閆 猛，韓志剛，李艷艷，劉建海

(1. 艾索蘭德(天津)國際貿易有限公司，天津 300133；2.青島益堃達熱能設備有限公司，山東 青島 266019；3.河北工業(yè)大學 土木與交通學院，天津 300401；4.天津市燃氣熱力規(guī)劃設計研究院有限公司，天津 300101)

1 概述

LNG集裝箱式罐箱(以下簡稱罐箱)周轉堆場(“LNG集裝箱式罐箱周轉堆場”以下簡稱罐箱堆場)根據(jù)建設規(guī)模，除具備罐箱的暫存與周轉基本功能外，還可包含罐箱整車的暫存及交通事故應急避險處理等輔助功能。目前，LNG已被列入《特別管控危險化學品目錄(第一版)》，這對LNG的儲運監(jiān)管提出了更高要求，使罐箱物流產業(yè)政策及罐箱堆場規(guī)劃建設受到業(yè)內關注。

2 產業(yè)支持政策

2017年6月23日，國家發(fā)展改革委、科技部、工業(yè)和信息化部等發(fā)布發(fā)改能源[2017]1217號文件《加快推進天然氣利用意見》，其中“(六)加大科技創(chuàng)新”，要求加大加快提升水運、鐵路、公路LNG運輸效率，推進多式聯(lián)運，探索研發(fā)集裝箱方式運輸LNG的技術和裝備，增強LNG運輸?shù)撵`活性。

2020年4月10日，國家發(fā)展改革委、財政部、自然資源部等發(fā)布發(fā)改價格[2020]567號文件《關于加快推進天然氣儲備能力建設的實施意見》，其中“二、明確重點建設任務”，要求發(fā)揮LNG罐箱宜儲宜運、調運靈活的特點，推進罐箱多式聯(lián)運試點示范，多措并舉提高儲氣能力。

2020年7月2日，交通運輸部發(fā)布交海規(guī)9文件號《整船載運LNG可移動罐柜安全運輸要求(試行)》，其中“七、LNG罐箱港口裝卸作業(yè)安全要求”，要求在沒有罐柜堆存條件的港口，不得在港內堆存，在港口裝卸作業(yè)要采用直裝直取方式進行，罐箱和載有罐箱的車輛不得在港口內滯留。

3 罐箱堆場設計規(guī)范

目前適用于罐箱堆場設計的主要規(guī)范有：GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》(以下簡稱GB 50183—2004)、GB 50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》(以下簡稱GB 50016—2014)、SH 3093—1999《石油化工企業(yè)衛(wèi)生防護距離》(以下簡稱SH 3093—1999)、GB/T 20368—2012《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運》(以下簡稱GB/T 20368—2012)、AQ/T 3046—2013《化工企業(yè)定量風險評價導則》(以下簡稱AQ/T 3046—2013)、JT 397—2007《危險貨物集裝箱港口作業(yè)規(guī)程》(以下簡稱JT 397—2007)等。

GB 50183—2004在第3.1.1條、第3.2.2條、第4.0.8條、第5.2.2條、第8.5節(jié)中，明確有LNG為甲(A)類火災危險性物質、廠站儲存規(guī)模及分級、基本防火間距、消防供水等要求。

GB 50016—2014在第4.4節(jié)中，提出了罐區(qū)與明火或散發(fā)火花地點、場外建筑物等的防火間距；在第4.4.2條中要求，數(shù)個儲罐的總容積大于3 000 m3時，應分組布置；在第4.2.3條中要求，罐組內甲類儲罐的布置不應超過2排。

AQ/T 3046—2013的附錄E.3.2中，提出了一種評價物質連續(xù)穩(wěn)態(tài)源泄漏后擴散距離的模型方程，可用于估算LNG經容器破裂孔泄漏后的氣體擴散距離。

SH 3093—1999中第2.0.1條要求，廠站裝置區(qū)與居住區(qū)的衛(wèi)生防護距離不應小于150 m，當小于150 m時，應根據(jù)環(huán)境影響報告書的結論確定。

