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FLNG油氣處理裝置安全消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

文檔作者：蔡濤霍有利廖紅琴陳好楊偉欣文檔來(lái)源：海洋石油工程股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月27日
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第8期 一65一
FLNG油氣處理裝置安全消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
蔡濤，霍有利，廖紅琴，陳好，楊偉欣
(海洋石油工程股份有限公司， 天津30045 1)
[摘 要] 分析了LNG及液化處理過(guò)程中的火災(zāi)危險(xiǎn)性，提出了適應(yīng)FLNG油氣處理裝置的防火防爆措施及消防設(shè)計(jì)思路，可
為FLNG安全消防設(shè)計(jì)方案提供參考。
[關(guān)鍵詞]FLNG；油氣處理裝置；防火防爆；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
近年來(lái)， 隨著全球天然氣勘探與開(kāi)發(fā)的深
入，越來(lái)越多的深海氣田、邊際小氣田、伴生氣
田被發(fā)現(xiàn)。為解決這些氣田的開(kāi)發(fā)與運(yùn)輸問(wèn)題，
各國(guó)正加緊研究FLNG (浮式液化天然氣生產(chǎn)儲(chǔ)
卸裝置)技術(shù)， 以利用LNG易于運(yùn)輸與儲(chǔ)存的特
點(diǎn)， 加大上述氣田的開(kāi)發(fā)力度。FLNG是一種開(kāi)
采深海氣田、邊際氣田的天然氣，并將其冷凝成
LNG的海上生產(chǎn)設(shè)施。FLNG作為新型開(kāi)發(fā)技術(shù)，
以其投資較低、建造周期短、便于遷移、可重復(fù)
使用、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受到各國(guó)的歡迎。FLNG
集液化天然氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存及卸載于一身，簡(jiǎn)化了
邊際氣田的開(kāi)發(fā)過(guò)程，將成為海工裝備建造的新
熱點(diǎn)。
1 LNG的危險(xiǎn)性
LNG的成分絕大部分是甲烷，天然氣經(jīng)過(guò)低
溫液化后即得NLNG。LNG具有低溫、易燃、易
爆、易蒸發(fā)、易擴(kuò)散、易流淌、易產(chǎn)生靜電荷的
特點(diǎn)。發(fā)生火災(zāi)后火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?、質(zhì)量燃燒速
率大、火焰溫度高、輻射熱強(qiáng)、易形成大面積火
災(zāi)，具有復(fù)燃、復(fù)爆性，難于撲滅。LNG的爆炸
極限為5％～15．8％ (V)。LNG在儲(chǔ)罐中一般以常
壓低溫(一162℃)儲(chǔ)存，一旦發(fā)生災(zāi)難性泄漏，其
后果不堪設(shè)想。
LNG一旦從儲(chǔ)罐或管道中泄漏，一小部分立
即氣化成蒸氣，其余部分泄漏到地面上，沸騰氣
化后與周圍的空氣混合成冷蒸氣霧，在空氣中冷
凝成白煙，再稀釋受熱后與空氣形成爆炸性混合
物。這種爆炸性混合物若遇到點(diǎn)火源， 便可引發(fā)
火災(zāi)甚至爆炸。此外在事故狀態(tài)時(shí)，設(shè)備的安全
釋放設(shè)施排放的LNG遇到點(diǎn)火源，也可能引發(fā)火
災(zāi)。
海上FLNG生產(chǎn)裝置的消防設(shè)計(jì)與陸地LNG
消防設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面： (1)
海上自然環(huán)境惡劣，對(duì)船體上使用的設(shè)備、閥件
等要求適應(yīng)其惡劣的環(huán)境。 (2)生產(chǎn)裝置距岸較
遠(yuǎn)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)很難及時(shí)得到陸上的救援。 (3)
由于FLNG造價(jià)昂貴，設(shè)備集中，面積狹小，一旦
發(fā)生事故引起火災(zāi)，損失較大。
2 LNG處理過(guò)程中危險(xiǎn)性分析
LNG處理過(guò)程中的火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲類。泄漏
是LNG處理過(guò)程中應(yīng)最先考慮的事故，處理過(guò)程
