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，最主要的危急设施为LNG储罐，在事故状态下储罐可能裂开。为防止此时LNG的泄漏扩散，在大局部的LNG厂站工程中，需按标准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，需特别设置的围堰区。 1.2围堰区的参数 围堰区具有很多属性参数，标准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个参数相互关联制约。围堰扩距是最根本的参数，在围堰高度肯定时，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，必需满意两项根本要求，一是确保建构筑物(站内外)之间防火间距满意标准要求，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。 防火间距的掌握 与其他建构筑物不同，对于按标准要求设置了围堰区的储罐，除了掌握储罐本体(从罐外壁算起)到四周建构筑物的距离，还要掌握围堰边界到四周建构筑物(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，其危害程度的评估量算，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，围堰区是一个冲突体。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掌握产生不行无视的副作用。 如何处理这个冲突体?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展论述。 2围堰区设计的根本依据 2.1依据的标准 GB 501832004石油自然气工程设计防火标准(以下简称油规)。 GB 503512005储罐区防火堤设计标准(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储罐按其罐体构造形式分为单容罐、双容罐和全容罐。 双容罐和全容罐属于特别状况，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，按肯定的要求独立设置，形成围堰区。本文论述单容罐的围堰区设置。 对单容罐围堰的详细要求 根本要求：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适宜的空间。 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，围堰区只需满意根本要求，例如子母罐的围堰区。本文不再论述。 特别要求：当操作压力小于或等于100kPa时，且围堰区内实行了防低温或火灾影响的措施，围堰区的设置除了满意根本要求外，还需满意特别要求，见式(1)。 L+h=y+x (1) 式中L围堰扩距，m h围堰内高度，m y储罐最高液位，m x储罐气相空间压力的当量压头，m 3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，围堰区实行防低温或火灾影响的措施。要求：合理设置围堰区。 3.1满意油规和堤规对围堰区的要求 满意根本要求 应满意有效容积的要求。依据已知条件得出：围堰区有效容积为5000m3。 满意特别要求 应满意式(1)的要求。 式(1)中的y和x，可依据已知条件，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供应。 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(实践阅历)，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不同平面外形的围堰区及其特性 围堰区的平面外形可分为圆形和矩形两种根本外形。按标准要求设置的未做特别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)。 依实践阅历，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，且不具备做特别优化处理的可能性，工程中不常采纳。 常法规形围堰区：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，形成常法规形围堰。特性是围堰扩距为变值，L20.5m。 3.4常法规形围堰区的分类 常法规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打算的，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很多弊端，本案例不采纳。 小围堰区：两个储罐间距d11.5d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展分析。 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，满意标准对围堰区要求的根本条件。 由此可见，虽然为小围堰区，但由于需满意式(1)的要求，使得围堰区的面积仍远远超出标准对其的根本要求值。此种围堰区仍留有较大空间可进展优化设计。 3.6常规小围郾区对工程设计的影响 厂站围墙范围内的占地面积 油规中要求围堰边界距建筑界限(一般为厂站围墙)的距离为30m，则在总图布置时罐外壁距围墙不小于30m+20.5m50.5m。若为双容罐和全容罐，由于无围堰扩距的要求，则距围墙的距离仅为不小于30m。相比之下本例的围堰区增加了厂站的占地面积。 热辐射距离和蒸气云集中距离 油规规定，在总平面设计中，除了掌握防火间距之外，还应按要求进展围堰区热辐射距离和蒸气云集中距离的计算，使得被爱护建构筑物或场所与围堰边界的距离不小于限定值。 热辐射距离计算公式为： 式中dr建构筑物或场所到围堰边界的最小距离，m 热通量校正系数，对不同性质的场所其数值不同，取值见油规的规定 A围堰区的面积，m2 由式(2)可以看出，围堰区面积越大，热辐射距离就越大。 本例中，在一样的热通量校正系数状况下(假设为l)，按围堰扩距形成的小围堰区面积得出其热辐射距离 而按标准要求的围堰容积(根本条件)值推出的围堰区面积得出的热辐射距离 由此可见，所形成的小围堰区对被爱护建构筑物或场所的热辐射距离太大，约为按根本要求设置围堰时的l.5倍。 蒸气云的集中距离是以围堰区面积作为基数的，围堰区面积越大，集中距离越大。由于其计算是通过简单的计算模型实现的，本文不做论述。 对安评和环评的影响 安评和环评由特定的专业部门担当，它是以设计成果为依据的。也就是说，评估结果是在设计完成后才呈现的，因此它可能会给厂站设计带来难以预料的后果。以下为两个工程实例。 a山西某自然气液化工程 设计中按本文式(1)的要求设置了常规圆形围堰。此工程储罐外壁距居民区距离为l63m，满意油规中储罐与居民区最小距离为l00m的要求(二级厂站)。但由于围堰区无优化设计，使得围堰区面积较大，在按围堰区面积进展热辐射距离和蒸气云集中距离验算时，得出对居民区的最小爱护距离为200m。故此设计未通过安评。问题恰恰出在按常规设计的围堰区面积，虽已满意防火间距的要求，但不能满意安评的要求。 b大连某LNG工程 围堰为常法规形围堰。设计中储罐外壁距相邻的企业围墙为l00.11m，满意了油规中储罐与相邻企业间距为l00m的要求(二级厂站)。但以围堰区面积进展环评验算时，要求最小距离为118m。因此未通过环评。 3.7常规围堰存在的问题 围堰扩距越大，围堰区的面积越大，首先使围墙内占地面积增尤然后使热辐射和蒸气云的最小爱护距离增大，从而使得厂站到站外建构筑物的安全间距增大，使工程建立程序的顺当进展难度增大。 故设计过程中，应在满意油规和堤规要求的前提下，求得围堰的合理设置。也就是在式(1)中寻求围堰扩距三的最小值，最大限度地减小围堰区的面积，以到达削减厂站用地和对站外的安全和环境的爱护距离。 3.8围堰区的优化设计 3.8.1围堰局部竖向起拱 图1表示了圆形和矩形围堰两种常规平面形式，并着重图解了优化矩形平面的设置方法。 优化围堰的平面描述 与常法规形围堰不同，优化矩形围堰未将圆形围堰全部包含于内。由于其区域面积的缩小，切去了局部圆形围堰