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【论文精选】液化天然气罐箱周转堆场的设计

时间：2022-02-21 来源：浏览：

【论文精选】液化天然气罐箱周转堆场的设计

原创闫猛，等煤气与热力杂志

煤气与热力杂志

微信号 GAS-HEAT1978

功能介绍《煤气与热力》始于1978年，创刊于1981年，中国核心期刊，中国土木工程学会燃气分会会刊。筛选燃气供热行业最有价值的技术信息，新闻分类整理、政策标准、热点讨论、投稿查询、论文检索、写作指导、编委风采、精品会议……

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作者：闫猛，韩志刚，李艳艳，刘建海

第一作者单位：艾索兰德（天津）国际贸易有限公司

摘自《煤气与热力》2021年1月刊

参考文献示例

闫猛，韩志刚，李艳艳，等 . 液化天然气罐箱周转堆场的设计［J］. 煤气与热力， 2021，41（1）：B07- B09，B27 .

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1 概述

LNG 集装箱式罐箱（以下简称罐箱）周转堆场（“ LNG 集装箱式罐箱周转堆场”以下简称罐箱堆场）根据建设规模，除具备罐箱的暂存与周转基本功能外，还可包含罐箱整车的暂存及交通事故应急避险处理等辅助功能。目前， LNG 已被列入《特别管控危险化学品目录（第一版）》，这对 LNG 的储运监管提出了更高要求，使罐箱物流产业政策及罐箱堆场规划建设受到业内关注。

2 产业支持政策

2017 年 6 月 23 日，国家发展改革委、科技部、工业和信息化部等发布发改能源［ 2017 ］ 1217 号文件《加快推进天然气利用意见》，其中“（六）加大科技创新”，要求加大加快提升水运、铁路、公路 LNG 运输效率，推进多式联运，探索研发集装箱方式运输 LNG 的技术和装备，增强 LNG 运输的灵活性。

2020 年 4 月 10 日，国家发展改革委、财政部、自然资源部等发布发改价格［ 2020 ］ 567 号文件《关于加快推进天然气储备能力建设的实施意见》，其中“二、明确重点建设任务”，要求发挥 LNG 罐箱宜储宜运、调运灵活的特点，推进罐箱多式联运试点示范，多措并举提高储气能力。

2020 年 7 月 2 日，交通运输部发布交海规 9 文件号《整船载运 LNG 可移动罐柜安全运输要求（试行）》，其中“七、 LNG 罐箱港口装卸作业安全要求”，要求在没有罐柜堆存条件的港口，不得在港内堆存，在港口装卸作业要采用直装直取方式进行，罐箱和载有罐箱的车辆不得在港口内滞留。

3 罐箱堆场设计规范

目前适用于罐箱堆场设计的主要规范有： GB 50183 — 2004 《石油天然气工程设计防火规范》（以下简称 GB 50183 — 2004 ）、 GB 50016 — 2014 《建筑设计防火规范》（以下简称 GB 50016 — 2014 ）、 SH 3093 — 1999 《石油化工企业卫生防护距离》（以下简称 SH 3093 — 1999 ）、 GB/T 20368 — 2012 《液化天然气（ LNG ）生产、储存和装运》（以下简称 GB/T 20368 — 2012 ）、 AQ/T 3046 — 2013 《化工企业定量风险评价导则》（以下简称 AQ/T 3046 — 2013 ）、 JT 397 — 2007 《危险货物集装箱港口作业规程》（以下简称 JT 397 — 2007 ）等。

GB 50183 — 2004 在第 3.1.1 条、第 3.2.2 条、第 4.0.8 条、第 5.2.2 条、第 8.5 节中，明确有 LNG 为甲（ A ）类火灾危险性物质、厂站储存规模及分级、基本防火间距、消防供水等要求。

GB 50016 — 2014 在第 4.4 节中，提出了罐区与明火或散发火花地点、场外建筑物等的防火间距；在第 4.4.2 条中要求，数个储罐的总容积大于 3 000 m ³ 时，应分组布置；在第 4.2.3 条中要求，罐组内甲类储罐的布置不应超过 2 排。

