LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)曹乖艷西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司蘇州分公司江蘇215021[摘要]本文首先介紹了LNG氣化站簡(jiǎn)介，其次探討了LNG氣化站的發(fā)展現(xiàn)狀及危險(xiǎn)性分析，最后重點(diǎn)討論了LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)。[關(guān)鍵詞] LNG;氣化站;安全設(shè)計(jì)中圖分類號(hào): S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文 章編號(hào):一、前言隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的各行業(yè)發(fā)展也是相當(dāng)迅速的，對(duì)LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)是對(duì)于LNG安全至關(guān)重要的，同時(shí)不僅影響著我國(guó)人們的人生安全，而且影響著國(guó)家的發(fā)展。二、LNG氣化站簡(jiǎn)介1、LNG氣化站工藝流程用槽車運(yùn)來(lái)的LNG在卸車臺(tái)經(jīng)卸車增壓器增壓后，將LNG送 入LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。LNG氣化時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)少量LNG進(jìn)入儲(chǔ)罐自增壓器，吸熱相變后，氣態(tài)天然氣返回儲(chǔ)罐，使得儲(chǔ)罐內(nèi)壓力增大，儲(chǔ)罐和管道形成壓力差，在壓力差的作用下，儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG經(jīng)管道進(jìn)入空溫式氣化器。在空溫式氣化器內(nèi)，LNG吸熱發(fā)生相變，再以氣態(tài)形式進(jìn)入天然氣緩沖罐。LNG經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入混氣站，與氣源廠其他氣源摻混后進(jìn)入燃?xì)夤芫W(wǎng)。圖1是ILNG氣化站工藝流程。B0G加熱器BOC儲(chǔ)啡 丙EAG加熱器X高點(diǎn)故空管水福式汽化路進(jìn)入族市營(yíng)網(wǎng)o LNC羊空濕式汽化器L曲了儲(chǔ)罐增壓器LNG氣化站工藝流程圖2、LNG特性(1)易蒸發(fā)性LNG是深冷液體，很容易被周圍的空氣加熱轉(zhuǎn)化為NG,溫度也隨之上升。-107°C是一個(gè)重要的分界點(diǎn)，NG溫度低于-107°C時(shí)，氣體密度比空氣大; NG溫度等于-107C時(shí)， 氣體密度與空氣相當(dāng); NG溫度高于- 107C時(shí)，氣體密度比空氣小。-般情況下，NG密度小于空氣，很容易向上擴(kuò)散。但若LNG大量泄漏，短時(shí)間來(lái)不及與周圍空氣進(jìn)行熱交換，溫度就可能低于-107°C,其蒸氣云的密度比空氣低。這樣NG會(huì)順著地面或向低處曼延，擴(kuò)散到很遠(yuǎn)的地方，- - 旦遇到點(diǎn)火源，就會(huì)燃燒，甚至回燃、爆炸，非常危險(xiǎn)。(2)易燃、易爆性NG是甲類易燃、易爆物質(zhì)，與空氣混合后在一-定條件下是可燃的，其燃燒范圍大約在體積分?jǐn)?shù)為5%~ 15%。(3)低溫性深冷的LNG具有低溫性，某些材料與之接觸會(huì)變脆、易碎和冷收縮，使設(shè)備損壞，引起LNG泄漏。人體持續(xù)接觸LNG后，會(huì)引起嚴(yán)重的低溫凍傷和人體組織損壞。(4)窒息作用LNG蒸氣無(wú)毒，但如果吸入純的LNG蒸氣，會(huì)迅速失去知覺，幾分鐘后窒息死亡。當(dāng)大氣中的氧含量因LNG蒸氣含量增高而逐漸減少時(shí)，工作人員有可能警覺不到而慢慢地窒息死亡。三、LNG氣化站的發(fā)展現(xiàn)狀及危險(xiǎn)性分析1、LNG氣化站的發(fā)展現(xiàn)狀隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)和能源需求量的不斷擴(kuò)大，液化天然氣因其具有運(yùn)輸效率高、用途廣、供氣設(shè)施造價(jià)低、見效快、方便靈活等特點(diǎn)，給世界LNG工業(yè)的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。我國(guó)目前發(fā)展LNG進(jìn)口項(xiàng)目，建設(shè)LNG氣化站，彌補(bǔ)管輸天然氣的不足已成為目前城市行業(yè)較為關(guān)注的焦點(diǎn)。2、LNG危險(xiǎn)性分析LNG的成分中甲烷的摩爾分?jǐn)?shù)為96%以上,所以LNG和液體甲烷性質(zhì)基本類似，若處理不當(dāng)，極易發(fā)生事故。從LNG的特性出發(fā),危險(xiǎn)性主要有:①不同時(shí)刻進(jìn)入同一設(shè)備的LNG由于成分和密度差異引起分層，導(dǎo)致LNG突然大量蒸發(fā)，壓力驟升。