中存在的主要泄漏事故有：
(1)船上儲(chǔ)罐閥門(mén)及管道發(fā)生泄漏。閥門(mén)
是LNG儲(chǔ)罐的易泄漏部位。閥門(mén)法蘭、密封墊片
常因老化、開(kāi)裂、螺母緊固不均等故障而發(fā)生泄
漏。此外， 管道容易因材質(zhì)問(wèn)題或受振動(dòng)、撞擊
出現(xiàn)裂縫而發(fā)生泄漏。
(2)儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏。儲(chǔ)罐本體也是可能發(fā)生
泄漏的重要部位，若儲(chǔ)罐內(nèi)部超壓或受高溫烘烤
急劇增壓造成頂部爆裂，儲(chǔ)罐根部因材質(zhì)或其它
原因也會(huì)出現(xiàn)裂縫，造成泄漏。
(3)工藝處理中發(fā)生的泄漏。在LNG工藝處
理過(guò)程中，工藝管線、閥門(mén)及處理設(shè)備如低壓泵／
高壓泵都有可能存在泄漏的危險(xiǎn)。
(4)卸船作業(yè)中發(fā)生的泄漏。由于高壓外輸
設(shè)備進(jìn)行卸船作業(yè)，如操作不當(dāng)或設(shè)備本身出現(xiàn)
故障等原因，會(huì)導(dǎo)致外輸設(shè)備損壞而出現(xiàn)泄漏現(xiàn)
象。此外舶貨物歧管與碼頭輸液臂之間的非正常
斷開(kāi)也會(huì)造成LNG泄漏。
作者簡(jiǎn)介：蔡濤(1981一)，男，黑龍江樺南人，碩士研究生，
工程師。在海洋石油工程股份有限公司從事海洋平臺(tái)安全方面的研
究工作。
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一
66一■ 安全密封 石油和化工設(shè)備
2013年第16卷
3防火措施
3．1工藝、設(shè)備防火措施
LNG儲(chǔ)罐多采用絕熱保冷設(shè)計(jì)，儲(chǔ)罐中的
LNG 處于沸點(diǎn)狀態(tài)。由于外界熱量(或其它能
量)的導(dǎo)入，會(huì)導(dǎo)致少量LNG蒸發(fā)氣化。儲(chǔ)罐上
裝有安全報(bào)警設(shè)施， 以保證安全操作，防止出現(xiàn)
溢出、翻滾、分層、過(guò)壓和欠壓等事故。
為防止LNG儲(chǔ)罐發(fā)生超壓， 配備有BOG壓
縮機(jī)，可連續(xù)將LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的蒸發(fā)氣(BOG)
抽出，壓縮后作為燃料氣使用。如果液化天然氣
儲(chǔ)罐氣相空問(wèn)的壓力超高，蒸發(fā)氣壓縮機(jī)不能控
制，且壓力超過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值時(shí)，會(huì)通過(guò)
壓力調(diào)節(jié)閥將蒸發(fā)氣排至火炬系統(tǒng)燒掉， 以減少
對(duì)大氣的污染。如壓力仍然超高，儲(chǔ)罐內(nèi)多余的
蒸發(fā)氣將通過(guò)安全閥釋放。
為防止LNG儲(chǔ)罐在運(yùn)行中發(fā)生欠壓(真空)
事故，工藝系統(tǒng)中應(yīng)配置防真空補(bǔ)氣系統(tǒng)。當(dāng)
LNG儲(chǔ)罐產(chǎn)生真空時(shí)，從氣化器出口總管處引出
部分高壓天然氣，通過(guò)罐頂壓力控制閥補(bǔ)充返回
儲(chǔ)罐，如壓力依然下降出現(xiàn)負(fù)壓，將真空釋放閥
開(kāi)啟。
3．2設(shè)備布置安全技術(shù)措施
在LNG船體設(shè)備布置中，應(yīng)將危險(xiǎn)等級(jí)相同
的工藝及公用設(shè)施盡量布置在相鄰區(qū)域，危險(xiǎn)等
級(jí)低的設(shè)備與危險(xiǎn)等級(jí)高的設(shè)備之間要留有一定
的空間或設(shè)置一定防火等級(jí)的結(jié)構(gòu)隔離措施，如
防火／防爆墻。
3．3防火防爆技術(shù)措施
3-3．1漏源控制
LNG泄漏將引起火災(zāi)或爆炸事故，應(yīng)特別加
強(qiáng)設(shè)備、管道、閥門(mén)的密封， 防止LNG及天然氣
等可燃物料泄漏。應(yīng)在LNG處理及儲(chǔ)存區(qū)安裝泄
漏檢測(cè)裝置， 以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和緊急處理事故。國(guó)
內(nèi)外使用的檢測(cè)方法主要有：可燃性氣體檢測(cè)、
溫度檢測(cè)、火焰檢測(cè)、熱檢測(cè)、煙霧檢測(cè)等方
法。
LNG罐區(qū)和工藝區(qū)應(yīng)考慮設(shè)置事故收集池，
泄漏的LNG收集到事故收集池內(nèi)，以防止泄漏的
LNG溢流。同時(shí)，每個(gè)收集池均設(shè)置高倍數(shù)泡沫
