LNG厂站工程中围堰区的优化设置 1概述1.1围堰区的概念在LNG厂站工程中，最主要的危险设施为LNG储罐，在事故状态下储罐可能破裂为防止此时LNG的泄漏蔓延，在大部分的LNG厂站工程中，需按规范要求为储罐设置安全围护设施，即钢筋砼围护墙此围护墙称为围堰，围堰所围合的区域即为围堰区本文分析探讨的是在储罐总储量大于2000m3的LNG厂站工程中，需特殊设置的围堰区1.2围堰区的参数围堰区具有许多属性参数，规范中仅对某些参数有所限制①常用的参数a．围堰扩距：围堰内堤脚到储罐外壁的距离，单位为mb．围堰区域面积：围堰所围合的区域占地面积，单位为m2c．围堰区有效容积：围堰区域面积与围堰计算高度的乘积，单位为m3其中围堰计算高度等于围堰内高度(围堰区内地面算起)减去0.2m②参数之间的关系围堰区的上述3个参数互相关联制约围堰扩距是最基本的参数，在围堰高度一定时，围堰扩距越大，围堰区域面积越大，围堰区有效容积越大1.3围堰区对工程的影响LNG厂站总平面设计中，必须满足两项基本要求，一是确保建构筑物(站内外)之间防火间距满足规范要求，二是对站外环境的危害程度符合安全评价(以下简称安评)和环境影响评价(以下简称环评)的要求。
①防火间距的控制与其他建构筑物不同，对于按规范要求设置了围堰区的储罐，除了控制储罐本体(从罐外壁算起)到周围建构筑物的距离，还要控制围堰边界到周围建构筑物(站内外)的距离②安全评价和环境影响评价在对厂站的安评和环评中，其危害程度的评估计算，是以围堰区域面积或围堰区有效容积为基数的，基数越大则危害程度就越大1.4问题的提出由以上分析可知，围堰区是一个矛盾体为了防止LNG泄漏溢出围堰区，确保储罐自身的安全围护更安全合理，需要加大围堰区域面积，但这样造成了厂站占地面积增大，并对工程的安评和环评带来不良影响，由此产生的后果对站址的选择、厂站的造价和工程工期控制产生不可忽视的副作用如何处理这个矛盾体?本文沿着总图没计的整体思路，对围堰区的合理设置，从常规设置的围堰区到优化设置的围堰区进行论述2围堰区设计的基本依据2.1依据的规范①GB 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》(以下简称《油规》)②GB 50351—2005《储罐区防火堤设计规范》(以下简称《堤规》)2.2《油规》和《堤规》对围堰区的要求①对不同类型储罐的要求LNG储罐按其罐体结构形式分为单容罐、双容罐和全容罐双容罐和全容罐属于特殊情况，此类储罐的围堰是与罐体相连设置的，不需形成围堰区；而单容罐的围堰需脱离开罐体，按一定的要求独立设置，形成围堰区。
本文论述单容罐的围堰区设置②对单容罐围堰的具体要求基本要求：围堰区有效容积不小于最大单罐罐容，并为工艺管道及设备安装留有合适的空间以100kPa的操作压力为分界值，形成两种不同的围堰区设置方法当操作压力大于100kPa时，围堰区只需满足基本要求，例如子母罐的围堰区本文不再论述特殊要求：当操作压力小于或等于100kPa时，且围堰区内采取了防低温或火灾影响的措施，围堰区的设置除了满足基本要求外，还需满足特殊要求，见式(1)L+h=y+x (1)式中L——围堰扩距，mh——围堰内高度，my——储罐最高液位，mx——储罐气相空间压力的当量压头，m3围堰区的计算实例已知：某LNG工程围堰区内，设有LNG单容罐2台，单罐罐容均为5000m3，操作压力为l5kPa，围堰区采取防低温或火灾影响的措施要求：合理设置围堰区3.1满足《油规》和《堤规》对围堰区的要求①满足基本要求应满足有效容积的要求根据已知条件得出：围堰区有效容积为5000m3②满足特殊要求应满足式(1)的要求式(1)中的y和x，可根据已知条件，从储罐的参数得出，但L和h的值具有可变性，需在以下论述中得出3.2设计参数设计参数包括储罐、LNG和其他的设计条件。
