国外某浮式储存及再气化装置(FSRU)码头消防设计

时间：2024-08-31

梁军波

(中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032)

液化天然气(liquefied natural gas,LNG)主要成分是甲烷，无色、无味、无毒且无腐蚀性，可以像石油一样安全方便地储存及运输，是一种优质、高效、洁净的能源。伴随着液化天然气技术的发展，天然气的地位日益上升，市场前景十分广阔；作为“对环境友好的”能源，很多国家都将LNG列为首选能源，其在能源供应中的比例迅速提高，目前以每年约12%的速度增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。为保证能源供应多元化并改善能源消费结构，一些能源消费大国逐步重视LNG的进口，都在大规模建造LNG接收站，LNG成为石油之后另一个全球争夺的热门能源商品。

全球LNG进口贸易快速发展，但陆上LNG接收终端造价昂贵、建造周期长且审批复杂，这些因素都制约了LNG接收设施的建设，导致大多数地区LNG接收设施的严重缺乏。浮式储存及再气化装置(floating storage regasification unit,FSRU)作为一种新型LNG浮式接收终端，和传统的LNG运输加再气化工厂的模式相比，凭借其造价低、建造时间短、作业灵活和效益较高等优势一举成为全球LNG领域的关注焦点。为满足天然气需求，越来越多的小型新兴市场不再花大价钱打造大规模的陆上再气化设施，转而选择建设浮式再气化装置来接收和加工进口的LNG，并且可以根据供气需要随时将FSRU从一处转移到另一处。

FSRU外形类似于LNG运输船，相对传统LNG再气化设施更为灵活，既可以专门制造，也可以由普通的LNG运输船改造而来，目前国际上23个FSRU项目主要分布在盛产天然气且港口基础设施较差的南美、非洲和东南亚，2014年中海油天津LNG项目将FSRU首次引入国内，将1艘14.5万m3的LNG船改装而成，运行效益较好。

FSRU作为一种新型的LNG接收终端，国内外均未有专业的靠泊码头消防设计规范可供参考。目前已建的项目分布较广泛，执行标准各不相同，消防设施配备也存在较大差异，本文旨在研究相关标准，提供一种NFPA标准下的消防设计思路和解决方案。

1 工程概况

巴基斯坦卡西姆港LNG接收站，是该国的第2个LNG接收站项目，采用FSRU形式，长约293 m、宽43.4 m，储气量为17万m3,接收的船舶等级为21.7万和27万m3LNG船。本工程建造离岸式码头1座，用于调压、计量和转输FSRU的天然气，同时为FSRU和LNG提供系缆需求，码头消防设施布置见图1。

图1 码头消防设施布置(单位：mm)

2 消防设计

项目依据NFPA相关标准进行设计，主要对码头区域火灾进行防护和保护，并防止码头火灾对FSRU的影响。根据NFPA相关要求配备了码头天然气设备冷却消防炮、FSRU冷却消防炮、消火栓、国际通岸法兰和灭火器，由于其离岸式布置特点，自建海水消防泵房供给码头消防用水。

2.1 消防用水量

码头消防用水量包含码头天然气调压计量设备的冷却灭火用水量、码头发生火灾时对FSRU与码头接触面的冷却用水量、码头消火栓用水量、国际通岸法兰向FSRU供给的消防水量和逃生通道的水喷雾用水量。码头装卸天然气均为气化天然气，因此不考虑设置积液池，也不考虑设置泡沫系统。

2.1.1码头消防冷却水量

根据NFPA59A[1]要求，应对天然气管道和设备进行防火冷却，并设置固定的消防喷水设施，鉴于天然气特性应采用雾化的水进行冷却灭火，本项目采用喷雾功能的消防炮对码头火灾进行灭火冷却覆盖。对于可燃气体设备和管道的保护强度,NFPA15[2]要求为20.4 L/(min·m2)，NORSOK[3]的要求为10 L/(min·m2)，GB 50219—2014《水喷雾灭火系统技术规范》[4]要求为9 L/(min·m2)，鉴于NORSOK更合适的针对性和工程造价因素，本项目保护强度取10 L/(min·m2)。天然气设备的占地面积约为300 m2,天然气设备消防冷却水量50 L/s，码头设置炮塔2座，每座炮塔设置40 L/s消防水炮1门，满足码头冷却水量要求，并满足NFPA24[5]关于消防炮最小流量15.77 L/s的最低要求，鉴于天然气设备高度不高于5 m，本工程炮塔高度设为6 m，炮塔布置见图1。

2.1.2FSRU消防冷却水量

FSRU冷却水强度同样采用10 L/(min·m2)，将高潮位空载工况下FSRU码头面以上的面积(FSRU与码头接触的范围)作为FSRU的冷却面积进行计算，冷却面积约为370 m2,冷却水量62 L/s，本工程在两侧靠船墩上各设置炮塔1座，每座炮塔设置40 L/s消防水炮1门，满足FSRU冷却水量要求，同时满足招标文件每门消防炮对FSRU冷却水量不小于1 000 L/min的要求。炮塔高度同样采用6 m。

