第27卷第7期煤氣與熱力Vol 27 No. 72007年7月GAS heatJul.2007液化天然氣LNG氣化站的安全設(shè)計朱昌偉,馬國光,李剛(1.西南石油大學(xué),四川成都610500;2.中海石油管道輸氣公司,海南?？?70105摘要:簡述了ING的危險性和我國ING氣化站的發(fā)展現(xiàn)狀,從設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、總平面布置、圍堰區(qū)、儲罐、氣化器、ING輸送管道以及消防等方面論述了ING氣化站的安全設(shè)計。關(guān)鍵詞:液化天然氣;氣化站;儲罐;安全中圖分類號:TU96文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1000-4416(2007)07-0020-04Safety Design of LNG Vaporizing StationZHU Chang-wei, MA Guo-guang, LI Gang(1. Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. CNoOC Gas Pipelining CoLtd, Haikou 570105, China)Abstract: The hazard of LNG and the current development status of LNG vaporizing station in Chi-na are introduced briefly. The safety design of LNG vaporizing station is discussed in aspects of designstandards, general arrang area, storage tanks, vaporizer, LNG transmission pipeline,fire control and so onKey words: LNG; vaporizing station; storage tank; safety1概述中國LNG供氣的序幕1.1LNG的危險性1目前國內(nèi)已建成使用的LNG氣化站逾30座。①低溫的危險性:LNG的儲存和操作都在低隨著新疆廣匯LNG廠于2004年投產(chǎn),以及廣東沿溫下進(jìn)行,一旦發(fā)生泄漏,會使相關(guān)設(shè)備脆性斷裂和海LNG接收終端的建成投產(chǎn),LNG供應(yīng)在我國將形遇冷收縮,從而破壞設(shè)備,引發(fā)事故。并且,低溫成南、中、西的供應(yīng)格局。加之LNG氣化工程的關(guān)ING能凍傷操作人員。鍵設(shè)備如低溫儲罐、氣化器、低溫閥門及運輸設(shè)備的②火災(zāi)危險性:天然氣與空氣混合能形成爆國產(chǎn)化,可以預(yù)見,在未來5年我國將會迎來LNG炸性混合氣體,爆炸極限(體積分?jǐn)?shù))為5%~15%。氣化站建設(shè)的高峰如果存在火源,極易著火燃燒,甚至爆炸。2LNG氣化站的安全設(shè)計③對人體的危害:雖然LNG蒸氣無毒,但是2.1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如果吸進(jìn)純的LNG蒸氣,人會迅速失去知覺,幾分設(shè)計時可參考的國外標(biāo)準(zhǔn)主要有美國的NF鐘后死亡;當(dāng)大氣中氧的含量逐漸減少時,工作人員PA59A《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝卸標(biāo)可能警覺不到而慢慢地窒息。準(zhǔn)》、NFPA57《ING汽車燃料系統(tǒng)》等;國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)2我國LNG氣化站的發(fā)展現(xiàn)狀有中國煤化工氣設(shè)計規(guī)范》;CB2001年中原油田建成了我國第一座生產(chǎn)型的501CNMHG設(shè)計防火規(guī)范》,(建LNG裝置,淄博LNG氣化站同時建成投產(chǎn),揭開了筑議計切火觀范守。www.watergasheat.com朱昌偉,等:LNG氣化站的安全設(shè)計笫27卷第7期22總平面布置2切斷裝置,它應(yīng)與全部的控制計量儀表分開設(shè)置。LNG氣化站總平面布置設(shè)計要合理地確定站e.為了避免儲罐內(nèi)形成空氣與天然氣的混合氣內(nèi)各作業(yè)區(qū)和設(shè)備的位置,以確保氣化站有一個安導(dǎo)致事故儲罐在首次使用或停止使用進(jìn)行內(nèi)部檢全的環(huán)境。對于LNG的溢出,總希望能夠預(yù)測LNG修時,要進(jìn)行惰化處理。蒸氣量與溢出距離和溢出時間的函數(shù)關(guān)系,這樣可f根據(jù)地質(zhì)、氣象等資料,分析發(fā)生地震、風(fēng)災(zāi)、以通過溢出的流量和時間來預(yù)測可能產(chǎn)生危險的區(qū)雪災(zāi)等自然災(zāi)害的可能性及其特征,考慮儲罐的抗域震和抵御風(fēng)雪載荷的能力NFPA59A已經(jīng)對氣化站邊界線以外的人身和②LNG渦旋現(xiàn)象的預(yù)防財產(chǎn)的影響做了明確的安全要求,這些要求限制了渦旋現(xiàn)象( rollover),也稱翻滾,通常出現(xiàn)在在邊界線的熱輻射量。