设计中，储罐的设计参数均由储罐生产厂家提供储罐外径d为22.3m，储罐设计液位为16m，储罐的操作压力为l5kPa，LNG密度约430kg／m3由以上参数可以得出以下数据：①最高液位y：式(1)中的最高液位是由设计液位和支承储罐的承台高度相加而得承台高度约3m(实践经验)，则y＝19m②当量压头x：由操作压力和LNG密度可得当量压头x＝3.5m3.3不同平面形状的围堰区及其特性围堰区的平面形状可分为圆形和矩形两种基本形状按规范要求设置的未做特殊优化处理的围堰区称为常规围堰区将已知的设计参数代入式(1)可得出：L+h＝y+x＝19m+3.5m＝22.5m，记为定值(1)依实践经验，常规围堰内高度h为2m，故得出常规围堰扩距L为20.5m常规圆形围堰区：围堰是储罐外壁的同心圆，其圆半径为20.5m+11.15m＝31.65m，特性是围堰扩距保持不变，为20.5m所形成的围堰区域面积为5166m2由于圆形的钢筋砼围堰在实际工程中较难施工，且不具备做特殊优化处理的可能性，工程中不常采用常规矩形围堰区：将常规圆形围堰边界作为基准线，以矩形平面将常规圆形围堰全部包含于内，形成常规矩形围堰特性是围堰扩距为变值，L≥20.5m。
3.4常规矩形围堰区的分类常规矩形围堰的围堰扩距是变值，它直接影响了围堰区的长和宽，从而影响围堰区面积和围堰区容积围堰区的长度是由围堰扩距和两个储罐之间的间距d1决定的，由于对d1的设置方法不同，形成两种大小不同的围堰区①大围堰区：两个储罐间距d1≥l.5d时，所形成的围堰区称为大围堰区由于此时对罐体的喷淋水量只计入一个罐，从而减小了消防水系统的规模d1＝22.3m×l.5＝33.45m，取34m由于大围堰区占地面积大而带来许多弊端，本案例不采用②小围堰区：两个储罐间距d11.5d时，所形成的围堰区称为小围堰区这时喷淋水量需考虑相邻储罐，从而增大了消防水池容积和其他消防设施的容量，但可大大减小围堰区的面积本例选择小围堰区进行分析3.5常规小围堰区的形成围堰区的形成方法为先确定其长和宽，然后求得其面积和容积参见图1①围堰区的长度：按《油规》中要求的储罐之间的最小间距为相邻储罐直径之和的l／4，得d1＝11.15m，取11.2m可得围堰区的长度：L+d+d1+d+L＝20.5m+22.3m+11.2m+22.3m+20.5m＝96.8m②围堰区的宽度：L+d+L＝20.5m+22.3m+20.5m＝63.3m。
③围堰区面积：A＝63.3m×96.8m≈6130m2④围堰区有效容积的验证：围堰区有效容积等于围堰区面积与计算高度之积，即6130m2×1.8m＝11034m3，此值大于5000m3，满足规范对围堰区要求的基本条件由此可见，虽然为小围堰区，但由于需满足式(1)的要求，使得围堰区的面积仍远远超出规范对其的基本要求值此种围堰区仍留有较大空间可进行优化设计 3.6常规小围郾区对工程设计的影响①厂站围墙范围内的占地面积《油规》中要求围堰边界距建筑界限(一般为厂站围墙)的距离为30m，则在总图布置时罐外壁距围墙不小于30m+20.5m＝50.5m若为双容罐和全容罐，由于无围堰扩距的要求，则距围墙的距离仅为不小于30m相比之下本例的围堰区增加了厂站的占地面积②热辐射距离和蒸气云扩散距离《油规》规定，在总平面设计中，除了控制防火间距之外，还应按要求进行围堰区热辐射距离和蒸气云扩散距离的计算，使得被保护建构筑物或场所与围堰边界的距离不小于限定值热辐射距离计算公式为：式中dr——建构筑物或场所到围堰边界的最小距离，m¦——热通量校正系数，对不同性质的场所其数值不同，取值见《油规》的规定A——围堰区的面积，m2由式(2)可以看出，围堰区面积越大，热辐射距离就越大。
