1、 LNG厂站工程中围堰区的优化设置1 概述1.1 围堰区的概念在LNG厂站工程中，最主要的危险设施为LNG储罐，在事故状态下储罐可能破裂。为防止此时LNG的泄漏蔓延，在大部分的LNG厂站工程中，需按规范要求为储罐设置安全围护设施，即钢筋砼围护墙。此围护墙称为围堰，围堰所围合的区域即为围堰区。本文分析探讨的是在储罐总储量大于2000m3的LNG厂站工程中，需特殊设置的围堰区。1.2 围堰区的参数围堰区具有许多属性参数，规范中仅对某些参数有所限制。常用的参数a围堰扩距：围堰内堤脚到储罐外壁的距离，单位为m。b围堰区域面积：围堰所围合的区域占地面积，单位为m2。c围堰区有效容积：围堰区域面积与围堰计
2、算高度的乘积，单位为m3。其中围堰计算高度等于围堰内高度(围堰区内地面算起)减去0.2m。参数之间的关系围堰区的上述3个参数互相关联制约。围堰扩距是最基本的参数，在围堰高度一定时，围堰扩距越大，围堰区域面积越大，围堰区有效容积越大。1.3 围堰区对工程的影响LNG厂站总平面设计中，必须满足两项基本要求，一是确保建构筑物(站内外)之间防火间距满足规范要求，二是对站外环境的危害程度符合安全评价(以下简称安评)和环境影响评价(以下简称环评)的要求。防火间距的控制与其他建构筑物不同，对于按规范要求设置了围堰区的储罐，除了控制储罐本体(从罐外壁算起)到周围建构筑物的距离，还要控制围堰边界到周围建构筑物(
3、站内外)的距离。安全评价和环境影响评价在对厂站的安评和环评中，其危害程度的评估计算，是以围堰区域面积或围堰区有效容积为基数的，基数越大则危害程度就越大。1.4 问题的提出由以上分析可知，围堰区是一个矛盾体。为了防止LNG泄漏溢出围堰区，确保储罐自身的安全围护更安全合理，需要加大围堰区域面积，但这样造成了厂站占地面积增大，并对工程的安评和环评带来不良影响，由此产生的后果对站址的选择、厂站的造价和工程工期控制产生不可忽视的副作用。如何处理这个矛盾体?本文沿着总图没计的整体思路，对围堰区的合理设置，从常规设置的围堰区到优化设置的围堰区进行论述。2 围堰区设计的基本依据2.1 依据的规范GB 5018
4、32023石油天然气工程设计防火规范(以下简称油规)。GB 503512023储罐区防火堤设计规范(以下简称堤规)。2.2 油规和堤规对围堰区的要求对不同类型储罐的要求LNG储罐按其罐体结构形式分为单容罐、双容罐和全容罐。双容罐和全容罐属于特殊情况，此类储罐的围堰是与罐体相连设置的，不需形成围堰区；而单容罐的围堰需脱离开罐体，按一定的要求独立设置，形成围堰区。本文论述单容罐的围堰区设置。对单容罐围堰的具体要求基本要求：围堰区有效容积不小于最大单罐罐容，并为工艺管道及设备安装留有合适的空间。以100kPa的操作压力为分界值，形成两种不同的围堰区设置方法。当操作压力大于100kPa时，围堰区只需满
5、足基本要求，例如子母罐的围堰区。本文不再论述。特殊要求：当操作压力小于或等于100kPa时，且围堰区内采取了防低温或火灾影响的措施，围堰区的设置除了满足基本要求外，还需满足特殊要求，见式(1)。L+h=y+x (1)式中L围堰扩距，mh围堰内高度，my储罐最高液位，mx储罐气相空间压力的当量压头，m3 围堰区的计算实例已知：某LNG工程围堰区内，设有LNG单容罐2台，单罐罐容均为5000m3，操作压力为l5kPa，围堰区采取防低温或火灾影响的措施。要求：合理设置围堰区。3.1 满足油规和堤规对围堰区的要求满足基本要求应满足有效容积的要求。根据已知条件得出：围堰区有效容积为5000m3。满足特殊
6、要求应满足式(1)的要求。式(1)中的y和x，可根据已知条件，从储罐的参数得出，但L和h的值具有可变性，需在以下论述中得出。3.2 设计参数设计参数包括储罐、LNG和其他的设计条件。设计中，储罐的设计参数均由储罐生产厂家提供。储罐外径d为22.3m，储罐设计液位为16m，储罐的操作压力为l5kPa，LNG密度约430kgm3。由以上参数可以得出以下数据：最高液位y：式(1)中的最高液位是由设计液位和支承储罐的承台高度相加而得。承台高度约3m(实践经验)，则y19m。当量压头x：由操作压力和LNG密度可得当量压头x3.5m。3.3 不同平面形状的围堰区及其特性围堰区的平面形状可分为圆形和矩形两种
7、基本形状。按规范要求设置的未做特殊优化处理的围堰区称为常规围堰区。将已知的设计参数代入式(1)可得出：L+hy+x19m+3.5m22.5m，记为定值(1)。依实践经验，常规围堰内高度h为2m，故得出常规围堰扩距L为20.5m。常规圆形围堰区：围堰是储罐外壁的同心圆，其圆半径为20.5m+11.15m31.65m，特性是围堰扩距保持不变，为20.5m。所形成的围堰区域面积为5166m2。由于圆形的钢筋砼围堰在实际工程中较难施工，且不具备做特殊优化处理的可能性，工程中不常采用。常规矩形围堰区：将常规圆形围堰边界作为基准线，以矩形平面将常规圆形围堰全部包含于内，形成常规矩形围堰。特性是围堰扩距为变
8、值，L20.5m。3.4 常规矩形围堰区的分类常规矩形围堰的围堰扩距是变值，它直接影响了围堰区的长和宽，从而影响围堰区面积和围堰区容积。围堰区的长度是由围堰扩距和两个储罐之间的间距d1决定的，由于对d1的设置方法不同，形成两种大小不同的围堰区。大围堰区：两个储罐间距d1l.5d时，所形成的围堰区称为大围堰区。由于此时对罐体的喷淋水量只计入一个罐，从而减小了消防水系统的规模。d122.3ml.533.45m，取34m。由于大围堰区占地面积大而带来许多弊端，本案例不采用。小围堰区：两个储罐间距d1 1.5d时，所形成的围堰区称为小围堰区。这时喷淋水量需考虑相邻储罐，从而增大了消防水池容积和其他消防
9、设施的容量，但可大大减小围堰区的面积。本例选择小围堰区进行分析。3.5 常规小围堰区的形成围堰区的形成方法为先确定其长和宽，然后求得其面积和容积。参见图1。围堰区的长度：按油规中要求的储罐之间的最小间距为相邻储罐直径之和的l4，得d111.15m，取11.2m。可得围堰区的长度：L+d+d1+d+L20.5m+22.3m+11.2m+22.3m+20.5m96.8m。围堰区的宽度：L+d+L20.5m+22.3m+20.5m63.3m。围堰区面积：A63.3m96.8m6130m2。围堰区有效容积的验证：围堰区有效容积等于围堰区面积与计算高度之积，即6130m21.8m11034m3，此值大于5000m3，满足规范对围堰区要求的基本条件。由此可见，虽然为小围堰区，但由于需满足式(1)的要求，使得围堰区的面积仍远远超出规范对其的基本要求值。此种围堰区仍留有较大空间可进行优化设计。5