JT 397—2007中第5.3.6條要求，罐箱應單層存放。

GB/T 20368—2012中，對LNG設施的設計、選址、施工、操作等提出了要求。

經綜合研究，罐箱堆場主要遵循GB 50183—2004、GB 50016—2014開展設計，同時要參照SH 3093—1999、GB/T 20368—2012、AQ/T 3046—2013、JT 397—2007等相關內容。

4 某罐箱堆場的設計方案

4.1 罐箱堆場分級

華南地區(qū)某罐箱堆場為單一功能吞吐周轉堆場，設計容納32 臺長度為13.716 m的罐箱，單罐箱內層罐的容積約53 m3，罐箱堆場總儲存容積約1 700 m3。依據(jù)GB 50183—2004第3.2.2條，該罐箱堆場等級為四級。罐箱內LNG平均密度約452.4 kg/m3。在20 ℃、101 325 Pa條件下，天然氣的密度約0.71 kg/m3。

4.2 罐箱堆場生產設施

結合本項目功能需求，罐箱堆場內設置露天罐箱儲存區(qū)及其周邊的防火圍堰與消防環(huán)形道路、消防水泵房、消防水池、備用發(fā)電機房、變配電室、儀控室、回車場、地磅、龍門吊車、綜合管理用房及門衛(wèi)值班室、避雷塔、材料倉庫、堆場實體圍墻等生產設施。

防火圍堰內罐組為2排平行單層排放，圍堰容積大于罐箱的總容積，圍堰內設置排液溝槽、防爆集液隔離排污池。

依據(jù)GB 50016—2014第8.5節(jié)，罐箱堆場消防水量取30 L/s，火災延續(xù)時間取6 h，配套900 m3消防水池、消防泵房、發(fā)電機房各1 座。防火圍堰內設置可燃氣體探測報警器、低溫探測器及火焰探測器等設施，圍堰外設置寬度為4.5 m的環(huán)形消防車道。

罐箱堆場的生產供電系統(tǒng)符合GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》第2.0.2 條的雙重電源要求。在綜合管理用房內設置儀控室，設置24 h場區(qū)實時影像監(jiān)視系統(tǒng)。

設置1 座橫跨圍堰區(qū)的龍門吊車，吊車落地軌道一端與回車場相連，回車場與防火圍堰之間設置1 座避雷塔。

4.3 主要防火間距的確定

4.3.1 基本要求

罐箱堆場防火間距在滿足GB 50183—2004第4.0.8條中表4.0.4與第5.2.2條中表5.2.1、GB 50016—2014第4.4節(jié)中表4.4.1、SH 3093—1999第2.0.1條等要求的基礎上，還需按GB 50183—2004第10.3.4條、第10.3.5條的要求，計算出在防火圍堰火災及罐箱LNG泄漏擴散事故狀態(tài)下，火焰熱輻射量分別為4 kW/m2、9 kW/m2、30 kW/m2時的距圍堰外沿的隔熱距離，以及LNG蒸氣云擴散隔離界內空氣中燃氣的平均體積分數(shù)為2.5 %時的(在20 ℃、101 325 Pa條件下，折算成燃氣的質量濃度為0.017 8 kg/m3)距圍堰外沿的距離。要求在熱輻射量4 kW/m2界限內，不得有50 人以上的室外活動場所；9 kW/m2界限內，不得有活動場所、學校、居民區(qū)等在用建筑物；30 kW/m2界限內，不得有即使是能耐火且提供熱輻射保護的在用構筑物。同時，上述室外活動場所、建筑物，以及場內重要設施不得設置在LNG蒸氣云擴散隔離區(qū)內空氣中燃氣的平均體積分數(shù)大于2.5 %(在20 ℃、101 325 Pa條件下，折算成燃氣的質量濃度為0.017 8 kg/m3)的區(qū)域內。

