梁軍波

(中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032)

液化天然氣(liquefied natural gas,LNG)主要成分是甲烷，無色、無味、無毒且無腐蝕性，可以像石油一樣安全方便地儲存及運輸，是一種優(yōu)質(zhì)、高效、潔凈的能源。伴隨著液化天然氣技術的發(fā)展，天然氣的地位日益上升，市場前景十分廣闊；作為“對環(huán)境友好的”能源，很多國家都將LNG列為首選能源，其在能源供應中的比例迅速提高，目前以每年約12%的速度增長，成為全球增長最迅猛的能源行業(yè)之一。為保證能源供應多元化并改善能源消費結構，一些能源消費大國逐步重視LNG的進口，都在大規(guī)模建造LNG接收站，LNG成為石油之后另一個全球爭奪的熱門能源商品。

全球LNG進口貿(mào)易快速發(fā)展，但陸上LNG接收終端造價昂貴、建造周期長且審批復雜，這些因素都制約了LNG接收設施的建設，導致大多數(shù)地區(qū)LNG接收設施的嚴重缺乏。浮式儲存及再氣化裝置(floating storage regasification unit,FSRU)作為一種新型LNG浮式接收終端，和傳統(tǒng)的LNG運輸加再氣化工廠的模式相比，憑借其造價低、建造時間短、作業(yè)靈活和效益較高等優(yōu)勢一舉成為全球LNG領域的關注焦點。為滿足天然氣需求，越來越多的小型新興市場不再花大價錢打造大規(guī)模的陸上再氣化設施，轉而選擇建設浮式再氣化裝置來接收和加工進口的LNG，并且可以根據(jù)供氣需要隨時將FSRU從一處轉移到另一處。

FSRU外形類似于LNG運輸船，相對傳統(tǒng)LNG再氣化設施更為靈活，既可以專門制造，也可以由普通的LNG運輸船改造而來，目前國際上23個FSRU項目主要分布在盛產(chǎn)天然氣且港口基礎設施較差的南美、非洲和東南亞，2014年中海油天津LNG項目將FSRU首次引入國內(nèi)，將1艘14.5萬m3的LNG船改裝而成，運行效益較好。

FSRU作為一種新型的LNG接收終端，國內(nèi)外均未有專業(yè)的靠泊碼頭消防設計規(guī)范可供參考。目前已建的項目分布較廣泛，執(zhí)行標準各不相同，消防設施配備也存在較大差異，本文旨在研究相關標準，提供一種NFPA標準下的消防設計思路和解決方案。

1 工程概況

巴基斯坦卡西姆港LNG接收站，是該國的第2個LNG接收站項目，采用FSRU形式，長約293 m、寬43.4 m，儲氣量為17萬m3,接收的船舶等級為21.7萬和27萬m3LNG船。本工程建造離岸式碼頭1座，用于調(diào)壓、計量和轉輸FSRU的天然氣，同時為FSRU和LNG提供系纜需求，碼頭消防設施布置見圖1。

圖1 碼頭消防設施布置(單位：mm)

2 消防設計

項目依據(jù)NFPA相關標準進行設計，主要對碼頭區(qū)域火災進行防護和保護，并防止碼頭火災對FSRU的影響。根據(jù)NFPA相關要求配備了碼頭天然氣設備冷卻消防炮、FSRU冷卻消防炮、消火栓、國際通岸法蘭和滅火器，由于其離岸式布置特點，自建海水消防泵房供給碼頭消防用水。

2.1 消防用水量

碼頭消防用水量包含碼頭天然氣調(diào)壓計量設備的冷卻滅火用水量、碼頭發(fā)生火災時對FSRU與碼頭接觸面的冷卻用水量、碼頭消火栓用水量、國際通岸法蘭向FSRU供給的消防水量和逃生通道的水噴霧用水量。碼頭裝卸天然氣均為氣化天然氣，因此不考慮設置積液池，也不考慮設置泡沫系統(tǒng)。