AQ/T 3046 — 2013 的附录 E.3.2 中，提出了一种评价物质连续稳态源泄漏后扩散距离的模型方程，可用于估算 LNG 经容器破裂孔泄漏后的气体扩散距离。

SH 3093 — 1999 中第 2.0.1 条要求，厂站装置区与居住区的卫生防护距离不应小于 150 m ，当小于 150 m 时，应根据环境影响报告书的结论确定。

JT 397 — 2007 中第 5.3.6 条要求，罐箱应单层存放。

GB/T 20368 — 2012 中，对 LNG 设施的设计、选址、施工、操作等提出了要求。

经综合研究，罐箱堆场主要遵循 GB 50183 — 2004 、 GB 50016 — 2014 开展设计，同时要参照 SH 3093 — 1999 、 GB/T 20368 — 2012 、 AQ/T 3046 — 2013 、 JT 397 — 2007 等相关内容。

4 某罐箱堆场的设计方案

4.1 罐箱堆场分级

华南地区某罐箱堆场为单一功能吞吐周转堆场，设计容纳 32 台长度为 13.716 m 的罐箱，单罐箱内层罐的容积约 53 m ³ ，罐箱堆场总储存容积约 1 700 m ³ 。依据 GB 50183 — 2004 第 3.2.2 条，该罐箱堆场等级为四级。罐箱内 LNG 平均密度约 452.4kg/ m ³ 。在 20 ℃、 101 325 Pa 条件下，天然气的密度约 0.71 kg/m ³ 。

4.2 罐箱堆场生产设施

结合本项目功能需求，罐箱堆场内设置露天罐箱储存区及其周边的防火围堰与消防环形道路、消防水泵房、消防水池、备用发电机房、变配电室、仪控室、回车场、地磅、龙门吊车、综合管理用房及门卫值班室、避雷塔、材料仓库、堆场实体围墙等生产设施。

防火围堰内罐组为 2 排平行单层排放，围堰容积大于罐箱的总容积，围堰内设置排液沟槽、防爆集液隔离排污池。

依据 GB 50016 — 2014 第 8.5 节，罐箱堆场消防水量取 30 L/s ，火灾延续时间取 6 h ，配套 900 m ³ 消防水池、消防泵房、发电机房各 1 座。防火围堰内设置可燃气体探测 报警器 、低温探测器及火焰探测器等设施，围堰外设置宽度为 4.5 m 的环形消防车道。

罐箱堆场的生产供电系统符合 GB 50052 — 2009 《供配电系统设计规范》第 2.0.2 条的双重电源要求。在综合管理用房内设置仪控室，设置 24 h 场区实时影像监视系统。

设置 1 座横跨围堰区的龙门吊车，吊车落地轨道一端与回车场相连，回车场与防火围堰之间设置 1 座避雷塔。

4.3 主要防火间距的确定

4.3.1 基本要求

罐箱堆场防火间距在满足 GB 50183 — 2004 第 4.0.8 条中表 4.0.4 与第 5.2.2 条中表 5.2.1 、 GB 50016 — 2014 第 4.4 节中表 4.4.1 、 SH 3093 — 1999 第 2.0.1 条等要求的基础上，还需按 GB50183 — 2004 第 10.3.4 条、第 10.3.5 条的要求，计算出在防火围堰火灾及罐箱 LNG 泄漏扩散事故状态下，火焰热辐射量分别为 4 kW/m ² 、 9 kW/ m ² 、 30 kW/m ² 时的距围堰外沿的隔热距离，以及 LNG 蒸气云扩散隔离界内空气中燃气的平均体积分数为 2.5 ％时的（在 20 ℃、 101 325 Pa 条件下，折算成燃气的质量浓度为 0.017 8 kg/m ³ ）距围堰外沿的距离。要求在热辐射量 4 kW/m ² 界限内，不得有 50 人以上的室外活动场所； 9 kW/ m ² 界限内，不得有活动场所、学校、居民区等在用建筑物； 30 kW/m ² 界限内，不得有即使是能耐火且提供热辐射保护的在用构筑物。同时，上述室外活动场所、建筑物，以及场内重要设施不得设置在 LNG 蒸气云扩散隔离区内空气中燃气的平均体积分数大于 2.5 ％（在 20 ℃、 101 325 Pa 条件下，折算成燃气的质量浓度为 0.017 8 kg/m ³ ）的区域内。

