LNG厂站工程中围堰区的优化设置Word下载.docx
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1 概述
1.1 围堰区的概念
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。
1.2 围堰区的参数
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。
1.3 围堰区对工程的影响
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。
1.4 问题的提出
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。
2 围堰区设计的基本依据
2.1 依据的规范
①GB50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》（以下简称《油规》）。
②GB50351—2005《储罐区防火堤设计规范》（以下简称《堤规》）。
2.2 《油规》和《堤规》对围堰区的要求
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
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，围堰区采取防低温或火灾影响的措施。
要求：
合理设置围堰区。
3.1 满足《油规》和《堤规》对围堰区的要求
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。
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。
3.3 不同平面形状的围堰区及其特性
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。
3.4 常规矩形围堰区的分类
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d1ON，ON＝OB+BC，则OB+BN>
OB+BC，得BN>
BC，即拱高h1≮BC，则AB+2m+h1≮22.5m。
满足定值
（1）的要求。
由以上各点得出围堰的竖向起拱参数：
拱的弧半径为31.65m，弦长为30.8m，拱的起终点在与储罐中心轴夹角±
29°
、半弦长为15.4m处，在储罐中心轴对应处为其最大拱高处，最大起拱高度为4m。
围堰四角均余下12.25m的范围可为架空管道通过和过梯设置留有足够的空间。
此竖向起拱满足规范要求，并具有可实施性。
所形成的围堰区面积为4910m²
，与常规矩形小围堰区面积6130m²
相比，大大减少了围堰区面积。
3.8.2围堰区下沉
围堰区内标高低于区外标高，即形成下沉式围堰区，以此来增加围堰内高度九，从而减小L值，减小了围堰区面积。
3.8.3矩形围堰切角
在满足距离和高度要求，为管道通过和过梯设置留有足够的空间的情况下，将矩形围堰切为多边形围堰或圆角围堰，也可减小围堰区面积。
3.9 优化设置围堰的工程实例
①山两晋城煤层气液化工程
一期储存规模为4500m³
储罐1台，20xx年1月投产。
本工程东北方向为村庄，西侧为城市道路，且站址标高高于城市道路约l0m。
围堰设计采取了三项组合方法。
围堰最大起拱高度为6m；
围堰区下沉1m；
围堰平面转角为圆弧形，弧半径为14m。
此围堰区设计最大限度地缩小了围堰扩距，使围堰区的面积从常规理论值约4700m²
，减为约3110m²
（一期面积）。
减小了总平面占地面积，使工程的各项审批过程较顺利。
本工程获得了多个设计奖项。
围堰竖向起拱、围堰区下沉和圆角的效果图见2。
②山东科瑞钢板有限公司LNG供气工程
本工程北侧邻城市道路，路北为企业（非同一生产性质）；
南侧与钢板厂贴邻，用地非常紧张。
围堰设计采取了两项组合方法。
围堰最大起拱高度达6m，并且采取了围堰平面局部切角的方法。
围堰不规则的平面和竖向起拱有效地控制了与路北相邻企业的间距，从而使得本工程具有建成的可能性。
③芜湖市LNG应急调峰气源工程
此工程为原门站内改扩建工程，周围各侧均存在既有建构筑物。
围堰四边均局部起拱，最大起拱高度达6m，并且围堰区内标高低于外标高，使得本工程在用地面积紧张的情况下得以成立。
4 结语
合理设置围堰区，对LNG工程的选址、节约用地和顺利通过职能部门对LNG工程的安全评价和环境影响评价，使工程顺利建成，都是至关重要的。
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