2.1.1碼頭消防冷卻水量

根據(jù)NFPA59A[1]要求，應對天然氣管道和設備進行防火冷卻，并設置固定的消防噴水設施，鑒于天然氣特性應采用霧化的水進行冷卻滅火，本項目采用噴霧功能的消防炮對碼頭火災進行滅火冷卻覆蓋。對于可燃氣體設備和管道的保護強度,NFPA15[2]要求為20.4 L/(min·m2)，NORSOK[3]的要求為10 L/(min·m2)，GB 50219—2014《水噴霧滅火系統(tǒng)技術規(guī)范》[4]要求為9 L/(min·m2)，鑒于NORSOK更合適的針對性和工程造價因素，本項目保護強度取10 L/(min·m2)。天然氣設備的占地面積約為300 m2,天然氣設備消防冷卻水量50 L/s，碼頭設置炮塔2座，每座炮塔設置40 L/s消防水炮1門，滿足碼頭冷卻水量要求，并滿足NFPA24[5]關于消防炮最小流量15.77 L/s的最低要求，鑒于天然氣設備高度不高于5 m，本工程炮塔高度設為6 m，炮塔布置見圖1。

2.1.2FSRU消防冷卻水量

FSRU冷卻水強度同樣采用10 L/(min·m2)，將高潮位空載工況下FSRU碼頭面以上的面積(FSRU與碼頭接觸的范圍)作為FSRU的冷卻面積進行計算，冷卻面積約為370 m2,冷卻水量62 L/s，本工程在兩側靠船墩上各設置炮塔1座，每座炮塔設置40 L/s消防水炮1門，滿足FSRU冷卻水量要求，同時滿足招標文件每門消防炮對FSRU冷卻水量不小于1 000 L/min的要求。炮塔高度同樣采用6 m。

2.1.3消火栓用水量

根據(jù)NFPA59A要求，天然氣設施消火栓設計流量1 000 GPM(63.08 L/s)，但考慮到本項目為離岸碼頭，車輛無法上下碼頭，且碼頭上天然氣設備簡單，故根據(jù)NFPA14[6]，消火栓流量采用250 GPM(15.77 L/s)，消火栓采用65 mm的NHS栓口2只，工作壓力0.45 MPa，栓前給水管設減壓閥組1套。消火栓組旁設置消火栓箱1只，內(nèi)置25 m長DN65的水帶2根，φ19 mm的帶噴霧功能的水槍2把。

2.1.4逃生水噴霧系統(tǒng)

NFPA15規(guī)范對于逃生水噴霧系統(tǒng)未提供設計強度，但給出用于各種火災防護時的供給強度，分別為4.1、6.1、10.2、12.2 L/(min·m2)，鑒于保護生命為第一重任，強度取值應取上限范圍，同時參考GB 51156—2015《液化天然氣接收站工程設計規(guī)范》[7]，認為采用10.2 L/(min·m2)較為合適。本工程為離岸碼頭，工作人員通過救生艇離開碼頭，且平臺面積僅為30 m×30 m，故未設計逃生通道。

2.1.5通岸法蘭

招標文件要求通岸法蘭設計流量要求不小于16.7 L/s，根據(jù)SOLAS IMO(國際海上人命安全公約和國際海事組織)要求，本工程采用65 mm通岸法蘭，工作壓力1.0 MPa，流量約為20 L/s。

2.1.6火災延續(xù)時間

NFPA59A規(guī)定了天然氣火災延續(xù)時間不少于2 h，NFPA15規(guī)定水噴霧系統(tǒng)火災延續(xù)時間不少于1 h，NFPA307[8]規(guī)定碼頭火災延續(xù)時間不少于4 h，綜合考慮本工程消防設施，供水時間統(tǒng)一取4 h。本工程各項消防設計流量見表1。

2.2 消防泵設計

由于本工程為離岸式碼頭，碼頭供電由FSRU供給，用電容量受限，因此消防泵采用柴油驅(qū)動長軸消防泵(兩臺，一用一備)，水泵參數(shù)為流量200 L/s、揚程140 m；穩(wěn)壓泵由于長時間運行，采用了電動長軸泵，水泵參數(shù)為流量20 m3/s、揚程60 m。泵房設計執(zhí)行NFPA20[9]，消防泵滿足FM、UL認證，消防泵和穩(wěn)壓泵均采用雙相不銹鋼材質(zhì)，并安裝電解式防海洋生物裝置防止海生物附著。消防供水系統(tǒng)平時穩(wěn)壓在0.35～0.45 MPa，當壓力達到0.45 MPa，穩(wěn)壓泵停止工作，壓力降低到0.35 MPa以下，穩(wěn)壓泵啟動，如果壓力繼續(xù)降低到0.25 MPa時，啟動消防泵供水。泵房消防管路設計了泄壓閥和排水視窗以及水表等配件，同時供水主管安裝了30目的Y型過濾器防止對海水雜質(zhì)對噴霧炮和噴霧水槍的堵塞。

