閆 猛，韓志剛，李艷艷，劉建海

(1. 艾索蘭德(天津)國際貿(mào)易有限公司，天津 300133；2.青島益堃達(dá)熱能設(shè)備有限公司，山東 青島 266019；3.河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401；4.天津市燃?xì)鉄崃σ?guī)劃設(shè)計(jì)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(zhuǎn)堆場(“LNG集裝箱式罐箱周轉(zhuǎn)堆場”以下簡稱罐箱堆場)根據(jù)建設(shè)規(guī)模，除具備罐箱的暫存與周轉(zhuǎn)基本功能外，還可包含罐箱整車的暫存及交通事故應(yīng)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(xué)品目錄(第一版)》，這對LNG的儲運(yùn)監(jiān)管提出了更高要求，使罐箱物流產(chǎn)業(yè)政策及罐箱堆場規(guī)劃建設(shè)受到業(yè)內(nèi)關(guān)注。

2 產(chǎn)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(jìn)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(yùn)、鐵路、公路LNG運(yùn)輸效率，推進(jìn)多式聯(lián)運(yùn)，探索研發(fā)集裝箱方式運(yùn)輸LNG的技術(shù)和裝備，增強(qiáng)LNG運(yùn)輸?shù)撵`活性。

2020年4月10日，國家發(fā)展改革委、財(cái)政部、自然資源部等發(fā)布發(fā)改價格[2020]567號文件《關(guān)于加快推進(jìn)天然氣儲備能力建設(shè)的實(shí)施意見》，其中“二、明確重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)”，要求發(fā)揮LNG罐箱宜儲宜運(yùn)、調(diào)運(yùn)靈活的特點(diǎn)，推進(jìn)罐箱多式聯(lián)運(yùn)試點(diǎn)示范，多措并舉提高儲氣能力。

2020年7月2日，交通運(yùn)輸部發(fā)布交海規(guī)9文件號《整船載運(yùn)LNG可移動罐柜安全運(yùn)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(nèi)堆存，在港口裝卸作業(yè)要采用直裝直取方式進(jìn)行，罐箱和載有罐箱的車輛不得在港口內(nèi)滯留。

3 罐箱堆場設(shè)計(jì)規(guī)范

目前適用于罐箱堆場設(shè)計(jì)的主要規(guī)范有：GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡稱GB 50183—2004)、GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)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(hù)距離》(以下簡稱SH 3093—1999)、GB/T 20368—2012《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)》(以下簡稱GB/T 20368—2012)、AQ/T 3046—2013《化工企業(yè)定量風(fēng)險評價導(dǎo)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(zāi)危險性物質(zhì)、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(diǎn)、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?cè)莘e大于3 000 m3時，應(yīng)分組布置；在第4.2.3條中要求，罐組內(nèi)甲類儲罐的布置不應(yīng)超過2排。

AQ/T 3046—2013的附錄E.3.2中，提出了一種評價物質(zhì)連續(xù)穩(wěn)態(tài)源泄漏后擴(kuò)散距離的模型方程，可用于估算LNG經(jīng)容器破裂孔泄漏后的氣體擴(kuò)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(hù)距離不應(yīng)小于150 m，當(dāng)小于150 m時，應(yīng)根據(jù)環(huán)境影響報告書的結(jié)論確定。

JT 397—2007中第5.3.6條要求，罐箱應(yīng)單層存放。

GB/T 20368—2012中，對LNG設(shè)施的設(shè)計(jì)、選址、施工、操作等提出了要求。

經(jīng)綜合研究，罐箱堆場主要遵循GB 50183—2004、GB 50016—2014開展設(shè)計(jì)，同時要參照SH 3093—1999、GB/T 20368—2012、AQ/T 3046—2013、JT 397—2007等相關(guān)內(nèi)容。

4 某罐箱堆場的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)堆場，設(shè)計(jì)容納32 臺長度為13.716 m的罐箱，單罐箱內(nèi)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(nèi)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(chǎn)設(shè)施

結(jié)合本項(xiàng)目功能需求，罐箱堆場內(nèi)設(shè)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(jī)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(shí)體圍墻等生產(chǎn)設(shè)施。

防火圍堰內(nèi)罐組為2排平行單層排放，圍堰容積大于罐箱的總?cè)莘e，圍堰內(nèi)設(shè)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(zāi)延續(xù)時間取6 h，配套900 m3消防水池、消防泵房、發(fā)電機(jī)房各1 座。防火圍堰內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w探測報警器、低溫探測器及火焰探測器等設(shè)施，圍堰外設(shè)置寬度為4.5 m的環(huán)形消防車道。

罐箱堆場的生產(chǎn)供電系統(tǒng)符合GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第2.0.2 條的雙重電源要求。在綜合管理用房內(nèi)設(shè)置儀控室，設(shè)置24 h場區(qū)實(shí)時影像監(jiān)視系統(tǒng)。

