洛阳LNG厂站工程中围堰区的优化设置

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。

围堰区具有许多属性参数，规范中仅对某些参数有所限制。

①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。

②参数之间的关系

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。

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。

①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(站内外)的距离。

②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。

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。

①GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》(以下简称《油规》)。

②GB 50351—2005《储罐区防火堤设计规范》(以下简称《堤规》)。

①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。

②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，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

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。

①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。

②满足特殊要求

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。

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430kg／m³。由以上参数可以得出以下数据：

①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y＝19m。

②当量压头x：由操作压力和LNG密度可得当量压头x＝3.5m。

围堰区的平面形状可分为圆形和矩形两种基本形状。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+h＝y+x＝19m+3.5m＝22.5m，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+11.15m＝31.65m，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值，L≥20.5m。

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。

①大围堰区：两个储罐间距d1≥l.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。d1＝22.3m×l.5＝33.45m，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。

②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。

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。

 

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l／4，得d1＝11.15m，取11.2m。可得围堰区的长度：

L+d+d1+d+L＝20.5m+22.3m+11.2m+22.3m+20.5m＝96.8m。

②围堰区的宽度：L+d+L＝20.5m+22.3m+20.5m＝63.3m。

③围堰区面积：A＝63.3m×96.8m≈6130m²。

④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6130m²×1.8m＝11034m³，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。