液化气储罐安全防护技术的现状及发展趋势探讨

摘 要：本文介绍了液化气和储存设备的危险性以及安全防护方式，综述了国内外有关液化气储罐安全防护技术的研究成果，针对液化气储罐安全防护的研究类型和研究方法定量定性进行了总结，并对液化气储罐安全防护方法中的热点、难点进行了探索及讨论，提出新的观点及研究方向。

关键词：液化气 储罐 安全 防护 喷射火 水喷淋 模拟

一、引言

随着经济的快速增长，能源需求越来越大，液化气作为一种重要的能源，其生产、储存逐渐增加，储量逐渐增大，其储存设备逐渐向大型化发展。但液化气储存一旦发生事故将给国家和人民的生命财产造成不可估量的损失。因此，如何对液化气储罐进行有效的安全防护，对预防液化气储罐发生重大事故，保护人民群众的生命和财产安全具有很重要意义。

二、液化气和储存设备的危险性分析

2.1 液化气的理化特性及储存形式

液化石油气的主要成分为丙烷、丁烷，密度比空气大，具有易燃、易爆、容易积聚也容易扩散的特点。一旦液化石油气泄漏，便会在低洼处积聚，很小的点燃能量便可燃烧；其储存形式主要有常温压力储存和常压低温储存。

2.2 液化气储罐的事故危害

液化石油气（LPG）和液化天然气（LNG）的理化性质决定了其储存设备具有较高的火灾危险性。液化石油气储罐周围一旦发生火灾，储罐内液化石油气的温度和压力就会迅速升高，储罐的强度将迅速下降，在一定的条件下储罐就会发生破裂和爆炸，并引起沸腾液体膨胀蒸气爆炸（BLEVE），爆炸引起的冲击波、热辐射和抛出的容器碎片会对周围人员、建筑物和设备造成巨大的破坏。

三、液化气储罐安全防护方式和国内外研究进展

3.1 液化气储罐的安全防护方式

防止液化石油气储罐连锁事故的发生，必须首先确保液化石油气储罐在使用过程中的安全，防止火灾，防止热冲击引起的超压或机械撞击引起的泄漏。可以采用水冷却、防火隔热层、蒸气泄压等方法防止热冲击引起的超压。

3.1.1 水冷却

水冷却的关键是喷水量必须足够吸收作用在罐体上的热量，保证足够的供水强度。水冷却可以采用移动式和固定式两种方式。

3.1.2 防火隔热层

设置防火隔热层的关键是要合理地选择并安装具有足够阻火率且适合使用环境的隔热材料。设置防火隔热层具有明显的优越性，能从火灾发生的瞬间就开始提供防护，不需要以任何方式开启系统，不需要用冷却水防护。

3.1.3 安全阀泄压

上述方法的思路是保护储罐表面不受热量侵袭，防止最终被完全破坏。蒸气泄压的思路是降低储罐内的压力，防止火焰侵袭造成壳体损坏，防止造成灾难性后果。蒸气泄压最简单的方法是使用安全泄放阀。

3.2 国内外的研究现状及发展趋势

国外对喷射火的研究比较早。例如Sonju OK、Cook DK、Sugawa O、Heskestad G等人先后在实验研究的基础上推导了喷射火的火焰高度、火焰宽度、火焰抬升高度的经验关系式；喷射火的火源模型、热辐射通量模型；运用CFD技术来模拟分析喷射火的燃烧过程。

液化气储罐系统对火灾的安全防护技术研究方面，采用英国LP Gas Association/HSE和美国NFPA规范中推荐的液化气储罐水喷淋速率（10 L/m2.min）可以保证池火灾情况下储罐安全，但在喷射火情况下已不能保证储罐的安全。

我国对喷射火灾害及其环境下液化气储罐热响应行为和安全防护方面的研究起步较晚。天津大学对喷射火对海洋平台的立管的影响进行了研究；中石油研究人员应用SAFETI6.3 软件对喷射燃烧进行数值模拟；此外，南京工业大学、武警学院、江苏工业学院的研究人员对喷射火的热辐射和喷射火环境下液化石油气储罐热响应进行了小规模模拟实验研究和CFD模拟。

国内外研究现状表明，有关工业喷射火灾害过程及其环境下液化气储罐系统热响应动力过程和发生二次灾害（BLEVE）以及液化气储罐系统水喷淋安全防护的基础研究已经成为国内外学者竞相研究的热点前沿课题。对喷射火动力学演化过程进行系统研究，探索喷射火环境下液化气储罐系统的热响应规律，研究储罐水喷淋防护的水膜隔热机理和主要因素对喷射火防护效果的影响，构建工业喷射火环境下液化气储罐系统安全评价和水喷淋安全防护设计的有关软件和数据库系统，能为工业过程安全评价、储运过程火灾安全设计和储罐防火规范的修订、喷射火及其次生灾害（BLEVE）的预防和控制提供理论依据。

四、结语

液化气储罐的安全防护方式靠性的排序依次为漫流式、固定水炮、水喷淋或水喷雾。而我国目前大多采用水喷淋或水喷雾方式，但从使用效果看这种方式不太妥当，因为这种方式在发生蒸气爆炸时易受到破坏，而且喷头容易堵塞，维护比较困难。根据我国的国情，水冷却方式宜采用顶部布水罐壁漫流与固定水炮相结合的方式，即部分冷却水用漫流式，部分冷却水用固定水炮提供。该形式可靠性高且灵活，能分别满足防日晒冷却、着火罐冷却以及邻近罐冷却等不同冷却强度的供水要求，且对于与储罐内部蒸气区相接触的干壁部分冷却更有保证。该形式容易维护，工程费用比目前使用的水喷淋或水喷雾系统低。对于大型储罐建议设置自摆的移动式水炮，以减少灭火人员暴露于火灾危险区中的危险性，并能有效保证喷射水流到达暴露于火灾中的储罐表面。基于这种液化气储罐安全防护方式的优越性，应建立水喷淋、喷射火与储罐间耦合传热理论模型进行数值模拟，使这种方法具有更强的针对性，更为合理和科学。