滅火系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蜏靥綔y(cè)器檢測(cè)到收集池內(nèi)有泄漏
的LNG后，即自動(dòng)向收集池內(nèi)噴射高倍數(shù)泡沫混
合液，以減少LNG氣化。
3I3．2點(diǎn)火源控制
點(diǎn)火源包括明火、無(wú)遮擋的強(qiáng)光、點(diǎn)燃的
香煙、電火花、物體撞擊的火花和靜電、高溫表
面、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣等。LNG設(shè)備和確定的危險(xiǎn)區(qū)
域應(yīng)遠(yuǎn)離和避免上述點(diǎn)火源。除指定的安全區(qū)域
外，一律嚴(yán)格禁止吸煙和非工作必需的明火。工
作流程必須確保安全區(qū)的安全。
3_3-3電氣防爆
根據(jù)規(guī)范要求，劃分火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，根
據(jù)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分選用相應(yīng)的防爆電氣
設(shè)備、配線及開(kāi)關(guān)等。
3．3．4耐火保護(hù)
對(duì)工藝裝置內(nèi)承重的鋼框架、支架、裙座以
及鋼管架等按規(guī)范要求采取覆蓋耐火層等耐火保
護(hù)措施，使涂有耐火層的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限滿足
規(guī)范要求。
對(duì)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)可能受到火災(zāi)威脅的
關(guān)鍵閥門(mén)、控制關(guān)鍵設(shè)備的儀表、電纜均應(yīng)采取
有效的耐火保護(hù)措施。
3-3．5防靜電
對(duì)處理和輸送可燃物料的、可能產(chǎn)生靜電危
險(xiǎn)的設(shè)備和管道，均采取可靠的靜電接地措施。
對(duì)輸送可燃?xì)怏w、液體等物料的管道，采取
限制流速的措施， 以避免因流速過(guò)快而帶來(lái)的靜
電危害。
3．3．6防雷
對(duì)LNG儲(chǔ)罐、高大的框架和設(shè)備(如火炬)
等均采取可靠的防雷接地措施，避免因雷擊造成
的危害。
4消防措施
消防滅火的首要措施是控制可燃物，防止其
擴(kuò)散。同時(shí)在LNG溢流發(fā)生后啟動(dòng)消防系統(tǒng)。
通常情況下，LNG產(chǎn)生的大火在燃料源未被切
斷前，應(yīng)先設(shè)法切斷燃料源。當(dāng)判斷大火不會(huì)再
次造成破壞的情況下，應(yīng)讓大火燒完。如人員處
于危險(xiǎn)境地、氣體閥門(mén)處在火焰中或大火的熱量
中，可通過(guò)設(shè)備傳熱對(duì)人身造成問(wèn)接傷害時(shí)，應(yīng)
將火立即撲滅。對(duì)于小型設(shè)備，如果發(fā)生火災(zāi)，
在火災(zāi)被撲滅之前，溢出的LNG有可能已燃燒得
差不多了。對(duì)于大型設(shè)備發(fā)生火災(zāi)，首先要控制
火焰?zhèn)鞑ァＬ烊粴庠诒稽c(diǎn)著的瞬間，火焰很大，
燃燒開(kāi)始以后，火焰的大小由氣化率決定。在某
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第8期 蔡濤等FLNG油氣處理裝置安全消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一67一
些場(chǎng)合，控制LNG的火焰比滅火的效果要好。應(yīng)
在上風(fēng)口位置控制火焰，滅火劑順著風(fēng)向向火焰
流動(dòng)，并使消防人員遠(yuǎn)離火焰。
在考慮LNG設(shè)備和裝置的滅火系統(tǒng)時(shí)， 必
須充分考慮滅火系統(tǒng)的能力。LNG是一種深冷物
料，其泄漏引起的火災(zāi)多為氣體火災(zāi)，化學(xué)干粉
滅火劑和氣體滅火劑，都可用于撲滅LNG產(chǎn)生的
火焰。泡沫和水無(wú)法撲滅LNG產(chǎn)生的大火。如把
常溫水噴射到深冷的LNG上會(huì)加劇其揮發(fā)而帶來(lái)
更大的危險(xiǎn)。高倍數(shù)泡沫一般用于撲救LNG的流
淌火災(zāi)及控制LNG的揮發(fā)，噴淋水主要用于冷卻
設(shè)備、閥門(mén)及控制火災(zāi)的蔓延。
4．1水噴淋系統(tǒng)
水噴淋系統(tǒng)主要對(duì)天然氣處理設(shè)備、鋼結(jié)