設(shè)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(shè)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(chǔ)上，還需按GB 50183—2004第10.3.4條、第10.3.5條的要求，計(jì)算出在防火圍堰火災(zāi)及罐箱LNG泄漏擴(kuò)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(kuò)散隔離界內(nèi)空氣中燃?xì)獾钠骄w積分?jǐn)?shù)為2.5 %時的(在20 ℃、101 325 Pa條件下，折算成燃?xì)獾馁|(zhì)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(nèi)，不得有50 人以上的室外活動場所；9 kW/m2界限內(nèi)，不得有活動場所、學(xué)校、居民區(qū)等在用建筑物；30 kW/m2界限內(nèi)，不得有即使是能耐火且提供熱輻射保護(hù)的在用構(gòu)筑物。同時，上述室外活動場所、建筑物，以及場內(nèi)重要設(shè)施不得設(shè)置在LNG蒸氣云擴(kuò)散隔離區(qū)內(nèi)空氣中燃?xì)獾钠骄w積分?jǐn)?shù)大于2.5 %(在20 ℃、101 325 Pa條件下，折算成燃?xì)獾馁|(zhì)量濃度為0.017 8 kg/m3)的區(qū)域內(nèi)。

依據(jù)SH 3093—1999第2.0.1條，防火圍堰外沿距居住區(qū)防護(hù)距離不應(yīng)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(shè)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(jī)房等全場性重要設(shè)施的防火間距不小于55 m，距離有明火或散發(fā)火花地點(diǎn)(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(diǎn)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(jì)算距防火圍堰外沿的熱輻射隔熱距離d。經(jīng)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。火焰熱輻射量為4 kW/m2、9 kW/m2、30 kW/m2時對應(yīng)的公式(10)中的熱通量校正系數(shù)F分別為3.5、2、0.8。經(jīng)計(jì)算，火焰熱輻射量為4 kW/m2、9 kW/m2、30 kW/m2時對應(yīng)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(kuò)散隔離距離估算

① 計(jì)算依據(jù)

LNG蒸氣云擴(kuò)散距離與光照、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)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(guān)，計(jì)算過程復(fù)雜，也存在一定不確定性，通常利用經(jīng)驗(yàn)公式與試驗(yàn)相結(jié)合的辦法確定。本文依據(jù)AQ/T 3046—2013《化工企業(yè)定量風(fēng)險評價導(dǎo)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(kuò)散方程)、表E.7中的擴(kuò)散系數(shù)方程以及附錄E.1.2中連續(xù)排放的LNG泄漏質(zhì)量流量計(jì)算公式E.2等，對LNG泄漏形成的蒸氣云擴(kuò)散距離進(jìn)行估算。

② LNG泄漏場景

假設(shè)圍堰內(nèi)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(zhì)量流量計(jì)算

罐箱內(nèi)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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取0.61，罐箱內(nèi)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(nèi)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(jīng)計(jì)算，連續(xù)排放的LNG泄漏物料質(zhì)量流量qm為20.351 kg/s，向上圓整取21 kg/s。

④ LNG蒸氣云擴(kuò)散距離估算

大氣溫度為20 ℃，Pasquill大氣穩(wěn)定等級為D(農(nóng)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(diǎn)(x，y，z，hr)的燃?xì)赓|(zhì)量濃度為0.017 8 kg/m3，側(cè)風(fēng)向距離y取0 m，LNG泄漏物料質(zhì)量流量qm為21 kg/s，環(huán)境風(fēng)速u取2 m/s，垂直風(fēng)向距離z(給定地點(diǎn)高程)取2 m，泄漏點(diǎn)源強(qiáng)的有效高度hr取2 m。經(jīng)迭代計(jì)算，所求的側(cè)風(fēng)向的擴(kuò)散系數(shù)σy為16.579 m，垂直風(fēng)向的擴(kuò)散系數(shù)σz為10.961 m，下風(fēng)向距離x(滿足燃?xì)赓|(zhì)量濃度為0.017 8 kg/m3的擴(kuò)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(jì)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(yīng)結(jié)合基本要求及建筑物具體情況、性質(zhì)進(jìn)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(jì)算的LNG蒸氣云擴(kuò)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(guān)要求選取，但是，其中的明火或散發(fā)火花地點(diǎn)距防火圍堰外沿的防火間距應(yīng)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(nèi)，消防水泵房、消防水池、變配電室、備用發(fā)電機(jī)房等全場性重要設(shè)施距防火圍堰外沿的防火間距，依據(jù)本文計(jì)算的LNG蒸氣云擴(kuò)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(nèi)，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(shè)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(guān)要求選取。

4.4 場區(qū)布局

本著節(jié)約用地原則，本項(xiàng)目罐箱堆場被分隔成兩個鄰近的獨(dú)立地塊分別實(shí)施，包含消防水泵房、消防水池、變配電間及備用發(fā)電機(jī)房等重要設(shè)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(jì)占地約13 500 m2。兩場區(qū)經(jīng)相關(guān)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(yīng)規(guī)模

罐箱堆場設(shè)計(jì)每天外運(yùn)10 臺罐箱，計(jì)劃年工作330 d，罐箱平均充裝率為0.85，則年LNG供應(yīng)規(guī)模約67 256.046 t。

5 結(jié)語及建議

① 罐箱堆場項(xiàng)目國家政策支持，設(shè)計(jì)規(guī)范成熟，項(xiàng)目建成后有利于罐箱長距離運(yùn)輸過程的中繼暫存和整船進(jìn)口罐箱的快速暫存周轉(zhuǎn)等物流環(huán)節(jié)平穩(wěn)安全運(yùn)營。

② 依據(jù)GB 50183—2004的方法計(jì)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(jì)算得到的LNG蒸氣云擴(kuò)散隔離距離等主要防火間距偏大，項(xiàng)目選址困難，建議進(jìn)一步優(yōu)化計(jì)算方法。