許春林張洪奇戴鋒（.中國石油西氣東輸管道公司蘇北管理處， 江蘇 揚(yáng)州 500； .中國石油管道公司大連輸油氣分公司， 遼寧 大連 6300）

天然氣場站火災(zāi)危險性及消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

許春林1張洪奇2戴鋒1（1.中國石油西氣東輸管道公司蘇北管理處， 江蘇 揚(yáng)州 225200； 2.中國石油管道公司大連輸油氣分公司， 遼寧 大連 116300）

天然氣輸氣站場易燃易爆、高壓且輸量大，存在很大的風(fēng)險，本文基于對天然氣危險性和場站火災(zāi)特點(diǎn)的分析，對在消防設(shè)計(jì)中場站選址、平面布置、消防給水、滅火器配置等方面的主要注意事項(xiàng)進(jìn)行了分析。

天然氣；火災(zāi)；危險性；消防

0 引言

天然氣作為清潔能源，使用范圍也越來越廣，但天然氣的易燃易爆性決定了，天然氣管道在運(yùn)行過程中主要的危險因素為爆炸、火災(zāi)，因此對天然氣場站的消防安全研究顯得尤為重要。

1 介質(zhì)的危險性

（1）易燃易爆性。天然氣的主要成分是甲烷，屬一級可燃?xì)怏w，火災(zāi)危險性分類為甲類，天然氣的閃點(diǎn)為-190℃，自燃點(diǎn)為482-632℃，其爆炸極限為5%-15%，最小點(diǎn)火能量僅為0.28mJ，燃燒速度快，平均低位發(fā)熱量為7700-9310千卡/立方米，與氟、氯等能發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。

（2）擴(kuò)散性。常溫下，天然氣對空氣的比重為0.55，擴(kuò)散系數(shù)為0.196，擴(kuò)散能力強(qiáng)，在空氣中可以無限制地?cái)U(kuò)散與空氣形成爆炸性混合物，溫度低于166K時，低溫天然氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散，遇明火引起回燃。

（3）帶電性。天然氣從管口或破損處高速噴出時，由于氣體本身分子間的相互摩擦，以及氣體中雜質(zhì)在高速噴出時與噴嘴摩擦等都會產(chǎn)生靜電。影響靜電荷產(chǎn)生的主要因素是雜質(zhì)和流速。氣體中所含的液體或固體雜質(zhì)越多，氣體的流速越快，產(chǎn)生的靜電荷也越多。高壓天然氣噴出時，產(chǎn)生的靜電電壓可達(dá)萬伏，放電火花足以引起火或爆炸事故。

（4）腐蝕性。含氫、硫元素的天然氣具有腐蝕性，能腐蝕設(shè)備，削弱設(shè)備的耐壓強(qiáng)度，尤其是氫在高壓下能滲透到碳素中去，導(dǎo)致使金屬發(fā)生“氫脆”現(xiàn)象。

2 天然氣場站的火災(zāi)特點(diǎn)

（1）形成噴流式燃燒?？扇?xì)怏w處于壓力下發(fā)生的燃燒稱為噴流式燃燒，這種燃燒火焰高，強(qiáng)度大，不易撲救。

（2）伴隨著氣體泄漏。天然氣與空氣形成爆炸性混合物，遇火源發(fā)生燃燒或爆炸。特別是未經(jīng)處理的含有大量硫化氫的原料氣泄漏時，直接威脅到人的生命。經(jīng)評估測算，管徑1026mm，壓力10MPa的天然氣管道在風(fēng)速2.4m/s時泄漏，泄漏尺寸為20%D時，甲烷引起的窒息性中毒的空間區(qū)域?yàn)?65m×22m×16m，爆炸空間區(qū)域?yàn)?26 m×51m×32m。

（3）破壞力大。天然氣與空氣混合，一旦爆炸，形成的初始沖擊波波陣面壓力可達(dá)100～200MPa，能對爆源周圍的建筑物和構(gòu)筑物產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械破壞作用。

（4）熱輻射大。天然氣是利用空氣作助燃劑，理論燃燒溫度可達(dá)到2300℃。根據(jù)斯蒂芬一玻爾茲曼熱輻射定律，物體單位時問內(nèi)輻射的熱量與其表面的絕對溫度的4次方成正比。

（5）易引發(fā)管網(wǎng)爆轟。當(dāng)管道內(nèi)因負(fù)壓吸氣等某種原因，致使空氣混入管道內(nèi)，形成爆炸性混合物，遇引火源即發(fā)生全管段的超壓物理性爆炸。在管道中傳播的爆炸，一定條件下會發(fā)生由爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變，爆轟波波速可達(dá)2000m/s。

3 分輸站消防設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）選址。分輸站應(yīng)布置在城鎮(zhèn)和居民區(qū)的全年最小風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，在山區(qū)和丘陵地區(qū)， 應(yīng)避開在窩風(fēng)地段。分輸站與外界的防火間距應(yīng)滿足《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50183-2015 ）要求?？紤]到長輸管道站點(diǎn)多、線長、面廣、布局分散、人口密度小的特點(diǎn)，規(guī)范將30min內(nèi)到達(dá)的消防力量均計(jì)算在內(nèi)，因此可將出警時間在30min內(nèi)的社會消防力量作為場站的依托，并作場站選址的考慮因素。

