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青島LNG廠站工程中圍堰區(qū)的優(yōu)化設(shè)置

作者:小編 瀏覽量:7874 時間:2024-03-06 00:00:00

信息摘要:

LNG廠站工程中圍堰區(qū)的優(yōu)化設(shè)置,1 概述 1.1 圍堰區(qū)的概念 在LNG廠站工程中,最主要的危險設(shè)施為LNG儲罐,在事故狀態(tài)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(guī)范要求為儲罐設(shè)置安全圍護設(shè)施,即鋼筋砼圍護...

1 概述
1.1 圍堰區(qū)的概念
在LNG廠站工程中,最主要的危險設(shè)施為LNG儲罐,在事故狀態(tài)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(guī)范要求為儲罐設(shè)置安全圍護設(shè)施,即鋼筋砼圍護墻。此圍護墻稱為圍堰,圍堰所圍合的區(qū)域即為圍堰區(qū)。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(shè)置的圍堰區(qū)。
1.2 圍堰區(qū)的參數(shù)
圍堰區(qū)具有許多屬性參數(shù),規(guī)范中僅對某些參數(shù)有所限制。
①常用的參數(shù)
a.圍堰擴距:圍堰內(nèi)堤腳到儲罐外壁的距離,單位為m。
b.圍堰區(qū)域面積:圍堰所圍合的區(qū)域占地面積,單位為m2
c.圍堰區(qū)有效容積:圍堰區(qū)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(nèi)高度(圍堰區(qū)內(nèi)地面算起)減去0.2m。
②參數(shù)之間的關(guān)系
圍堰區(qū)的上述3個參數(shù)互相關(guān)聯(lián)制約。圍堰擴距是最基本的參數(shù),在圍堰高度一定時,圍堰擴距越大,圍堰區(qū)域面積越大,圍堰區(qū)有效容積越大。
1.3 圍堰區(qū)對工程的影響
LNG廠站總平面設(shè)計中,必須滿足兩項基本要求,一是確保建構(gòu)筑物(站內(nèi)外)之間防火間距滿足規(guī)范要求,二是對站外環(huán)境的危害程度符合安全評價(以下簡稱安評)和環(huán)境影響評價(以下簡稱環(huán)評)的要求。
①防火間距的控制
與其他建構(gòu)筑物不同,對于按規(guī)范要求設(shè)置了圍堰區(qū)的儲罐,除了控制儲罐本體(從罐外壁算起)到周圍建構(gòu)筑物的距離,還要控制圍堰邊界到周圍建構(gòu)筑物(站內(nèi)外)的距離。
②安全評價和環(huán)境影響評價
在對廠站的安評和環(huán)評中,其危害程度的評估計算,是以圍堰區(qū)域面積或圍堰區(qū)有效容積為基數(shù)的,基數(shù)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(qū)是一個矛盾體。為了防止LNG泄漏溢出圍堰區(qū),確保儲罐自身的安全圍護更安全合理,需要加大圍堰區(qū)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(huán)評帶來不良影響,由此產(chǎn)生的后果對站址的選擇、廠站的造價和工程工期控制產(chǎn)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(qū)的合理設(shè)置,從常規(guī)設(shè)置的圍堰區(qū)到優(yōu)化設(shè)置的圍堰區(qū)進行論述。
2 圍堰區(qū)設(shè)計的基本依據(jù)
2.1 依據(jù)的規(guī)范
①GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》(以下簡稱《油規(guī)》)。
②GB 50351—2005《儲罐區(qū)防火堤設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《堤規(guī)》)。
2.2 《油規(guī)》和《堤規(guī)》對圍堰區(qū)的要求
①對不同類型儲罐的要求
LNG儲罐按其罐體結(jié)構(gòu)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(shè)置的,不需形成圍堰區(qū);而單容罐的圍堰需脫離開罐體,按一定的要求獨立設(shè)置,形成圍堰區(qū)。本文論述單容罐的圍堰區(qū)設(shè)置。
②對單容罐圍堰的具體要求
基本要求:圍堰區(qū)有效容積不小于最大單罐罐容,并為工藝管道及設(shè)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(qū)設(shè)置方法。