構(gòu)、管道、儀表閥門(mén)、安全閥及其它設(shè)施進(jìn)行保
護(hù)。其目的是冷卻設(shè)備、控制火災(zāi)蔓延。水噴淋
系統(tǒng)為自動(dòng)控制， 同時(shí)具有就地控制的功能。當(dāng)
探測(cè)器檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)后，將信號(hào)傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)
警控制盤(pán)，通過(guò)火災(zāi)報(bào)警控制盤(pán)的連鎖控制信號(hào)
啟動(dòng)閥門(mén)，從而開(kāi)啟水噴淋系統(tǒng)。
為防止火災(zāi)蔓延，考慮對(duì)每個(gè)天然氣處理模
塊設(shè)置一套噴淋系統(tǒng)，如果某個(gè)模塊發(fā)生火災(zāi)，
除保護(hù)該模塊的噴淋系統(tǒng)需要開(kāi)啟外，同時(shí)開(kāi)啟
與其相鄰模塊的噴淋系統(tǒng)。水噴淋系統(tǒng)的噴淋強(qiáng)
度見(jiàn)表1。
表1 水噴淋系統(tǒng)的噴淋強(qiáng)度
序號(hào) 保護(hù)對(duì)象 噴淋強(qiáng)度
(L／min·m2)
1 處理可燃?xì)怏w的高壓壓縮機(jī) 2O．4
2 臥式容器／立式容器／塔／換熱器 lO．2
3 閥門(mén)集中處、裝卸臂的支撐 1O．2
4 LNG罐頂鋼結(jié)構(gòu)、閥門(mén)、管道 1O．2
4．2干粉滅火系統(tǒng)
干粉滅火系統(tǒng)通過(guò)干粉與火焰接觸時(shí)產(chǎn)生的
物理化學(xué)作用進(jìn)行滅火。干粉顆粒以霧狀形式噴
向火焰，大量吸收火焰中的活性基團(tuán)，使燃燒反
應(yīng)的活性基團(tuán)急劇減少， 中斷燃燒的連鎖反應(yīng)，
從而使火焰熄滅。干粉噴向火焰時(shí)，像濃云似的
罩住火焰，減少熱輻射。干粉受高溫發(fā)生反應(yīng)，
放出結(jié)晶水或產(chǎn)生分解，不僅可以吸收火焰的部
分熱量，還可降低燃燒區(qū)內(nèi)的氧含量。
在LNG儲(chǔ)罐、BOG儲(chǔ)罐、管道安全閥等氣體
放空部位，設(shè)置固定干粉滅火系統(tǒng)，采用自動(dòng)控
制方式， 一旦排出的氣體被點(diǎn)燃，可自動(dòng)釋放干
粉滅火，避免事故擴(kuò)大造成危險(xiǎn)。
4-3高倍泡沫滅火系統(tǒng)
高膨脹率的泡沫可用于抑制LNG產(chǎn)生的火焰
擴(kuò)散，并降低火焰的輻射。當(dāng)泡沫噴到液態(tài)天然
氣表面后，蒸氣不斷受熱并穿過(guò)泡沫上升，而不
是在地面擴(kuò)散。在使用高倍泡沫后，LNG蒸氣擴(kuò)
散范圍可明顯減小。當(dāng)泡沫噴到已點(diǎn)燃的LNG表
面時(shí)，它可抑制熱量的傳遞，降低蒸發(fā)率和火焰
的規(guī)模。
4．4輔助消防設(shè)備
在天然氣工藝處理區(qū)、LNG罐區(qū)和各建筑物
內(nèi)配置干粉、泡沫、二氧化碳等手提式或推車式
滅火器，以撲滅初起火災(zāi)。還應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求配
備足量的消防員、消防器械、洗眼站、呼吸器等
其它消防用品。
5結(jié)語(yǔ)
我國(guó)目前處于FLNG概念設(shè)計(jì)和基本設(shè)計(jì)的初
期，缺少FLNG的建造經(jīng)驗(yàn)，相應(yīng)的配套規(guī)范也比
較缺乏。因此，有關(guān)FLNG的安全消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方
案應(yīng)由國(guó)家有關(guān)部門(mén)專家進(jìn)行充分論證，以使安
全消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加可靠、經(jīng)濟(jì)和適用。
◆參考文獻(xiàn)
[1】National Fire Protection Association．NFPA59A，Standard
fortheProduction，Storage，andHandlingofLiquefiedNaturalGas
(LNG)[S】，2009 Edition．
基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題一FLNG／FLPG裝置油氣預(yù)
處理及液化上部模塊設(shè)計(jì)研究(201 1 ZX05026-006"-02)

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