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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源：海洋石油工程股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 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， 隨著全球天然氣勘探與開發(fā)的深
入，越來越多的深海氣田、邊際小氣田、伴生氣
田被發(fā)現(xiàn)。為解決這些氣田的開發(fā)與運(yùn)輸問題，
各國正加緊研究FLNG (浮式液化天然氣生產(chǎn)儲
卸裝置)技術(shù)， 以利用LNG易于運(yùn)輸與儲存的特
點(diǎn)， 加大上述氣田的開發(fā)力度。FLNG是一種開
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)而受到各國的歡迎。FLNG
集液化天然氣生產(chǎn)、儲存及卸載于一身，簡化了
邊際氣田的開發(fā)過程，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在儲罐中一般以常
壓低溫(一162℃)儲存，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，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)時很難及時得到陸上的救援。 (3)
由于FLNG造價昂貴，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處理過程中危險(xiǎn)性分析
LNG處理過程中的火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲類。泄漏
是LNG處理過程中應(yīng)最先考慮的事故，處理過程
中存在的主要泄漏事故有：
(1)船上儲罐閥門及管道發(fā)生泄漏。閥門
是LNG儲罐的易泄漏部位。閥門法蘭、密封墊片
常因老化、開裂、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)問題或受振動、撞擊
出現(xiàn)裂縫而發(fā)生泄漏。
(2)儲罐發(fā)生泄漏。儲罐本體也是可能發(fā)生
泄漏的重要部位，若儲罐內(nèi)部超壓或受高溫烘烤
急劇增壓造成頂部爆裂，儲罐根部因材質(zhì)或其它
原因也會出現(xiàn)裂縫，造成泄漏。
(3)工藝處理中發(fā)生的泄漏。在LNG工藝處
理過程中，工藝管線、閥門及處理設(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
斷開也會造成LNG泄漏。
作者簡介：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儲罐多采用絕熱保冷設(shè)計(jì)，儲罐中的
LNG 處于沸點(diǎn)狀態(tài)。由于外界熱量(或其它能
量)的導(dǎo)入，會導(dǎo)致少量LNG蒸發(fā)氣化。儲罐上
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、過壓和欠壓等事故。
為防止LNG儲罐發(fā)生超壓， 配備有BOG壓
縮機(jī)，可連續(xù)將LNG儲罐內(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
儲罐氣相空問的壓力超高，蒸發(fā)氣壓縮機(jī)不能控
制，且壓力超過壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值時，會通過
壓力調(diào)節(jié)閥將蒸發(fā)氣排至火炬系統(tǒng)燒掉， 以減少
對大氣的污染。如壓力仍然超高，儲罐內(nèi)多余的
蒸發(fā)氣將通過安全閥釋放。
為防止LNG儲罐在運(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儲罐產(chǎn)生真空時，從氣化器出口總管處引出
部分高壓天然氣，通過罐頂壓力控制閥補(bǔ)充返回
儲罐，如壓力依然下降出現(xiàn)負(fù)壓，將真空釋放閥
開啟。
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
級低的設(shè)備與危險(xiǎn)等級高的設(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處理及儲存區(qū)安裝泄
漏檢測裝置， 以便及時發(fā)現(xiàn)和緊急處理事故。國
內(nèi)外使用的檢測方法主要有：可燃性氣體檢測、
溫度檢測、火焰檢測、熱檢測、煙霧檢測等方
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，每個收集池均設(shè)置高倍數(shù)泡沫
滅火系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蜏靥綔y器檢測到收集池內(nèi)有泄漏
的LNG后，即自動向收集池內(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、配線及開關(guān)等。
3．3．4耐火保護(hù)
對工藝裝置內(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、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， 以避免因流速過快而帶來的靜
電危害。
3．3．6防雷
對LNG儲罐、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。同時在LNG溢流發(fā)生后啟動消防系統(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、氣體閥門處在火焰中或大火的熱量
中，可通過設(shè)備傳熱對人身造成問接傷害時，應(yīng)
將火立即撲滅。對于小型設(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，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， 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。泡沫和水無法撲滅LNG產(chǎn)生的大火。如把
常溫水噴射到深冷的LNG上會加劇其揮發(fā)而帶來
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)主要對天然氣處理設(shè)備、鋼結(jié)
構(gòu)、管道、儀表閥門、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)為自動控制， 同時具有就地控制的功能。當(dāng)
探測器檢測到火災(zāi)信號后，將信號傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)
警控制盤，通過火災(zāi)報(bào)警控制盤的連鎖控制信號
啟動閥門，從而開啟水噴淋系統(tǒng)。
為防止火災(zāi)蔓延，考慮對每個天然氣處理模
塊設(shè)置一套噴淋系統(tǒng)，如果某個模塊發(fā)生火災(zāi)，
除保護(hù)該模塊的噴淋系統(tǒng)需要開啟外，同時開啟
與其相鄰模塊的噴淋系統(tǒng)。水噴淋系統(tǒng)的噴淋強(qiáng)
度見表1。
表1 水噴淋系統(tǒng)的噴淋強(qiáng)度
序號 保護(hù)對象 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 閥門集中處、裝卸臂的支撐 1O．2
4 LNG罐頂鋼結(jié)構(gòu)、閥門、管道 1O．2
4．2干粉滅火系統(tǒng)
干粉滅火系統(tǒng)通過干粉與火焰接觸時產(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，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儲罐、BOG儲罐、管道安全閥等氣體
放空部位，設(shè)置固定干粉滅火系統(tǒng)，采用自動控
制方式， 一旦排出的氣體被點(diǎn)燃，可自動釋放干
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，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
我國目前處于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)由國家有關(guān)部門專家進(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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03-11