:若壓力超過(guò)設(shè)備的極限承壓能力，會(huì)造成設(shè)備損壞和介質(zhì)泄漏，甚至爆炸。②LNG的儲(chǔ)存和操作都是在低溫下進(jìn)行的，一旦發(fā)生泄漏，低溫會(huì)造成材料性能下降，導(dǎo)致更加嚴(yán)重的事故，并對(duì)人體造成嚴(yán)重傷害。③雖然天然氣毒性較小，但其中主要成分為甲烷，泄漏后會(huì)造成窒息等人身傷亡事故。④天然氣與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限(體積分?jǐn)?shù))為3.6%-6. 5%，爆炸上限(體積分?jǐn)?shù))為13%-17%如果存在著火源，極易發(fā)生著火燃燒，甚至爆炸。同時(shí)，氣體燃燒產(chǎn)生的熱輻射會(huì)對(duì)人身及裝置造成極大危害?？梢姡琇NG氣化站的安全至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須確定與LNG裝置有關(guān)的危險(xiǎn)，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)氣化站的安全設(shè)計(jì)全面把關(guān)，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較高的安全水平。四、LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)可參考的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)主要有美國(guó)的NF-PA59A《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝卸標(biāo)準(zhǔn)》、NFPA57 (NG汽車燃料系統(tǒng)》等;國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)有: GB 50028- 2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》; GB50183 -2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》;GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等。2、總平面布置LNG氣化站總平面布置設(shè)計(jì)要合理地確定站內(nèi)各作業(yè)區(qū)和設(shè)備的位置，以確保氣化站有一個(gè)安全的環(huán)境。站址選擇一方面要從城市的總體規(guī)劃和合理布局出發(fā)，另一方面也應(yīng)從有利生產(chǎn)、方便運(yùn)輸、保護(hù)環(huán)境著眼。(1)站址應(yīng)選在城鎮(zhèn)和居民區(qū)的全年最小風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)。(2)考慮氣化站的供電、供水和電話通信網(wǎng)絡(luò)等各種條件，站址選在城市邊緣為宜。(3)站址至少要有一條全天候的汽車公路。(4)氣化站應(yīng)避開油庫(kù)、橋梁、鐵路樞紐站、飛機(jī)場(chǎng)等 重要戰(zhàn)略目標(biāo)。(5)站址不應(yīng)受洪水和山洪的淹灌和沖刷，站址標(biāo)高應(yīng)高出歷年最高洪水位0.5m以上。(6)應(yīng)考慮站址的地址條件，避免在滑坡、溶洞、塌方、斷層、淤泥等不良地質(zhì)條件的地區(qū)，站址的土壤耐壓力- -般不低于 0. 15MPa。3、圍堰區(qū)液化天然氣儲(chǔ)罐周圍必須設(shè)置圍堰區(qū),以保證儲(chǔ)罐發(fā)生的事故對(duì)周圍設(shè)施造成的危害降低到最小程度。圍堰區(qū)是指用壓實(shí)土、混凝土、金屬等低溫材料在LNG儲(chǔ)罐周圍建造的堤防、護(hù)墻或排液系統(tǒng)所圍成的區(qū)域。其作用是當(dāng)LNG 泄露或溢出時(shí)，將可燃液體限制在圍堰區(qū)內(nèi)，防止進(jìn)一步擴(kuò) 散;當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，阻止火焰向四周蔓延。4、LNG儲(chǔ)罐LNG儲(chǔ)罐按結(jié)構(gòu)形式可分為地下儲(chǔ)罐、地上金屬儲(chǔ)罐和金屬-預(yù)應(yīng)力混凝土儲(chǔ)罐3類，地上LNG儲(chǔ)罐又分為金屬子母罐和金屬單罐2種。LNG氣化站采用何種儲(chǔ)罐，主要決定于其儲(chǔ)存量。儲(chǔ)存量為1200m^-5000mi時(shí)可采用金屬子母儲(chǔ)罐帶壓儲(chǔ)存和常壓罐儲(chǔ)存。儲(chǔ)存量為1200m以下的城市LNG 氣化站，基本采用金屬單罐帶壓儲(chǔ)存。.(1)LNG儲(chǔ)罐的安全措施根據(jù)儲(chǔ)罐容積合理確定安全間距，見表1表1圍堰墻與站區(qū)圍墻之間、儲(chǔ)罐之間的水平凈距儲(chǔ)罐容積V/m3圍堰墻到站區(qū)圍墻的水平儲(chǔ)罐之 間水平凈距最凈距最小值/m小值/mv<0.50.00.5≤v<19.01.01.9≤v<7.6.61.57.6≤v<56.81.56.8≤V<114.015.0114.0≤v<265.023.0相鄰儲(chǔ)罐公稱直徑之儲(chǔ)罐公稱直徑的0.7倍,但和的 1/4， 且最小為265.0< V不小于30.0m .1.5m(2) LNG漩 渦現(xiàn)象的預(yù)防漩渦現(xiàn)象，也稱翻滾，通常出現(xiàn)在多組分的液化天然氣中，是由于向已裝有LNG的低溫儲(chǔ)罐中充注新的LNG,或由于LNG中的氮優(yōu)先蒸發(fā)而使儲(chǔ)罐內(nèi)的液體發(fā)生分層而引起。