LNG接收站消防系统存在的问题及优化探讨

崔婧

国家管网集团大连液化天然气有限公司

LNG接收站作为中国海上天然气进口通道在近20 年发展十分迅速，目前已建成投产LNG 接收站22 座。但是作为新兴行业，LNG 接收站的安全建设和安全运行经验尚浅，在制定相关规范和制度时多以国外标准作为参考，在国内还没有形成系统性的规范性标准。而LNG 接收站作为LNG 接卸、储存、增压和气化的场所，其物料的变化性和自身的特点决定了在工艺生产运行中存在较大的安全隐患，这对消防安全设计和管理提出了更高的要求[1-3]。

LNG接收站在消防设计上一般按照国内相关标准，结合国外LNG 接收站设计规范进行设计，基本考虑了LNG 作为一种低温液体，其温度极低，气液膨胀比大，易于与空气形成爆炸性混合物等物料变化情况和物料本身的特性[4-5]。虽然LNG 接收站消防系统在设计之初考虑了相关区域事故、事件发生后的检测和处理，但是在运行过程中仍存在一些常见问题需要优化。结合大连LNG 接收站工艺运行中的消防系统问题进行优化探讨，旨在提升LNG接收站的消防设计和管理水平。

目前国内LNG接收站所采用的工艺主要如图1所示，LNG 船抵达接收站码头后，LNG 经船上卸料泵增压，通过LNG 卸料臂进入接收站的LNG 储罐内。在LNG 卸船期间，由于热量的传入和储罐气相空间的变化，储罐内将会产生大量蒸发气。产生的蒸发气一部分通过气相返回管线，气相料返回至LNG 运输船船舱，以平衡船舱内的压力；
另一部分通过BOG 压缩机增压进入再冷凝器冷凝后，与外输的LNG 一起经高压输出泵、气化器外输。罐内LNG 经低压输送泵增压后分两股外输：一部分与再冷凝器冷凝后的LNG 一起经高压输出泵增压后，利用气化器（ORV 或SCV）使LNG 气化成天然气，计量后输至输气干线；
另一部分LNG 输至槽车装车站，经槽车装车臂卸入LNG 运输槽车[6-8]。

图1 LNG接收站工艺流程简图Fig.1 Schematic diagram of LNG terminal process flow

2.1 LNG泄漏及消防处置

根据工艺流程的描述以及LNG 物料的特性，LNG接收站在运行过程中潜在危险最多、最普遍的是LNG 的泄漏及产生的火灾爆炸，LNG 泄漏可能对人体产生以下危害：①局部冻伤，如低温冻伤、霜冻伤；
②一般冻伤，如体温过低，肺部冻伤；
③窒息；
④如果蒸气云被点燃，还存在热辐射的危险[9-10]。

LNG接收站在投产试运过程中，由于管线、阀门以及设备从热态到冷态的变化，容易造成法兰、阀门、设备管线接口等应力集中处发生LNG 泄漏。LNG接收站在运行过程中，LNG槽车充装连接处和卸料臂连接处是最容易发生LNG 泄漏的位置，大连LNG 接收站在运行前期的接卸船过程中发生过多次卸料臂连接处LNG 泄漏。此外，高、低压分界上的阀门和高压管线上的阀门由于动作频繁和填料的老化也容易造成LNG 泄漏；
管线打开施工过程中能量隔离不到位也容易造成LNG 泄漏。北海接收站2020 年11 月2 日泄漏着火事故是典型的能量隔离失误造成LNG 泄漏并引起着火的事故。

在LNG 接收站消防设计中主要针对可能出现泄漏的法兰连接处等设置了低温探测设备、可燃气探测设备、火焰探测设备、干粉灭火系统、水喷雾系统、水幕系统、高倍数泡沫系统等一些列消防设备设施，尽量做到早发现，早处理，降低事故损失程度。

2.2 LNG储罐分层翻滚及消防处置

LNG 储罐的分层翻滚一般是由于储罐中LNG不同的组成和密度引起分层，分层间的传质和传热突然迅速混合会在短时间内产生大量气体，导致储罐压力徒增，甚至顶开安全阀或破坏罐体，从而导致大量LNG喷出罐外，危险性很大[11-12]。

LNG储罐分层翻滚属于小概率事件，一般只要严格按照工艺要求操作，不会发生此类事故，但是国外运行60 年间仍有LNG 接收站发生过类似事故，因此国内LNG 接收站在设计和运行过程中有明确的要求。LNG接收站消防设计也考虑了发生后的应对措施，在储罐顶部设置了干粉灭火系统、水喷雾系统等消防设备设施，一旦发生事故需立即启动消防设施。

3.1 LNG泄漏检测方面

根据LNG 接收站运行特点，LNG 泄漏主要可能发生在卸料臂对接处、槽车充装对接处以及一些法兰对接和阀门填料处。但是在消防设计时，LNG低温探测设备仅仅设置在码头、储罐区域法兰连接处底部和LNG 泄漏收集池处。根据国内LNG 接收站运行十多年的经验，发生阀门填料泄漏最多的是在高压泵出口阀门处，管线连接处发生泄漏最多的是卸料臂对接处。这些位置发生泄漏后，一般都是依靠操作人员的巡检才得以发现，并未在第一时间做到早期处理，存在一定的安全隐患。