當操作壓力大于100kPa時,圍堰區(qū)只需滿足基本要求,例如子母罐的圍堰區(qū)。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(qū)內(nèi)采取了防低溫或火災(zāi)影響的措施,圍堰區(qū)的設(shè)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(nèi)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(qū)的計算實例
已知:某LNG工程圍堰區(qū)內(nèi),設(shè)有LNG單容罐2臺,單罐罐容均為5000m3,操作壓力為l5kPa,圍堰區(qū)采取防低溫或火災(zāi)影響的措施。要求:合理設(shè)置圍堰區(qū)。
3.1 滿足《油規(guī)》和《堤規(guī)》對圍堰區(qū)的要求
①滿足基本要求
應(yīng)滿足有效容積的要求。根據(jù)已知條件得出:圍堰區(qū)有效容積為5000m3
②滿足特殊要求
應(yīng)滿足式(1)的要求。
式(1)中的y和x,可根據(jù)已知條件,從儲罐的參數(shù)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(shè)計參數(shù)
設(shè)計參數(shù)包括儲罐、LNG和其他的設(shè)計條件。設(shè)計中,儲罐的設(shè)計參數(shù)均由儲罐生產(chǎn)廠家提供。
儲罐外徑d為22.3m,儲罐設(shè)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(shù)可以得出以下數(shù)據(jù):
①最高液位y:式(1)中的最高液位是由設(shè)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(jīng)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(qū)及其特性
圍堰區(qū)的平面形狀可分為圓形和矩形兩種基本形狀。按規(guī)范要求設(shè)置的未做特殊優(yōu)化處理的圍堰區(qū)稱為常規(guī)圍堰區(qū)。
將已知的設(shè)計參數(shù)代入式(1)可得出:
L+h=y(tǒng)+x=19m+3.5m=22.5m,記為定值(1)。
依實踐經(jīng)驗,常規(guī)圍堰內(nèi)高度h為2m,故得出常規(guī)圍堰擴距L為20.5m。
常規(guī)圓形圍堰區(qū):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(qū)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(yōu)化處理的可能性,工程中不常采用。
常規(guī)矩形圍堰區(qū):將常規(guī)圓形圍堰邊界作為基準線,以矩形平面將常規(guī)圓形圍堰全部包含于內(nèi),形成常規(guī)矩形圍堰。特性是圍堰擴距為變值,L≥20.5m。
3.4 常規(guī)矩形圍堰區(qū)的分類
常規(guī)矩形圍堰的圍堰擴距是變值,它直接影響了圍堰區(qū)的長和寬,從而影響圍堰區(qū)面積和圍堰區(qū)容積。
圍堰區(qū)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(shè)置方法不同,形成兩種大小不同的圍堰區(qū)。
①大圍堰區(qū):兩個儲罐間距d1≥l.5d時,所形成的圍堰區(qū)稱為大圍堰區(qū)。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(tǒng)的規(guī)模。d1=22.3m×l.5=33.45m,取34m。由于大圍堰區(qū)占地面積大而帶來許多弊端,本案例不采用。
②小圍堰區(qū):兩個儲罐間距d1<1.5d時,所形成的圍堰區(qū)稱為小圍堰區(qū)。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(shè)施的容量,但可大大減小圍堰區(qū)的面積。本例選擇小圍堰區(qū)進行分析。
3.5 常規(guī)小圍堰區(qū)的形成
圍堰區(qū)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(qū)的長度:按《油規(guī)》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(qū)的長度:
L+d+d1+d+L=20.5m+22.3m+11.2m+22.3m+20.5m=96.8m。
②圍堰區(qū)的寬度:L+d+L=20.5m+22.3m+20.5m=63.3m。
③圍堰區(qū)面積:A=63.3m×96.8m≈6130m2
④圍堰區(qū)有效容積的驗證:
圍堰區(qū)有效容積等于圍堰區(qū)面積與計算高度之積,即6130m2×1.8m=11034m3,此值大于5000m3,滿足規(guī)范對圍堰區(qū)要求的基本條件。
由此可見,雖然為小圍堰區(qū),但由于需滿足式(1)的要求,使得圍堰區(qū)的面積仍遠遠超出規(guī)范對其的基本要求值。此種圍堰區(qū)仍留有較大空間可進行優(yōu)化設(shè)計。

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