8.5 天然气凝液、液化石油气罐区消防设施

8.5.1 LPG储罐，尤其是压力储罐，火灾事故较多，其主要原因是泄漏。LPG泄漏后迅速气化形成LPG蒸气云，遇火源爆炸（称作蒸气云爆炸），并回火点燃泄漏源。泄漏源着火将使储罐暴露于火焰中，若不能对储罐进行有效的消防水冷却，液态LPG将迅速气化，火灾进一步失控。
    压力储罐暴露于火焰中，罐内压力上升，液面以上的罐壁（干壁）温度快速升高，强度下降，一定时间后干壁将会发生热塑性裂口而导致灾难性的沸腾液体蒸气爆炸火灾（一般称为沸液蒸气爆炸），造成储罐的整体破裂，同时伴随的冲击波、强大的热辐射及储罐碎片等还会导致重大人员伤亡和财产损失。某些发达国家的试验研究表明，在开阔区域的大气中，LPG泄漏量超过450kg就有可能发生蒸气云爆炸，并随泄漏量的增加发生蒸气云爆炸可能性会显著增加。
    通常全冷冻式LPG罐区总容量与单罐容量都较大，着火后如不进行有效消防水冷却，后果难以设想。美国《石油化工厂防火手册》曾介绍一例储罐火灾；A罐、B罐分别装丙烷8000m³、8900m³，C罐装丁烷4400m³，A罐超压，顶壁结合处开裂了180°，大量蒸气外溢，5s后遇火爆燃。在消防车供水冷却控制火灾的情况下，A罐燃烧了35.5h后损坏，B、C罐顶阀件被烧坏，造成气体泄漏燃烧。B罐切断阀无法关闭，结果烧了6d；C罐充N2并抽料，3d后关闭切断阀灭火。B、C罐壁损坏较小，隔热层损坏大。
    综上所述，LPG储罐发生火灾后，破坏力较大，许多国家都发生过此类储罐爆炸火灾，尤其是压力储罐火灾，且都造成了重大财产损失和人员伤亡，各国都非常重视LPG储罐的消防问题。LPG储罐发生泄漏后，最好的消防措施是喷射水雾稀释惰化LPG蒸气云，防止蒸气云爆炸；发生火灾后，应及时对着火罐及相邻罐喷水保护，防止暴露天火焰中的储罐发生沸液蒸气爆炸。另因天然气凝液与液化石油气性质相近，为此，一并规定天然气凝液与液化石油气罐区应设置消防冷却水系统。
    另外，本条规定移动式干粉灭火设施系指干粉枪、炮或车。
8.5.2 单罐容量较大和（或）储罐数量较多的储罐区，所需的消防冷却水量较大，只靠移动式系统难以胜任，所以应设置固定式消防水冷却系统。但具体如何规定，目前，国家标准《建筑设计防火规范》、《石油化工企业设计防火规范》、《城镇燃气设计规范》等其他主要现行防火规范的规定不尽相同。由于石油天然气站场与石油化工企业不同，消防站大都在站场外，有的相距甚远，且消防车配备较少，往往短时间内难以组织起所需灭火救援力量。所以采纳了《建筑设计防火规范》与《城镇燃气设计规范》的规定。
    另外，同时设置辅助水枪或水炮的作用是：当高速扩散火焰直接喷射到局部罐壁时，该局部需要较大的供水强度，此时应采用移动式水枪、水炮的集中水流加强冷却局部罐壁；用于因固定系统局部遭破坏而冷却不到地方；燃烧区周围亦需用水枪加强保护；稀释惰化及搅拌蒸气云，使之安全扩散，防止泄漏的LPG爆炸着火。这需要在罐区四周设置消火栓，并且消火栓的设置数量和工作压力要满足规定的水枪用水量。
    对于总容量不大于50m³或单罐容量不大于20㎡的储罐区，着火的可能性相对要小，特别是发生沸液蒸气爆炸的可能性小，并且着火后需冷却的储罐数量少、面积小，所以，规定可设置半固定式消防冷却水系统。
8.5.3天然气凝液、液化石油气罐区发生火灾后，其固定系统与辅助水枪（水炮）大都同时使用，所以固定系统的消防用水量应按储罐固定式消防冷却用水量与移动式水枪用水量之和计算。
    设置半固定式消防冷却水系统的罐区，着火后需冷却的面积基本不会超过120㎡，所以规定消防用水量不应小于20L/s。这与现行国家标准《建筑设计防火规范》、《城镇燃气设计规范》的规定是相同的。
8.5.4 本条规定了固定冷却水供给强度与冷却面积，依据或解释如下：
    1 消防冷却水供给强度。
    1）国内外试验研究数据：
    ①英国消防研究所的皮?内斯在其“水喷雾扑救易燃液体火灾的特性参数”一文中，介绍的液化石油气储罐喷雾强度试验数据为9.6L/min·㎡。
    ②英国消防协会G·布雷在其“液化石油气储罐的水雾保护”的论文中指出：“只有以10L/min·㎡的喷雾强度向罐壁喷射水雾才能为火焰包围的储罐提供安全保护”。
    ③美国石油学会（API）和日本工业技术院资源技术试验所分别在20世纪50年代和60年代进行了液化石油气储罐水喷雾保护的试验，结果表明：液化石油气储罐的喷雾强度大于6 L/min·㎡，罐壁温度可维持在100℃左右，即是安全的，采用10 L/min·㎡是可靠的。
    ④公安部天津消防研究所1982～1984年进行的“液化石油气储罐火灾受热时喷水冷却试验”获得了与美国、日本基本相同的结果，即喷雾强度大于6L/min·㎡时，储罐可得到良好的冷却。