依据 SH 3093 — 1999 第 2.0.1 条，防火围堰外沿距居住区防护距离不应小于 150 m 。

4.3.2 GB 50183 — 2004 主要防火间距

依据 GB 50183 — 2004 第 4.0.8 条中表 4.0.4 ，防火围堰外沿距离 100 人以上的居住区、村镇、公共建筑设施的防火间距不小于 60 m ，距离 100 人以下散居房屋的防火间距不小于 50 m 。

依据 GB 50183 — 2004 第 5.2.2 条中表 5.2.1 ，防火围堰外沿距罐箱堆场消防泵房、变配电室、发电机房等全场性重要设施的防火间距不小于 55 m ，距离有明火或散发火花地点（含锅炉房）的防火间距不小于 60 m 。

4.3.3 GB 50016 — 2014 主要防火间距

依据 GB 50016 — 2014 第 4.4 节中表 4.4.1 ，防火围堰外沿距公共建筑的防火间距不小于 110 m ，距离明火或散发火花地点及室外变、配电站的防火间距不小于 70 m 。

4.3.4 热辐射隔热距离估算

依据 GB 50183 — 2004 第 10.3.4 条的条文说明中的公式（ 10 ），计算距防火围堰外沿的热辐射隔热距离 d 。经布置，防火围堰面积 A 约 2 800 m ² ，尺寸为 40 m × 70 m ，长宽比不大于 2 。火焰热辐射量为 4 kW/m ² 、 9 kW/m ² 、 30 kW/ m ² 时对应的公式（ 10 ）中的热通量校正系数 F 分别为 3.5 、 2 、 0.8 。经计算，火焰热辐射量为 4 kW/m ² 、 9 kW/m ² 、 30 kW/m ² 时对应的距防火围堰外沿的热辐射隔热距离 d 分别为 185.203 m 、 105.83 m 、 42.332 m ，向上圆整后取 186 m 、 106 m 、 43 m 。

4.3.5 LNG 蒸气云扩散隔离距离估算

①计算依据

LNG 蒸气云扩散距离与光照、温度、湿度、风速、风向、地面粗糙度、大气稳定度、泄漏量、泄漏速率、人为因素等综合条件相关，计算过程复杂，也存在一定不确定性，通常利用经验公式与试验相结合的办法确定。本文依据 AQ/T 3046 — 2013 《化工企业定量风险评价导则》附录 E.3.2 中的公式 E.33 （即连续稳态源的烟羽的 Pasquill-Gifford 模型扩散方程）、表 E.7 中的扩散系数方程以及附录 E.1.2 中连续排放的 LNG 泄漏质量流量计算公式 E.2 等，对 LNG 泄漏形成的蒸气云扩散距离进行估算。

② LNG 泄漏场景

假设围堰内某 1 台罐箱的 DN 50 mm 出液管道被撞，储罐形成与管道截面积大致相同的不规则破裂口， LNG 由破裂口泄漏在空气中。

③ LNG 泄漏质量流量计算

罐箱内 LNG 密度ρ取 452.4 kg/m ³ ，泄漏孔面积 A 约 0.002 m ² ，罐箱泄漏孔泄漏系数 C ₀ 按 AQ/T 3046 — 2013 中附录 E.1.1 的经验数据取 0.61 ，罐箱内 LNG 平均绝对压力 p 取 4 × 10 ⁵ Pa ，环境绝对压力 p ₀ 为 101 325 Pa ，重力加速度 g 取 9.81 m/s ² ，泄漏孔上方 LNG 高度差（即罐箱内液面与泄漏口的高度差） h _L 约 2 m 。将已知数据代入 AQ/T 3046 — 2013 的附录 E.1.2 中的公式 E.2 ，经计算，连续排放的 LNG 泄漏物料质量流量 q _m 为 20.351 kg/s ，向上圆整取 21 kg/s 。