依據(jù)SH 3093—1999第2.0.1條，防火圍堰外沿距居住區(qū)防護距離不應小于150 m。

4.3.2 GB 50183—2004主要防火間距

依據(jù)GB 50183—2004第4.0.8條中表4.0.4，防火圍堰外沿距離100 人以上的居住區(qū)、村鎮(zhèn)、公共建筑設施的防火間距不小于60 m，距離100 人以下散居房屋的防火間距不小于50 m。

依據(jù)GB 50183—2004第5.2.2條中表5.2.1，防火圍堰外沿距罐箱堆場消防泵房、變配電室、發(fā)電機房等全場性重要設施的防火間距不小于55 m，距離有明火或散發(fā)火花地點(含鍋爐房)的防火間距不小于60 m。

4.3.3 GB 50016—2014主要防火間距

依據(jù)GB 50016—2014第4.4節(jié)中表4.4.1，防火圍堰外沿距公共建筑的防火間距不小于110 m，距離明火或散發(fā)火花地點及室外變、配電站的防火間距不小于70 m。

4.3.4 熱輻射隔熱距離估算

依據(jù)GB 50183—2004第10.3.4條的條文說明中的公式(10)，計算距防火圍堰外沿的熱輻射隔熱距離d。經布置，防火圍堰面積A約2 800 m2，尺寸為40 m×70 m，長寬比不大于2?；鹧鏌彷椛淞繛? kW/m2、9 kW/m2、30 kW/m2時對應的公式(10)中的熱通量校正系數(shù)F分別為3.5、2、0.8。經計算，火焰熱輻射量為4 kW/m2、9 kW/m2、30 kW/m2時對應的距防火圍堰外沿的熱輻射隔熱距離d分別為185.203 m、105.83 m、42.332 m，向上圓整后取186 m、106 m、43 m。

4.3.5 LNG蒸氣云擴散隔離距離估算

① 計算依據(jù)

LNG蒸氣云擴散距離與光照、溫度、濕度、風速、風向、地面粗糙度、大氣穩(wěn)定度、泄漏量、泄漏速率、人為因素等綜合條件相關，計算過程復雜，也存在一定不確定性，通常利用經驗公式與試驗相結合的辦法確定。本文依據(jù)AQ/T 3046—2013《化工企業(yè)定量風險評價導則》附錄E.3.2 中的公式E.33(即連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽的Pasquill-Gifford模型擴散方程)、表E.7中的擴散系數(shù)方程以及附錄E.1.2中連續(xù)排放的LNG泄漏質量流量計算公式E.2等，對LNG泄漏形成的蒸氣云擴散距離進行估算。

② LNG泄漏場景

假設圍堰內某1 臺罐箱的DN 50 mm出液管道被撞，儲罐形成與管道截面積大致相同的不規(guī)則破裂口，LNG由破裂口泄漏在空氣中。

③ LNG泄漏質量流量計算

罐箱內LNG密度ρ取452.4 kg/m3，泄漏孔面積A約0.002 m2，罐箱泄漏孔泄漏系數(shù)C0按AQ/T 3046—2013中附錄E.1.1的經驗數(shù)據(jù)取0.61，罐箱內LNG平均絕對壓力p取4×105Pa，環(huán)境絕對壓力p0為101 325 Pa，重力加速度g取9.81 m/s2，泄漏孔上方LNG高度差(即罐箱內液面與泄漏口的高度差)hL約2 m。將已知數(shù)據(jù)代入AQ/T 3046—2013的附錄E.1.2中的公式E.2，經計算，連續(xù)排放的LNG泄漏物料質量流量qm為20.351 kg/s，向上圓整取21 kg/s。