本例中，在相同的热通量校正系数情况下(假设为l)，按围堰扩距形成的小围堰区面积得出其热辐射距离而按规范要求的围堰容积(基本条件)值推出的围堰区面积得出的热辐射距离由此可见，所形成的小围堰区对被保护建构筑物或场所的热辐射距离太大，约为按基本要求设置围堰时的l.5倍蒸气云的扩散距离是以围堰区面积作为基数的，围堰区面积越大，扩散距离越大由于其计算是通过复杂的计算模型实现的，本文不做论述③对安评和环评的影响安评和环评由特定的专业部门承担，它是以设计成果为依据的也就是说，评估结果是在设计完成后才呈现的，因此它可能会给厂站设计带来难以预料的后果以下为两个工程实例a．山西某天然气液化工程设计中按本文式(1)的要求设置了常规圆形围堰此工程储罐外壁距居民区距离为l63m，满足《油规》中储罐与居民区最小距离为l00m的要求(二级厂站)但由于围堰区无优化设计，使得围堰区面积较大，在按围堰区面积进行热辐射距离和蒸气云扩散距离验算时，得出对居民区的最小保护距离为200m故此设计未通过安评问题恰恰出在按常规设计的围堰区面积，虽已满足防火间距的要求，但不能满足安评的要求b．大连某LNG工程围堰为常规矩形围堰设计中储罐外壁距相邻的企业围墙为l00.11m，满足了《油规》中储罐与相邻企业间距为l00m的要求(二级厂站)。
但以围堰区面积进行环评验算时，要求最小距离为118m因此未通过环评3.7常规围堰存在的问题围堰扩距越大，围堰区的面积越大，首先使围墙内占地面积增尤然后使热辐射和蒸气云的最小保护距离增大，从而使得厂站到站外建构筑物的安全间距增大，使工程建设程序的顺利进行难度增大故设计过程中，应在满足《油规》和《堤规》要求的前提下，求得围堰的合理设置也就是在式(1)中寻求围堰扩距三的最小值，最大限度地减小围堰区的面积，以达到减少厂站用地和对站外的安全和环境的保护距离3.8围堰区的优化设计3.8.1围堰局部竖向起拱图1表示了圆形和矩形围堰两种常规平面形式，并着重图解了优化矩形平面的设置方法①优化围堰的平面描述与常规矩形围堰不同，优化矩形围堰未将圆形围堰全部包含于内由于其区域面积的缩小，切去了部分圆形围堰区域，如图l所示的阴影部分②竖向起拱的产生由图l，每台储罐对应3处相同的阴影部分，这些区域所衔接的围堰范围内围堰扩距已不满足L+h≮22.5m和L≮20.5m的要求，即不满足定值(1)的要求，减小的是阴影区域对应的数值那么，将此在平面中不足的区域对应折加到围堰竖向高度上，即将L值的不足由加大h值来补充，就仍能满足定值(1)的要求。
继而就产生了位于以储罐中心轴(储罐直径垂直于围堰处)为中心的围堰竖向起拱在起拱部位的围堰，起拱高度为h1，围堰内高度h＝2m+h1随着L由最大20.5m到最小16.5m的逐渐减小，起拱高度h1从最小0到最大4.0m，始终满足定值(1)的要求③竖向起拱的参数竖向起拱的参数包括弧半径、拱高和弦长首先确定弧半径为11.15m+20.50m＝31.65ma．竖向起拱的弦长和起终点如图1中G和G1两点处此时围堰扩距与基准扩距相同，L＝FG＝20.5m，竖向起拱高度h1＝0满足定值(1)的要求在直角三角形△ODG中，OG＝31.65m，OD＝27.65m，计算得(半弦长)DG＝15.4m，故弦长为30.8m，∠DOG＝29°b．最大拱高如图l中D点处，与围堰基准扩距相比，被切去了阴影区域部分围堰扩距最小，L＝ED＝16.50m，竖向起拱为最大起拱高度(4m)，满足定值(1)的要求c．其他位置如图l中B点处，此时围堰扩距L＝AB，AB+BC＝20.5m；为保持图而简洁，图1中线段ON未画出由于0B+BNON，ON＝OB+BC，则OB+。