防止發(fā)生渦旋現(xiàn)象的方法有:①將不同產(chǎn)地、不同氣源的LNG分開儲(chǔ)存，可避免因密度差而引起分層。②根據(jù)需儲(chǔ)存的LNG與儲(chǔ)罐內(nèi)原有LNG的密度差異，選擇正確的充注方式。③使用混合噴嘴和多孔管向儲(chǔ)罐中充注LNG。④檢測(cè)LNG的蒸發(fā)速度，LNG分層會(huì)抑制LNG的蒸發(fā)速度，使出現(xiàn)渦旋前的蒸發(fā)速度比通常情況下的蒸發(fā)速度低。(3)儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率能較為直觀地反映儲(chǔ)罐在使用時(shí)的絕熱性能，其定義為低溫絕熱壓力容器在裝有大于有效容積的1/2的低溫液體時(shí),靜止達(dá)到熱平衡后,24h內(nèi)自然蒸發(fā)損失的低溫液體質(zhì)量和容器有效容積下低溫液體質(zhì)量的比值。5、氣化器美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NFPA59A將氣化器分為加熱氣化器、環(huán)境氣化器和工藝氣化器3類。氣化器安全設(shè)計(jì)主要有以下2方面內(nèi)容:(1)保證安全間距①除非導(dǎo)熱介質(zhì)不可燃，否則氣化器及其主熱源與其他任何火源之間的水平凈距至少為15m,整體加熱氣化器到圍墻的水平凈距至少為30m。②氣化器到LNG、可燃制冷劑或可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐的水平凈距至少為15m,到控制大樓、辦公室、車間等有人的重要建筑物的水平凈距至少為15m。③控制大樓、辦公室、商店、居民樓等建筑物，布置多個(gè)氣化器時(shí)，各氣化器之間的水平凈距至少為1.5m。(2)合理設(shè)置閥門等附件，主要包括:①每臺(tái)氣化器都應(yīng)設(shè)置進(jìn)口、出口切斷閥和安全閥。②為防止泄露的LNG進(jìn)入備用氣化器，可安裝兩個(gè)進(jìn)口閥門，并采用安全措施排空積存在兩個(gè)閥門之間的LNG或蒸發(fā)氣體。③在與氣化器的水平凈距為15m的LNG管路上安裝切斷閥，該閥門可由現(xiàn)場(chǎng)操作或遠(yuǎn)程控制，且有一-定 保護(hù)措施預(yù)防閥門因溫度過(guò)低而失效。④在液體管路上設(shè)自動(dòng)控制切斷閥，該閥門]到氣化器的水平凈距至少為3m,且在液體流量過(guò)大、設(shè)備周圍溫度異常、氣化器出口處溫度過(guò)低時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉。⑤加熱氣化器應(yīng)配備切斷電源的裝置，可由現(xiàn)場(chǎng)操作或遠(yuǎn)程控制。⑥設(shè)置自動(dòng)裝置，防止LNG或其蒸汽在異常溫度下進(jìn)入輸配系統(tǒng)。這些裝置應(yīng)與僅用于緊急情況的管路閥門配合使用。⑦設(shè)置溫度檢測(cè)儀，測(cè)量LNG、蒸發(fā)氣體和加熱介質(zhì)的進(jìn)口溫度。6、LNG輸送管道在進(jìn)行LNG管道設(shè)計(jì)中，不僅要考慮低溫液體的隔熱要求，還應(yīng)特別注意因低溫引起的熱應(yīng)力、防止水蒸氣滲漏、避免出現(xiàn)冷凝和結(jié)冰、管道泄露的探測(cè)方法以及防火等問題。LNG管 道和其他低溫液體輸送管道一樣，管道的熱補(bǔ)償是一個(gè)需要細(xì)心考慮的重要問題。7、氣化站的消防消防系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)原則是:盡量切斷氣源，控制泄露;對(duì)儲(chǔ)罐及臨近儲(chǔ)罐的設(shè)備進(jìn)行冷卻保護(hù)，避免設(shè)備超壓造成更大的災(zāi)害;將泄露的LNG引至安全地帶氣化，避免燃燒擴(kuò)大。根據(jù)以上原則，消防系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)主要包括分布控制系統(tǒng)、緊急關(guān)閉系統(tǒng)、火災(zāi)和泄漏探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、干粉泡沫滅火系統(tǒng)和其他一些安全措施。五、結(jié)束語(yǔ)因LNG的特性及發(fā)生危險(xiǎn)的危害性，我們不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)LNG進(jìn)行安全平設(shè)計(jì)是很有必要的，我們只有對(duì)LNG的安全性設(shè)計(jì)的合理可行了，得到即經(jīng)濟(jì)又安全的LNG氣化站。參考文獻(xiàn)[1]王忠. 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