④ LNG 蒸气云扩散距离估算

大气温度为 20 ℃， Pasquill 大气稳定等级为 D （农村条件），地面有效粗糙度为 0.1 m 。在 AQ/T 3046 — 2013 的附录 E.3.2 中的公式 E.33 中， LNG 泄漏物连续排放时，形成稳定的流场后，给定地点（ x ， y ， z ， h _r ）的燃气质量浓度为 0.017 8 kg/m ³ ，侧风向距离 y 取 0 m ， LNG 泄漏物料质量流量 q _m 为 21 kg/s ，环境风速 u 取 2 m/s ，垂直风向距离 z （给定地点高程）取 2 m ，泄漏点源强的有效高度 h _r 取 2 m 。经迭代计算，所求的侧风向的扩散系数σ _y 为 16.579 m ，垂直风向的扩散系数σ _z 为 10.961 m ，下风向距离 x （满足燃气质量浓度为 0.0178 kg/m ³ 的扩散边界距离）为 209.401 m ，向上圆整取 210 m 。

4.3.6 防火间距综合选取

综上，按照 GB 50183 — 2004 、 GB 50016 — 2014 、 SH 3093 — 1999 、 AQ/T 3046 — 2013 等规范选取或计算得到的罐箱堆场主要防火间距存在不一致性，其防火间距应结合基本要求及建筑物具体情况、性质进行分类选取。

①罐箱堆场外，符合 GB 50183 — 2004 第 10 . 3 . 4 条、第 10.3.5 条要求的室外活动场所、建筑物，距防火围堰外沿的防火间距依据本文计算的 LNG 蒸气云扩散隔离距离选取，取 210 m ，这样可同时满足以上 4 个规范（ GB 50183 — 2004 、 GB 50016 — 2014 、 SH 3093 — 1999 、 AQ/T 3046 — 2013 ）的防火间距要求。

②罐箱堆场外，除第①条所指的室外活动场所、建筑物以外的其他场所及建筑物，其距防火围堰外沿的防火间距主要依据 GB 50183 — 2004 第 4.0.8 条中表 4.0.4 等相关要求选取，但是，其中的明火或散发火花地点距防火围堰外沿的防火间距应依据 GB 50016 — 2014 第 4.4 节中表 4.4.1 选取，取 70 m 。

③罐箱堆场内，消防水泵房、消防水池、变配电室、备用发电机房等全场性重要设施距防火围堰外沿的防火间距，依据本文计算的 LNG 蒸气云扩散隔离距离选取，取 210m ，这样可同时满足以上 4 个规范（ GB 50183 — 2004 、 GB 50016 — 2014 、 SH 3093 — 1999 、 AQ/T 3046 — 2013 ）的防火间距要求。

④罐箱堆场内，仪控室、综合管理用房、地磅、门卫值班室、材料仓库、避雷塔等非全场性重要设施的建筑物及人员活动场所，距防火围堰外沿的防火间距主要依据 GB 50183 — 2004 第 5.2.2 条中表 5.2.1 等相关要求选取。

4.4 场区布局

本着节约用地原则，本项目罐箱堆场被分隔成两个邻近的独立地块分别实施，包含消防水泵房、消防水池、变配电间及备用发电机房等重要设施的场区占地约 1 500 m ² ，包含罐箱区、办公用房、门卫等的主场区占地约 12 000 m ² ，两场区合计占地约 13 500 m ² 。两场区经相关管道与线缆连通，两场区用地边界防火间距按 210 m 选取。

4.5 供应规模

罐箱堆场设计每天外运 10 台罐箱，计划年工作 330 d ，罐箱平均充装率为 0.85 ，则年 LNG 供应规模约 67 256.046 t 。

5 结语及建议

①罐箱堆场项目国家政策支持，设计规范成熟，项目建成后有利于罐箱长距离运输过程的中继暂存和整船进口罐箱的快速暂存周转等物流环节平稳安全运营。

②依据 GB 50183 — 2004 的方法计算得到的罐箱堆场热辐射隔热距离、依据 AQ/T 3046 — 2013 的方法计算得到的 LNG 蒸气云扩散隔离距离等主要防火间距偏大，项目选址困难，建议进一步优化计算方法。

（本文责任编辑：鲁德宏）

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