1 概述
1.1 圍堰區的概念
在LNG廠站工程中，最主要的危險設施為LNG儲罐，在事故狀態下儲罐可能破裂。為防止此時LNG的泄漏蔓延，在大部分的LNG廠站工程中，需按規范要求為儲罐設置安全圍護設施，即鋼筋砼圍護墻。此圍護墻稱為圍堰，圍堰所圍合的區域即為圍堰區。本文分析探討的是在儲罐總儲量大于2000m3的LNG廠站工程中，需特殊設置的圍堰區。
1.2 圍堰區的參數
圍堰區具有許多屬性參數，規范中僅對某些參數有所限制。
①常用的參數
a．圍堰擴距：圍堰內堤腳到儲罐外壁的距離，單位為m。
b．圍堰區域面積：圍堰所圍合的區域占地面積，單位為m2。
c．圍堰區有效容積：圍堰區域面積與圍堰計算高度的乘積，單位為m3。其中圍堰計算高度等于圍堰內高度(圍堰區內地面算起)減去0.2m。
②參數之間的關系
圍堰區的上述3個參數互相關聯制約。圍堰擴距是最基本的參數，在圍堰高度一定時，圍堰擴距越大，圍堰區域面積越大，圍堰區有效容積越大。
1.3 圍堰區對工程的影響
LNG廠站總平面設計中，必須滿足兩項基本要求，一是確保建構筑物(站內外)之間防火間距滿足規范要求，二是對站外環境的危害程度符合安全評價(以下簡稱安評)和環境影響評價(以下簡稱環評)的要求。
①防火間距的控制
與其他建構筑物不同，對于按規范要求設置了圍堰區的儲罐，除了控制儲罐本體(從罐外壁算起)到周圍建構筑物的距離，還要控制圍堰邊界到周圍建構筑物(站內外)的距離。
②安全評價和環境影響評價
在對廠站的安評和環評中，其危害程度的評估計算，是以圍堰區域面積或圍堰區有效容積為基數的，基數越大則危害程度就越大。
1.4 問題的提出
由以上分析可知，圍堰區是一個矛盾體。為了防止LNG泄漏溢出圍堰區，確保儲罐自身的安全圍護更安全合理，需要加大圍堰區域面積，但這樣造成了廠站占地面積增大，并對工程的安評和環評帶來不良影響，由此產生的后果對站址的選擇、廠站的造價和工程工期控制產生不可忽視的副作用。
如何處理這個矛盾體?本文沿著總圖沒計的整體思路，對圍堰區的合理設置，從常規設置的圍堰區到優化設置的圍堰區進行論述。
2 圍堰區設計的基本依據
2.1 依據的規范
①GB 50183—2004《石油天然氣工程設計防火規范》(以下簡稱《油規》)。
②GB 50351—2005《儲罐區防火堤設計規范》(以下簡稱《堤規》)。
2.2 《油規》和《堤規》對圍堰區的要求
①對不同類型儲罐的要求
LNG儲罐按其罐體結構形式分為單容罐、雙容罐和全容罐。
雙容罐和全容罐屬于特殊情況，此類儲罐的圍堰是與罐體相連設置的，不需形成圍堰區；而單容罐的圍堰需脫離開罐體，按一定的要求獨立設置，形成圍堰區。本文論述單容罐的圍堰區設置。
②對單容罐圍堰的具體要求
基本要求：圍堰區有效容積不小于最大單罐罐容，并為工藝管道及設備安裝留有合適的空間。
以100kPa的操作壓力為分界值，形成兩種不同的圍堰區設置方法。
當操作壓力大于100kPa時，圍堰區只需滿足基本要求，例如子母罐的圍堰區。本文不再論述。
特殊要求：當操作壓力小于或等于100kPa時，且圍堰區內采取了防低溫或火災影響的措施，圍堰區的設置除了滿足基本要求外，還需滿足特殊要求，見式(1)。
L+h=y+x ????????(1)
式中L——圍堰擴距，m
h——圍堰內高度，m
y——儲罐最高液位，m
x——儲罐氣相空間壓力的當量壓頭，m
3 圍堰區的計算實例
已知：某LNG工程圍堰區內，設有LNG單容罐2臺，單罐罐容均為5000m3，操作壓力為l5kPa，圍堰區采取防低溫或火災影響的措施。要求：合理設置圍堰區。
3.1 滿足《油規》和《堤規》對圍堰區的要求