④ LNG蒸氣云擴散距離估算

大氣溫度為20 ℃，Pasquill大氣穩(wěn)定等級為D(農村條件)，地面有效粗糙度為0.1 m。在AQ/T 3046—2013的附錄E.3.2中的公式E.33中，LNG泄漏物連續(xù)排放時，形成穩(wěn)定的流場后，給定地點(x，y，z，hr)的燃氣質量濃度為0.017 8 kg/m3，側風向距離y取0 m，LNG泄漏物料質量流量qm為21 kg/s，環(huán)境風速u取2 m/s，垂直風向距離z(給定地點高程)取2 m，泄漏點源強的有效高度hr取2 m。經迭代計算，所求的側風向的擴散系數(shù)σy為16.579 m，垂直風向的擴散系數(shù)σz為10.961 m，下風向距離x(滿足燃氣質量濃度為0.017 8 kg/m3的擴散邊界距離)為209.401 m，向上圓整取210 m。

4.3.6 防火間距綜合選取

綜上，按照GB 50183—2004、GB 50016—2014、SH 3093—1999、AQ/T 3046—2013等規(guī)范選取或計算得到的罐箱堆場主要防火間距存在不一致性，其防火間距應結合基本要求及建筑物具體情況、性質進行分類選取。

① 罐箱堆場外，符合GB 50183—2004第10.3.4條、第10.3.5條要求的室外活動場所、建筑物，距防火圍堰外沿的防火間距依據(jù)本文計算的LNG蒸氣云擴散隔離距離選取，取210 m，這樣可同時滿足以上4個規(guī)范(GB 50183—2004、GB 50016—2014、SH 3093—1999、AQ/T 3046—2013)的防火間距要求。

② 罐箱堆場外，除第①條所指的室外活動場所、建筑物以外的其他場所及建筑物，其距防火圍堰外沿的防火間距主要依據(jù)GB 50183—2004第4.0.8條中表4.0.4等相關要求選取，但是，其中的明火或散發(fā)火花地點距防火圍堰外沿的防火間距應依據(jù)GB 50016—2014第4.4節(jié)中表4.4.1選取，取70 m。

③ 罐箱堆場內，消防水泵房、消防水池、變配電室、備用發(fā)電機房等全場性重要設施距防火圍堰外沿的防火間距，依據(jù)本文計算的LNG蒸氣云擴散隔離距離選取，取210 m，這樣可同時滿足以上4個規(guī)范(GB 50183—2004、GB 50016—2014、SH 3093—1999、AQ/T 3046—2013)的防火間距要求。

④ 罐箱堆場內，儀控室、綜合管理用房、地磅、門衛(wèi)值班室、材料倉庫、避雷塔等非全場性重要設施的建筑物及人員活動場所，距防火圍堰外沿的防火間距主要依據(jù)GB 50183—2004第5.2.2條中表5.2.1等相關要求選取。

4.4 場區(qū)布局

本著節(jié)約用地原則，本項目罐箱堆場被分隔成兩個鄰近的獨立地塊分別實施，包含消防水泵房、消防水池、變配電間及備用發(fā)電機房等重要設施的場區(qū)占地約1 500 m2，包含罐箱區(qū)、辦公用房、門衛(wèi)等的主場區(qū)占地約12 000 m2，兩場區(qū)合計占地約13 500 m2。兩場區(qū)經相關管道與線纜連通，兩場區(qū)用地邊界防火間距按210 m選取。

4.5 供應規(guī)模

罐箱堆場設計每天外運10 臺罐箱，計劃年工作330 d，罐箱平均充裝率為0.85，則年LNG供應規(guī)模約67 256.046 t。

5 結語及建議

① 罐箱堆場項目國家政策支持，設計規(guī)范成熟，項目建成后有利于罐箱長距離運輸過程的中繼暫存和整船進口罐箱的快速暫存周轉等物流環(huán)節(jié)平穩(wěn)安全運營。

② 依據(jù)GB 50183—2004的方法計算得到的罐箱堆場熱輻射隔熱距離、依據(jù)AQ/T 3046—2013的方法計算得到的LNG蒸氣云擴散隔離距離等主要防火間距偏大，項目選址困難，建議進一步優(yōu)化計算方法。