本工程消防泵采用柴油泵，油箱儲油量超過1 m3,根據(jù)GB 5016—2014《建筑設計防火規(guī)范》[10]，油箱應設置獨立的房間，但NFPA20規(guī)范對此并未做要求，因此設計初期將油箱和柴油泵位于同一房間內(nèi)。由于項目進行了HAZOP分析，要求兩個柴油泵應置于獨立的兩個房間，兩個房間之間采用防火墻和防火門進行了隔離(圖2)，盡管設計中采用了此方案，但筆者對此方案存有較多異議。兩臺泵獨立于兩個房間，須各自配備設備進出門、吊裝設備和兩個逃生門，一方面增加造價，另一方面給泵房平面布置也提出了更高要求，因此筆者仍建議后續(xù)采用置于同一房間的方案。

圖2 消防泵房平面布置(單位：mm)

2.3 管材和消防設施防腐

本工程消防水源為海水，具有較強的腐蝕性，因此消防水管采用內(nèi)涂塑外鍍鋅鋼管、卡箍連接、與閥門及配件的連接采用SS316L法蘭片連接。海水型閥門等給水附件常用的形式有鍛鋼或者鑄鐵內(nèi)涂塑形式或者內(nèi)噴環(huán)氧樹脂SEPF、鍛鋼或者鑄鐵內(nèi)襯鎳鋁青銅形式、SS316L材質(zhì)和DDS材質(zhì)，本工程結合經(jīng)濟性和耐腐蝕性綜合比較，選用了SS316L材質(zhì)的閥門及其他給水設施附件，消火栓采用了鑄鐵材質(zhì)內(nèi)襯鎳鋁青銅式消火栓。

2.4 滅火器選擇

根據(jù)NFPA59A,天然氣設施配備推車式或者手提式干粉滅火器即可，不用像JTS 165-5—2016《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》[11]要求那樣配備干粉滅火系統(tǒng)(配備干粉炮和干粉槍)，因此本工程僅在碼頭平臺配置了推車式滅火器和手提式滅火器。根據(jù)NFPA10[12]碼頭工作平臺火災危險類型為Class B，火災危險性為Extra(high)級，手提式滅火器采用了手提式磷酸銨鹽干粉滅火器4-A(MFT/ABC8,8 kg)，滿足NFPA10不小于4.54 kg的要求，在碼頭平臺的保護距離也滿足其不大于15.25 m的要求，同時碼頭平臺配置兩輛磷酸銨鹽推車式干粉滅火器8-A(MFT/ABC50,50 kg)。

3 結語

1)本文消防設計立足于NFPA標準，對其規(guī)定不詳之處參考了NORSOK標準和國內(nèi)消防規(guī)范，其設計基本原則為：主要對碼頭區(qū)域火災進行防護保護，并防止碼頭火災對FSRU的影響。

2)確定了碼頭消防冷卻水、FSRU冷卻水和逃生水噴霧的供給強度均為10.2 L/(min·m2)，提供了冷卻水量計算方法。同時給出了碼頭消火栓和國際通岸法蘭的設計流量和工作壓力，并對比規(guī)范選取4 h作為碼頭火災延續(xù)時間。

3)介紹了本工程消防泵配備情況、控制方式和平面布置的優(yōu)缺點，并提出了NFPA標準下將柴油消防泵、備用泵和油箱置于同一房間的建議。

4)對待海水腐蝕問題，選用了雙相不銹鋼材質(zhì)的水泵、內(nèi)涂塑外鍍鋅給水管、SS316L材質(zhì)的閥門和給水設施附件、鑄鐵材質(zhì)內(nèi)襯鎳鋁青銅式消火栓，工程施工運行中反映效果較好，可供其他工程借鑒。