①滿足基本要求
應滿足有效容積的要求。根據已知條件得出：圍堰區有效容積為5000m3。
②滿足特殊要求
應滿足式(1)的要求。
式(1)中的y和x，可根據已知條件，從儲罐的參數得出，但L和h的值具有可變性，需在以下論述中得出。
3.2 設計參數
設計參數包括儲罐、LNG和其他的設計條件。設計中，儲罐的設計參數均由儲罐生產廠家提供。
儲罐外徑d為22.3m，儲罐設計液位為16m，儲罐的操作壓力為l5kPa，LNG密度約430kg／m3。由以上參數可以得出以下數據：
①最高液位y：式(1)中的最高液位是由設計液位和支承儲罐的承臺高度相加而得。承臺高度約3m(實踐經驗)，則y＝19m。
②當量壓頭x：由操作壓力和LNG密度可得當量壓頭x＝3.5m。
3.3 不同平面形狀的圍堰區及其特性
圍堰區的平面形狀可分為圓形和矩形兩種基本形狀。按規范要求設置的未做特殊優化處理的圍堰區稱為常規圍堰區。
將已知的設計參數代入式(1)可得出：
L+h＝y+x＝19m+3.5m＝22.5m，記為定值(1)。
依實踐經驗，常規圍堰內高度h為2m，故得出常規圍堰擴距L為20.5m。
常規圓形圍堰區：圍堰是儲罐外壁的同心圓，其圓半徑為20.5m+11.15m＝31.65m，特性是圍堰擴距保持不變，為20.5m。所形成的圍堰區域面積為5166m2。由于圓形的鋼筋砼圍堰在實際工程中較難施工，且不具備做特殊優化處理的可能性，工程中不常采用。
常規矩形圍堰區：將常規圓形圍堰邊界作為基準線，以矩形平面將常規圓形圍堰全部包含于內，形成常規矩形圍堰。特性是圍堰擴距為變值，L≥20.5m。
3.4 常規矩形圍堰區的分類
常規矩形圍堰的圍堰擴距是變值，它直接影響了圍堰區的長和寬，從而影響圍堰區面積和圍堰區容積。
圍堰區的長度是由圍堰擴距和兩個儲罐之間的間距d1決定的，由于對d1的設置方法不同，形成兩種大小不同的圍堰區。
①大圍堰區：兩個儲罐間距d1≥l.5d時，所形成的圍堰區稱為大圍堰區。由于此時對罐體的噴淋水量只計入一個罐，從而減小了消防水系統的規模。d1＝22.3m×l.5＝33.45m，取34m。由于大圍堰區占地面積大而帶來許多弊端，本案例不采用。
②小圍堰區：兩個儲罐間距d1<1.5d時，所形成的圍堰區稱為小圍堰區。這時噴淋水量需考慮相鄰儲罐，從而增大了消防水池容積和其他消防設施的容量，但可大大減小圍堰區的面積。本例選擇小圍堰區進行分析。
3.5 常規小圍堰區的形成
圍堰區的形成方法為先確定其長和寬，然后求得其面積和容積。參見圖1。
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①圍堰區的長度：按《油規》中要求的儲罐之間的最小間距為相鄰儲罐直徑之和的l／4，得d1＝11.15m，取11.2m。可得圍堰區的長度：
L+d+d1+d+L＝20.5m+22.3m+11.2m+22.3m+20.5m＝96.8m。
②圍堰區的寬度：L+d+L＝20.5m+22.3m+20.5m＝63.3m。
③圍堰區面積：A＝63.3m×96.8m≈6130m2。
④圍堰區有效容積的驗證：
圍堰區有效容積等于圍堰區面積與計算高度之積，即6130m2×1.8m＝11034m3，此值大于5000m3，滿足規范對圍堰區要求的基本條件。
由此可見，雖然為小圍堰區，但由于需滿足式(1)的要求，使得圍堰區的面積仍遠遠超出規范對其的基本要求值。此種圍堰區仍留有較大空間可進行優化設計。
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