近罐進(jìn)行保護(hù)，防止著火罐及鄰近罐保溫層破壞，導(dǎo)致儲(chǔ)罐破裂泄露。用固定式水炮及移動(dòng)式消防水槍冷卻燃燒區(qū)域內(nèi)有爆炸危險(xiǎn)的重點(diǎn)設(shè)備，使用噴霧水或蒸氣驅(qū)散、稀釋可燃?xì)怏w。采取措施把泄露的液體控制在一定范圍內(nèi)，防止流淌蔓延。在工程技術(shù)人員帶領(lǐng)下，采取關(guān)閥、斷料、器具堵漏等的措施，切斷物料來源，降低燃燒強(qiáng)度，輔助控制火勢(shì)。處置時(shí)需采取防凍防護(hù)措施，具備撲救條件后，可采用干粉滅火。火災(zāi)撲滅后，應(yīng)當(dāng)核查儲(chǔ)罐及閥門損壞情況，確保沒有物料繼續(xù)泄漏，對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)的物料可采取疏導(dǎo)的方法倒入其他容器或儲(chǔ)罐。

6　結(jié)論

低溫儲(chǔ)存技術(shù)已經(jīng)在液化石油氣和液化天然氣的儲(chǔ)存得到應(yīng)用，本文通過對(duì)低溫冷凍儲(chǔ)罐的類型、結(jié)構(gòu)、火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行介紹，分析了應(yīng)當(dāng)采取的安全措施和事故處置措施，為安全管理和應(yīng)對(duì)突發(fā)事故奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［1］　GB 50160—2008.