    ⑤美国J·J·Duggan、C·H·Gilmour、P·F·Fisher等人研究认为：未经隔离设计的容器一旦陷入火中，罐壁表面吸热量最小约为63100W/㎡（见1944年1月A·S·M·E学报“暴露于火中容器的超压释放要求”、1943年10月NFPA季刊“暴露于火中的储罐放散”、橡胶设备用品公司备忘录89“容器的热量输入”等论文或文献）。当向被火包围的容器表面以8.2L/min·㎡供给强度喷水时，罐壁表面吸热量将减小到18930W/㎡（见橡胶设备用品公司备忘录123即“暴露火中容器的容器的防护”一文）。
    2）国外标准规范的规定。从搜集到的欧美、日本等国家的协会、学会标准来看，大都规定液化石油气储罐的最小消防水雾喷射强度为10L/min·㎡。
    3）国内相关规范的规定。《建筑设计防火规范》是第一部规定液化石油气储罐冷却水供给强度的国家规范。其主要依据就是上述美国石油学会（API）和日本工业技术院资源技术试验所的试验数据以及美国消防协会标准《固定式水喷雾灭炎系统》NFPA 15的规定，并且为了便于计算规定最小冷却水供给强度为0.15L/s·㎡。以后颁面的国家标准《石油化工企业设计防火规范》、《水喷雾灭火系统设计规范》、《城镇燃气设规范》等均采纳了该规定。
    综上所述，尽管我国规范规定的冷却水供给强度稍小于国外标准的规定，但还是可靠的，且得到了一些火灾案例的检验。
    2 冷却范围。
目前，我国现行各规范的实质规定是一致的，本规定采纳了《建筑设计防火规范》的规定。所谓邻近储罐是指与着火储罐贴邻的储罐。
8.5.5 本条主要依据是现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》的规定。
    全冷冻式液化烃储罐一般为立式双壁罐，有较厚的隔热层，安全设施齐全。有关资料介绍，在某些方面比汔油罐安全，即使发生泄漏，泄漏后初始闪蒸气化，可能在20～30s的短时间会产生大量蒸气形成膜式沸腾状态，扩散比较远的距离，其后蒸发速度降低达到稳定状态，可燃性混合气体被限制在泄漏点附近。稳定状态时的燃烧速度和辐射热与相同燃烧面积的汽油相似。因此，此类罐的消防冷却水供给强度按一般立式油罐考虑。根据美国API2510A标准，当受到暴露辐射而无火焰接触时，冷却水强度 为0～4.07L/min·㎡。本条按较大值考虑。
    关于消防冷却水系统设置形式，可参照现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》的规定。对于罐壁的冷却，设置固定水炮或在罐壁顶部设置带喷头的环形冷却水管都是可行的，具体采用哪一种，应结合实际工程确定。从美国《石油化工厂防火手册》介绍的该类火灾案例来看，水炮能起到冷却作用。
8.5.6 现行国家标准《建筑设计防火规范》、《城镇燃气设计规范》与本规范一样，均按储罐区总容量和单罐容量分为三个级别，分别规定了水枪用水量。由于石油化工企业单罐容量100m³以下的储罐极少，所以《石油化工企业设计防火规范》以储罐容积400m³为界分了两个级别，分别规定了与上述规范相同的水枪用水量。而石油天然气站场中单罐容量100m³以下的储罐为数不少，故采纳了《建筑设计防火规范》与《城镇燃气设计规范》的规定。不过上述各规范的规定并不矛盾。
8.5.7 关于消防冷却水连续供给时间，我国现行各规范的规定大同小异。《建筑设计防火规范》与《城镇燃气设计规范》规定：总容积小于220m³或单罐容积小于或等于50m³的储罐可储罐区，连续供水时间可为3h；其他储罐或储罐区应为6h。《石油化工企业设计防火规范》规定：消防用水用延续时间应按火灾时储罐安全放空所需时间确定，当其安全放空时间超过6h时，按6h计算。
    国外相关标准因各自情况或体制不同，其规定消防冷却水连续供给时间差异较大，尚难借鉴。
    据统计，LPG储罐火灾延续时间大都较长，有些长达数昼夜。显然，按这样长的时间设计消防用水量在经济上是不能接受的。规范所规定的连续供给时间主要考虑在灭火组织过程中需要立即投入的冷却用水量，是综合火灾统计资料与国民经济水平以及消防力量等情况确定的。
    LPG储罐泄漏后，不一定立即着火，需要喷射一定时间的水雾稀释、惰化、驱散蒸气云。另外，石油天然气站场与石油化工企业不同，特别是小站，大都无放空火炬系统，并且天然气凝液储罐中的油品组分不能放空。所以本条采纳了《建筑设计防火规范》与《城镇燃气设计规范》的规定。
    再者，对于单罐容量400m³以上的储罐区，如有条件，尽可能回收利用冷却水。
8.5.8 本条为水喷雾固定式消防冷却水系统设置的基本要求，现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》也做了类似的规定，与之相比，本规定只是增加了对储罐支撑的冷却要求。
8.5.9 本条主要依据是现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》的规定。主要目的是保证系统各喷头的工作压力基本一致，发生火灾时便于及时开启系统控制阀，以及防止因管道锈蚀等堵塞喷头。