FLNG油气处理装置安全消防系统的设计.pdf

第8 期 一 6 5 一 F L N G 油气处理装置安全消防系统的设计 蔡涛 ，霍有利 ，廖红琴 ，陈好 ，杨伟欣 海洋石油 工程股 份有 限公司 ， 天津 3 0 0 4 5 1 [ 摘 要] 分析了L N G 及液化处理过程中的火灾危险性，提 出了适应F L N G 油气处理装置的防火防爆措施及消防设计思路，可 为F L N G 安全消防设计方案提供参考。 [ 关键词]F L N G ；油气处理装置；防火防爆；系统设计 近年 来 ，随着 全 球天 然 气勘 探 与 开发 的深 入 ，越来越 多的深海气 田、边 际小气 田、伴生气 田被发现 。为解 决这些气 田的开发 与运输 问题 ， 各 国正加紧研究F L NG 浮式液化天 然气生产储 卸装置 技术 ，以利用L NG易于运输与储 存的特 点，加大上述气 田的开发力度 。F L NG是一种 开 采深海气 田、边 际气 田的天然气 ，并将其冷凝成 L NG的海上生产设施。F L NG作为新型开发技术， 以其投 资较低 、建造周期短 、便 于迁移 、可重复 使用、环境友好等优 点而受到各 国的欢迎 。F L NG 集液化天然气 生产 、储存及 卸载于一身 ，简化 了 边 际气 田的开发过程 ，将成 为海工装备建造 的新 热点。 1 L NG的危 险性 L NG的成 分绝大 部分是 甲烷 ，天然气经过低 温液化后即得NL NG。L NG具有低温 、易燃 、易 爆 、易蒸发 、易扩散 、易流淌 、易产生静 电荷 的 特点 。发生火灾后火焰传播速度快 、质量燃烧速 率大 、火焰温度高 、辐射热强 、易形成大面积火 灾 ，具有复燃、复爆性 ，难于 扑灭 。L NG的爆炸 极限为5 ％～ 1 5 ． 8 ％ V。L NG在储罐 中一般 以常 压低温 一 1 6 2 ℃储存 ，一旦发生灾难性泄漏 ，其 后果不堪设想。 L NG一旦从储罐或管道 中泄漏 ，一小部分立 即气化成蒸气 ，其余部分泄漏到地面上 ，沸腾气 化后与周围的空气混合成冷蒸气雾 ，在空气 中冷 凝 成 白烟 ，再稀释受热后与空气形成爆炸性混合 物 。这种爆 炸性混合物若遇 到点火源 ，便可引发 火灾甚至爆炸 。此外在事 故状态 时，设备的安全 释放设施排放 的L NG遇到点火源 ，也可能引发火 灾。 海上F L NG生产装置 的消防设计与 陆地L NG 消防设计 的不同点，主要表现在 以下方面 1 海上 自然环境恶劣 ，对船体上使用的设备 、阀件 等要求适应其恶劣的环境 。 2 生产装置距岸较 远 ，发生火灾时很难及 时得到陆上的救援 。 3 由于F L NG造价昂贵，设备集中，面积狭 小，一旦 发生事故引起火灾，损失较大 。 2 L NG 处理过程中危险性分析 L NG处理过程中的火灾危 险性为 甲类 。泄漏 是L NG处理过程 中应最先考虑 的事故 ，处理过程 中存在的主要泄漏事故有 1 船上储罐 阀 门及 管道发 生泄漏 。阀 门 是L NG储罐 的易泄漏部位 。阀门法兰 、密封垫片 常因老化、开裂 、螺母紧 固不均等故障而发生泄 漏 。此外，管道 容易因材质 问题或受振动、撞击 出现裂缝而发生泄漏 。 2 储 罐发生泄漏 。储罐本体也是可能发生 泄漏的重要部位 ，若储罐 内部超压或受高温烘烤 急剧增压造成顶部爆裂 ，储罐根部 因材质或其它 原因也会出现裂缝，造成泄漏 。 3 工艺处理 中发生的泄漏 。在L NG工艺处 理过程 中，工 艺管线、阀门及处理设备如低压泵／ 高压泵都有可能存在泄漏 的危险。 4 卸船作业 中发生的泄漏 。由于高压外输 设备进行卸船作业 ，如操作不当或设备本 身出现 故 障等原 因，会导致外输设备损坏而出现 泄漏现 象 。此外舶货物歧管与码头输液臂之 间的非正常 断开也会造成L NG泄漏 。 作者简介蔡涛 1 9 8 1 一，男，黑龙江桦南人，硕士研究生， 工程师。在海洋石油工程股份有限公司从事海洋平台安全方面的研 究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 6 6 一 ■ 安全密封 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 3 年第1 6 卷 3防火措施 3 ． 1 工艺、设备防火措施 L NG储 罐 多采 用绝 热保 冷设 计 ，储罐 中的 L NG 处于沸 点状 态 。