2.1.3消火栓用水量

根据NFPA59A要求，天然气设施消火栓设计流量1 000 GPM(63.08 L/s)，但考虑到本项目为离岸码头，车辆无法上下码头，且码头上天然气设备简单，故根据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，工作压力0.45 MPa，栓前给水管设减压阀组1套。消火栓组旁设置消火栓箱1只，内置25 m长DN65的水带2根，φ19 mm的带喷雾功能的水枪2把。

2.1.4逃生水喷雾系统

NFPA15规范对于逃生水喷雾系统未提供设计强度，但给出用于各种火灾防护时的供给强度，分别为4.1、6.1、10.2、12.2 L/(min·m2)，鉴于保护生命为第一重任，强度取值应取上限范围，同时参考GB 51156—2015《液化天然气接收站工程设计规范》[7]，认为采用10.2 L/(min·m2)较为合适。本工程为离岸码头，工作人员通过救生艇离开码头，且平台面积仅为30 m×30 m，故未设计逃生通道。

2.1.5通岸法兰

招标文件要求通岸法兰设计流量要求不小于16.7 L/s，根据SOLAS IMO(国际海上人命安全公约和国际海事组织)要求，本工程采用65 mm通岸法兰，工作压力1.0 MPa，流量约为20 L/s。

2.1.6火灾延续时间

NFPA59A规定了天然气火灾延续时间不少于2 h，NFPA15规定水喷雾系统火灾延续时间不少于1 h，NFPA307[8]规定码头火灾延续时间不少于4 h，综合考虑本工程消防设施，供水时间统一取4 h。本工程各项消防设计流量见表1。

2.2 消防泵设计

由于本工程为离岸式码头，码头供电由FSRU供给，用电容量受限，因此消防泵采用柴油驱动长轴消防泵(两台，一用一备)，水泵参数为流量200 L/s、扬程140 m；稳压泵由于长时间运行，采用了电动长轴泵，水泵参数为流量20 m3/s、扬程60 m。泵房设计执行NFPA20[9]，消防泵满足FM、UL认证，消防泵和稳压泵均采用双相不锈钢材质，并安装电解式防海洋生物装置防止海生物附着。消防供水系统平时稳压在0.35～0.45 MPa，当压力达到0.45 MPa，稳压泵停止工作，压力降低到0.35 MPa以下，稳压泵启动，如果压力继续降低到0.25 MPa时，启动消防泵供水。泵房消防管路设计了泄压阀和排水视窗以及水表等配件，同时供水主管安装了30目的Y型过滤器防止对海水杂质对喷雾炮和喷雾水枪的堵塞。

本工程消防泵采用柴油泵，油箱储油量超过1 m3,根据GB 5016—2014《建筑设计防火规范》[10]，油箱应设置独立的房间，但NFPA20规范对此并未做要求，因此设计初期将油箱和柴油泵位于同一房间内。由于项目进行了HAZOP分析，要求两个柴油泵应置于独立的两个房间，两个房间之间采用防火墙和防火门进行了隔离(图2)，尽管设计中采用了此方案，但笔者对此方案存有较多异议。两台泵独立于两个房间，须各自配备设备进出门、吊装设备和两个逃生门，一方面增加造价，另一方面给泵房平面布置也提出了更高要求，因此笔者仍建议后续采用置于同一房间的方案。

图2 消防泵房平面布置(单位：mm)

2.3 管材和消防设施防腐

本工程消防水源为海水，具有较强的腐蚀性，因此消防水管采用内涂塑外镀锌钢管、卡箍连接、与阀门及配件的连接采用SS316L法兰片连接。海水型阀门等给水附件常用的形式有锻钢或者铸铁内涂塑形式或者内喷环氧树脂SEPF、锻钢或者铸铁内衬镍铝青铜形式、SS316L材质和DDS材质，本工程结合经济性和耐腐蚀性综合比较，选用了SS316L材质的阀门及其他给水设施附件，消火栓采用了铸铁材质内衬镍铝青铜式消火栓。

2.4 灭火器选择

根据NFPA59A,天然气设施配备推车式或者手提式干粉灭火器即可，不用像JTS 165-5—2016《液化天然气码头设计规范》[11]要求那样配备干粉灭火系统(配备干粉炮和干粉枪)，因此本工程仅在码头平台配置了推车式灭火器和手提式灭火器。根据NFPA10[12]码头工作平台火灾危险类型为Class B，火灾危险性为Extra(high)级，手提式灭火器采用了手提式磷酸铵盐干粉灭火器4-A(MFT/ABC8,8 kg)，满足NFPA10不小于4.54 kg的要求，在码头平台的保护距离也满足其不大于15.25 m的要求，同时码头平台配置两辆磷酸铵盐推车式干粉灭火器8-A(MFT/ABC50,50 kg)。