3.2 高压区域灭火系统设置

LNG接收站一般在码头区域、储罐区域和槽车区域设置干粉灭火系统，当LNG 泄漏着火时利用干粉系统进行灭火。但是根据LNG 接收站的运行经验，发生LNG 泄漏最为频繁的位置为高低压分界区域的阀门，而在高压泵区域和气化器区域仅仅设置了火焰探测等消防设备，没有设置相应的干粉灭火系统。因此建议在高压区域设置一套干粉系统，以便于在高压区域发生火灾时及时灭火。

3.3 消防地下水管线腐蚀问题

大连LNG接收站经过9年多的运行后，在2014至2016 年期间，接收站埋地水管线在运行过程中因管线局部损坏造成17 次不同程度的管线泄漏，其中消防地下水管线泄漏14 次，接收站外市政供水管线泄漏2 次，综合楼埋地水管线泄漏1 次。埋地水管线的泄漏不仅造成淡水损耗的增加，而且直接影响着接收站的运行安全，尤其是消防管网的泄漏给消防管理带来巨大的挑战和压力。

4.1 优化预防监测措施

大连LNG 接收站消防设计按照码头和接收站内同一时间发生1次火灾考虑。LNG储罐区火灾延续时间按6 h 考虑，工艺装置区的火灾延续时间按3 h考虑，码头的火灾延续时间按6 h考虑。项目设置了包括消防水系统、高倍数泡沫灭火系统、干粉灭火系统、固定式气体灭火系统、水喷雾系统、水幕系统、灭火器等消防设施。

从设计的原则和设备的选用上，消防设计重点在于对较大事故的防范。但是根据日常工艺运行中出现的一些问题，可以得出消防设计对于日常生产上的小事故没有设置相应的消防设施，而化工企业的大事故往往是因为小事故的不注意和积累引起的，因此在消防设计过程中应该充分考虑工艺运行的特点以及运行中容易出现安全隐患的位置，做到“防”字当先，确保事故在萌芽状态即被消灭。

考虑到LNG 泄漏常见问题和常见区域，应在高低压结合部位的阀门和高压LNG 管线上的阀门底部设置低温探测设备和LNG 收集设备，在卸料臂连接处和槽车装卸连接处设置可燃气探测设备，增强对LNG 泄漏的监测，从而配合工艺运行并加强生产的安全防护，让消防做到“防”“消”结合，以“防”为主，切实从根源上杜绝大事故的发生。

4.2 易泄漏区域设置干粉灭火设备

LNG接收站消防设计中对干粉灭火设备的设置主要集中在码头区域、储罐区域和槽车区域，因为按照危险级别和危害因素这些区域都相对较大。而工艺流程由于都采取全封闭管线，所以认为即使泄漏也只是小范围泄漏，发生火灾的概率很小，仅设置了消防栓和消防水炮等设施，而没有设置消防干粉灭火设备，即使设置干粉设备也仅仅设置了移动干粉灭火装置。但是根据运行经验来看，高压区域发生泄漏的概率较大，且随着时间的推移，高压区域的管线变形和安全的不确定性会随之增加，为了确保能够扑灭初期火灾，应在高压区域设置固定的干粉灭火装置。

4.3 消防地下管线的设置

LNG接收站一般为填海形成的陆域，因此其填海的土质好坏对地下管线的影响非常大。大连LNG接收站陆域部分回填土中尖锐的碎石颗粒较多，且部分碎石形状尖锐、体积较大，土质与设计规定不符，管线的局部位置受到尖锐碎石的持续作用力，是造成管线防腐层损坏及管线本体损伤的重要原因。此外，LNG接收站地处海边，受到海水腐蚀较为严重，也是造成管线腐蚀的一个重要原因。在泄漏点处理过程中发现泄漏点所处的管线防腐层都存在不同程度的损坏，尤其是泄漏点处所在的位置防腐层早已经脱离。防腐层的损坏可能在施工过程中已经发生，随着时间的推移，消防管线遭受到电化学腐蚀和化学腐蚀等多重因素的影响，最终导致消防管线多点出现泄漏。

因此在消防地下管线设置过程中应严格按照设计规范回填土，如果达不到要求应增设套管加以保护，或是在管线上包裹防护层保护防腐涂层，确保防腐涂层的安全可靠。

LNG 接收站工艺运行中出现的LNG 泄漏安全隐患问题是目前困扰LNG 接收站安全管理的主要问题，消防设计可以从LNG 泄漏的源头进行监控，及早发现问题，及时处理，防小遏大，真正做到安全防控。同时在易泄漏区域应设置固定干粉灭火系统，确保初期火灾能够得到有效遏制，从而避免大的事故发生。

消防水管网是整个消防系统非常重要的环节，其运行的安全与否直接影响着LNG 接收站的消防安全防护能力，因此在设置消防地下水管线时应严格按照规范和要求进行，同时注意保护管线的安全可靠，尽量避免管线发生腐蚀泄漏。