由于外界热量 或其它 能 量 的导入 ，会导致少量L NG蒸发气化 。储罐上 装有安全报警 设施 ，以保证安全操作 ，防止出现 溢出、翻滚、分层、过压和欠压等事故。 为 防止L NG储 罐发 生超 压 ，配备有BOG压 缩机 ，可连 续将L NG储 罐 内的蒸发气 BOG 抽 出，压缩后作为燃料气使用 。如果液化天然气 储罐气相空问的压力超 高，蒸发气压缩机不能控 制 ，且压力超过压力调节 阀的设定值时 ，会通过 压力调节阀将 蒸发气排至火炬系统烧掉 ，以减少 对大气的污染。如压力仍然超 高，储罐 内多余的 蒸发气将通过安全 阀释放。 为防止L NG储罐在运行中发生欠压 真空 事 故 ，工 艺系统 中应 配置 防真 空补 气 系统 。 当 L NG储罐产 生真 空时，从气化器出 口总管 处引出 部分高压天然气 ，通过罐顶 压力控制 阀补充返 回 储罐 ，如压力依然下降出现 负压，将真空释放 阀 开启。 3 ． 2设备布置安全技术措施 在L NG船体设备布置中，应将危 险等级相 同 的工艺及公用设施尽量布 置在相邻 区域 ，危 险等 级低 的设备与危险等级高的设备之 间要 留有一定 的空 间或设置一定防火等级 的结构 隔离措施 ，如 防火／ 防爆墙。 3 ． 3防火防爆技术措施 3 - 3 ． 1 漏源控制 L NG泄漏将 引起火灾或爆炸事故 ，应特 别加 强设备 、管道、阀 门的密封 ，防止L NG及天 然气 等可燃物料泄漏 。应在L NG处理及储存区安装泄 漏检测装置 ，以便及 时发现和紧急处理事故。 国 内外使用 的检测方法主要有 可燃性气体检 测、 温 度检 测 、火 焰检 测 、热检 测 、烟 雾检 测等 方 法 。 L NG罐区和 工艺区应考虑设置事故收集池 ， 泄漏 的L NG收集到事故收集池 内，以防止泄漏 的 L NG溢 流。同时，每个收集池均设置高倍数泡沫 灭火 系统 ，当低温探测器检测到 收集池 内有泄漏 的L NG后 ，即 自动 向收集池 内喷射高倍数泡沫混 合液，以减少L N G气化。 3 I 3 ． 2点火源控制 点火源 包括 明火 、无遮 挡 的强 光 、点燃 的 香烟 、电火花、物体撞击 的火花和静 电、高温表 面 、发动机排 气等 。L NG设 备和确 定 的危 险区 域应远离和避免上述点火源 。除指定的安全区域 外 ，一律严格禁止吸烟和非工作必需 的明火 。工 作流程必须确保安全区的安全 。 3 _ 3 - 3电气防爆 根据规范要求 ，划 分火灾爆炸危险 区域 ，根 据火灾爆炸危 险区域 的划分选用相应 的防爆 电气 设备、配线及开关等。 3 ． 3 ． 4耐火保护 对 工艺装 置内承重 的钢框架 、支架、裙座 以 及钢管架等按规范要求采取覆盖耐火层等耐火保 护措施 ，使涂有耐火层 的钢 结构 的耐火极 限满足 规范要求。 对火灾爆 炸危 险区域 内可 能受到火灾威胁的 关键阀 门、控制关键设备的仪表 、电缆均应采取 有效的耐火保护措施 。 3 - 3 ． 5防静电 对处理和输送可燃物料 的、可 能产生静 电危 险的设备和管道，均采取可靠 的静 电接地措施。 对输送可燃气体 、液体等物料的管道 ，采取 限制流速 的措施， 以避免 因流速过快而带来的静 电危害 。 3 ． 3 ． 6防雷 对L NG储罐 、高大的框架和设备 如火炬 等均采取可靠 的防雷接地措施，避 免因雷击造成 的危害。 4消防措施 消防灭火 的首要措施是控 制可燃物 ，防止其 扩 散 。同时在L NG溢流 发生 后启动 消 防系统 。 通 常情况 下 ，L NG产 生 的大 火在燃 料源 未被 切 断前 ，应先设法切断燃料源 。当判 断大火不会再 次造成破坏的情况下，应让大火烧完。如人员处 于危 险境地 、气体阀 门处在火焰 中或大火的热量 中，可通过设备传热对人身造成 问接伤害时 ，应 将火立 即扑灭 。对于小型设备 ，如果发生火灾 ， 在火灾被扑灭之前 ，溢 出的L NG有可能已燃烧得 差不多了。对于大型设备发生火 灾，首先要控制 火焰传播 。天然气在被点着 的瞬间，火焰很大 ， 燃烧 开始 以后 ，火焰 的大小 由气 化率决定 。在某 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第8 期 蔡涛等F L NG油气处理装置安全消防系统的设计 一 6 7 一 些场合 ，控制L NG的火焰 比灭火的效果要好 。