（2）總平面布局和平面布置。分輸站的平面布置防火間距應(yīng)符合《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50183-2015）的要求。

①在有氣體散發(fā)的場所，應(yīng)布置在有明火或散發(fā)火花地點(diǎn)的全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)。

②分輸站宜設(shè)置兩個通向外部公路的出入口，且可作為消防車道，其凈高及道路寬度應(yīng)大于4.5m；道路與圍墻的間距不應(yīng)小15m；分輸站的圍墻應(yīng)采用非燃燒材料，高度應(yīng)大于2.2m。分輸站內(nèi)裝置與圍墻間距應(yīng)大于10m；分輸站內(nèi)計(jì)量儀表間或控制室、值班室、配電間、鍋爐房、發(fā)電機(jī)房距圍墻間距不應(yīng)小于5m。

③放空管（火炬）宜設(shè)置在分輸站最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)和站外的地勢較高處，并高出周圍最高建筑2米以上，且總高度不應(yīng)小于10米。放空管（火炬）與分輸站的間距由計(jì)算確定，當(dāng)放空管的放空量等于或小于1.2×104m3/h時不應(yīng)小于10米；當(dāng)放空量為1.2×104m3/h時，不應(yīng)小于40米。

（3）消防給水。①《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50183-2015）規(guī)定“集輸氣工程中的集氣站、配氣站、輸氣站、清管站、計(jì)量站及五級壓氣站、注氣站，采出水處理站可不設(shè)消防給水設(shè)施?！边@是由于長輸管道工程廠站多、規(guī)模小、人員少，且這類廠站距離城市遠(yuǎn)，沒有市政給水設(shè)施，單獨(dú)建設(shè)消防水池、加壓設(shè)備及配套管網(wǎng)，造價高?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）規(guī)定“耐火等級不低于二級，且建筑物體積小于等于3000m3的戊類廠房或居住區(qū)人數(shù)不超過500人且建筑物層數(shù)不超過兩層的居住區(qū)，可不設(shè)置消防給水”，大多數(shù)輸氣、配氣站能滿足《建規(guī)》的條件，也與國外敞開式壓縮機(jī)組不設(shè)水消防的理念相一致。

②站內(nèi)按規(guī)定設(shè)置消防給水系統(tǒng)的，其水量應(yīng)按《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.6.1條確定，火災(zāi)延續(xù)供水時間按3h計(jì)算。室外設(shè)有消防給水系統(tǒng)且建筑物體積不超5000m3的建筑物，可不設(shè)室內(nèi)消防給水。建筑物室內(nèi)外消防用水量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16的規(guī)定。

（4）滅火器配置。滅火器主要用于撲救初起火災(zāi)，防止火災(zāi)蔓延，是工作人員滅火自救的主要消防器材。

①工藝裝置區(qū)的火災(zāi)屬于C類（氣體）火災(zāi)，《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50140-2005）中C類火災(zāi)依據(jù)B類火災(zāi)的標(biāo)準(zhǔn)配置滅火器，因此可按照B類火災(zāi)的公式進(jìn)行計(jì)算。

②按嚴(yán)重危險級的最大保護(hù)距離9m進(jìn)行設(shè)置，保證整個計(jì)算單元在滅火器保護(hù)范圍內(nèi)，且滅火器不得少于2具。

③對于滅火器的類型，《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50160-2015）規(guī)定撲救可燃?xì)怏w火災(zāi)宜選用鈉鹽干粉滅火器，手提式干粉滅火器規(guī)格為6kg或8kg，推車式干粉滅火器規(guī)格為20kg或50kg。碳酸氫鈉干粉滅火器可撲滅B、C類火災(zāi)，但不適合A類火災(zāi)場所，而磷酸銨鹽干粉滅火器可撲滅A、B、C類火災(zāi)，適用性更廣，且可以與辦公區(qū)的滅火劑統(tǒng)一。對于嚴(yán)重危險級場所，單具滅火器的最小配置級別為89B，填充量為5kg以上的均可以滿足要求，推薦選用8kg填充量，在重量和體積上較適合。推車式滅火器，設(shè)計(jì)時選用50kg填充量較合適。

④石油天然氣生產(chǎn)裝置采用計(jì)算機(jī)控制的集中控制室和儀表控制間，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和手提式、推車式二氧化碳?xì)怏w滅火器。二氧化碳的滅火性能好，滅火后對保護(hù)對象不產(chǎn)生二次損害。在有人值守的控制室內(nèi)不要求設(shè)置固定式氣體自動滅火系統(tǒng)，是為了保證火災(zāi)發(fā)生時人員對設(shè)備的操作，避免造成更大的事故。

4 結(jié)語

天然氣管道行業(yè)發(fā)展迅速，天然氣輸送及場站安全管理上的要求越來越高，應(yīng)充分識別管道運(yùn)輸及生產(chǎn)過程中的風(fēng)險，從設(shè)計(jì)入手，抓好本質(zhì)安全。

［1］王日燕，羅金恒，李平全.天然氣輸送管道火災(zāi)事故危險分析［J］.天然氣與石油，2005，23（3）：34-36.