应 在上风 口位置控制火焰 ，灭火剂顺着风 向向火焰 流动 ，并使消防人员远离火焰。 在 考虑 L NG设备 和 装 置 的灭火 系统 时 ，必 须充分考虑灭火系统 的能力。L NG是一种深冷物 料 ，其泄漏 引起 的火灾多为气体火灾 ，化学干粉 灭火剂和 气体灭火剂 ，都可用于扑灭L NG产生 的 火焰 。泡沫和水无法 扑灭L NG产 生的大火 。如把 常温水喷射到深冷的L NG上会加剧其挥发而带来 更大的危险 。高倍数泡 沫一般用于扑救L NG的流 淌火灾及控制L NG的挥发 ，喷淋水主要用于冷却 设备、阀门及控制火灾的蔓延 。 4 ． 1 水喷淋系统 水 喷淋 系 统 主要 对 天然 气 处理 设 备 、钢 结 构、管道 、仪表 阀 门、安全阀及其 它设施进行保 护 。其 目的是冷却 设备 、控制火灾蔓 延。水喷淋 系统为 自动控制 ，同时具有就地控制 的功能。当 探测器检测 到火灾信号后 ，将信号传输 到火灾报 警控制盘 ，通过火灾报警控制盘 的连锁控制信号 启动 阀门，从而开启水喷淋系统 。 为 防止火 灾蔓延 ，考虑对每个天然气处理模 块设置一套喷淋系统 ，如果某个模块发生火灾 ， 除保护该模块 的喷淋系统需要开启外 ，同时开启 与其相邻模块的喷淋系统 。水喷淋系统 的喷淋强 度 见表1 。 表1 水喷淋系统的喷淋强度 喷淋强度 序号 保护对象 L ／ m i n m 2 1 处理可燃气体的高压压缩机 2 O ． 4 2 卧式容器／ 立式容器／ 塔／ 换热器 l O ． 2 3 阀门集中处、装卸臂的支撑 1 O ． 2 4 L N G 罐顶钢结构、阀门、管道 1 O ． 2 4 ． 2干粉灭火系统 干粉 灭火系统通 过干粉与火焰接触 时产生 的 物理化学作用进行灭火 。干粉颗粒 以雾状形式喷 向火焰 ，大量吸收火焰 中的活性基 团，使燃烧反 应的活性基 团急剧减少 ，中断燃烧 的连锁反应 ， 从而使火焰熄灭 。干粉喷 向火焰时 ，像浓云似的 罩住火焰 ，减少热辐射。干粉受高温发 生反应 ， 放 出结 晶水或产生分解 ，不仅可以吸收火焰 的部 分热量，还可降低燃烧区内的氧含量 。 在L NG储罐、B OG储罐 、管道安全 阀等气体 放空部位 ，设置固定干粉灭火系统 ，采用 自动控 制方式，一旦排 出的气体被 点燃 ，可 自动释放干 粉灭火，避免事故扩大造成危险。 4 - 3高倍泡沫灭火系统 高膨胀率的泡沫可用于抑制L NG产生的火焰 扩 散，并 降低火焰 的辐射 。当泡沫喷到液态天然 气表面后 ，蒸气不断受热并穿过泡沫 上升，而不 是在地面扩散 。在使用 高倍泡沫后 ，L NG蒸气扩 散范 围可 明显减小。当泡沫喷到 已点燃的L NG表 面 时，它可抑制热量的传递 ，降低蒸发率和火焰 的规模。 4 ． 4辅助消防设备 在天然气工艺处理 区、L NG罐 区和各建筑物 内配置干粉 、泡沫 、二氧化碳等手提式或推车式 灭火器 ，以扑灭初起火灾 。还应根据 规范要求配 备足量 的消 防员 、消防器械 、洗眼站 、呼吸器等 其它消防用 品。 5结语 我国 目前处于F L NG概念设计和基本设计 的初 期，缺少F L NG的建造经验 ，相应 的配套规范也 比 较缺乏。因此，有关F L NG的安全消防系统设计方 案应 由国家有 关部门专家进行充分论证 ，以使安 全消防系统的设计更加可靠、经济和适用。 ◆参考文献 [ 1 】 Na t i o n a l F i r e P r o t e c t i o n As s o c i a t i o n ．N F P A 5 9 A，S t a n d a r d f o r t h eP r o d u c t i o n ， S t o r a g e ， a n dHan d l in go f L i q u e fi e dNa t u r a l Ga s L N G [ S 】 ，2 0 0 9 E d i ti o n ． 基金项 目国家科技重大专项课题一F L N G ／ F L P G 装置油气预 处理及液化上部模块设计研究 2 0 1 1 Z X 0 5 0 2 6 - 0 0 6 “- 0 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m