現(xiàn)在各種計算機軟件能夠模多組分的液化天然氣中,是由于向已裝有LNG的低擬LNG儲存設(shè)施周圍的火災(zāi)輻射和氣體擴散濃度,溫儲罐中充注新的LNG,或由于LNG中的氮優(yōu)先蒸例如 LNGFIRE(ING燃燒的熱輻射模型)和DE-發(fā)而使儲罐內(nèi)的液體發(fā)生分層而引起。在已有的GAIS(氣體擴散濃度程序)。些研究中,對該問題的解釋是:密度較大的液體積聚2.3圍堰區(qū)在儲罐底部,而密度較小的液體處于儲罐頂部,底部圍堰區(qū)是指用混凝土、金屬等耐低溫材料在液體因受到上面液體重力的作用,壓力高于上部液LNG儲罐周圍建造的堤防、防護(hù)墻或排液系統(tǒng)所圍體,對應(yīng)的蒸發(fā)溫度相應(yīng)提高,且底部LNG具有成的區(qū)域。LNG儲罐周圍必須設(shè)置圍堰區(qū),以將儲定的過冷度,蒸發(fā)速度較上部液體慢。外界熱量總罐發(fā)生事故時對周圍設(shè)施造成的危險降低到最小程是不斷由外向內(nèi)傳遞,底部液體獲得熱量,其溫度升度高,密度減小,當(dāng)?shù)撞恳后w密度小于上部液體密度2.4LNG儲罐時,分層平衡將被破壞,形成渦旋現(xiàn)象,引起液體蒸LNG儲罐按結(jié)構(gòu)形式可分為地下儲罐、地上金發(fā)率劇增。屬儲罐和金屬-預(yù)應(yīng)力混凝土儲罐3類,地上LNG計算機模型已經(jīng)發(fā)展到能夠預(yù)測渦旋發(fā)生的時儲罐又分為金屬子母儲罐和金屬單罐2種。LNG間、分層和氣體釋放率,然而,渦旋發(fā)生時氣體釋放氣化站采用何種儲罐,主要取決于其儲存量。儲存率的峰值很難精確預(yù)測。因此,為避免渦旋的發(fā)生量為1200~5000m3時可采用金屬子母儲罐帶壓在設(shè)計時預(yù)防非常必要?？梢酝ㄟ^測量LNC儲罐儲存和常壓罐儲存。儲存量為1200m3以下的城內(nèi)垂直方向上的溫度和密度來確定是否存在分層,市LNG氣化站,基本采用金屬單罐帶壓儲存。當(dāng)分層液體之間的溫差>0.2K,密度差>0.5kg①LNG儲罐的安全措施23m3時,一般認(rèn)為發(fā)生了分層。防止發(fā)生渦旋現(xiàn)象的a.為保證儲罐及連接部件在ING及其冷蒸氣方法有下能正常工作,儲罐材料必須滿足低溫性能要求。a將不同產(chǎn)地、不同氣源的LNG分開儲存,可暴露的儲罐隔熱層應(yīng)防火、防水、阻燃、阻LNC蒸避免因密度差而引起的分層。b.根據(jù)需儲存的氣,并且在消防水的沖擊力作用下不會移動。LNG與儲罐內(nèi)原有LNG的密度差異,選擇正確的充b.儲罐之間需要有適當(dāng)?shù)膬艟啾阌谠O(shè)備的安注方式。c.使用混合噴嘴和多孔管向儲罐中充注裝、檢查和維護(hù)。NFPA59A中的表2.2.4.1明確規(guī)NG。d.檢測LNG的蒸發(fā)速度,LNG分層會抑制定了ING儲罐之間的最小凈距和布置要求(2。ING的蒸發(fā)速度,使出現(xiàn)渦旋前的蒸發(fā)速度比通常c.儲罐的液相管上安裝緊急切斷閥,發(fā)生意外情況下的蒸發(fā)速度低。事故時切斷儲罐與外界的連通,防止儲罐內(nèi)的LNG③儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率泄漏。每臺儲罐應(yīng)設(shè)2套相互獨立的液位測量裝儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率能較為直觀地反映儲罐在使用置在選擇測量裝置吋應(yīng)考慮密度的變化。在儲罐時的神性甘守%為沮的熱壓力容器在裝有真空層設(shè)壓力儀表,用于測量真空層的絕對壓力。大中國煤化本時,靜止達(dá)到熱平d儲罐應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個高液位報警器,使操作人衡后CNMHG溫液體質(zhì)量和容器員有足夠的時間停止進(jìn)料。儲罐應(yīng)設(shè)置高液位進(jìn)料有效容積下低溫液體質(zhì)量的比值。LNG氣化站大第27卷第7期煤氣與熱力www.watergasheat多釆用50m3及100m3帶壓ING儲罐,文獻(xiàn)[5、6]料的屈服極限。通?？刹捎媒饘俨y管、管環(huán)式補對其靜態(tài)蒸發(fā)率的要求見表1。償器以及熱膨脹系數(shù)小的管材等方法解決。國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中沒有給出LNG儲罐蒸發(fā)率的2.7氣化站的消防上限標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計時可以參考液氮的標(biāo)準(zhǔn)。消防系統(tǒng)的安全設(shè)計原則是:盡量切斷氣源控表1立式和臥式低溫絕熱容器的靜態(tài)蒸發(fā)率制泄漏;對儲罐及鄰近儲罐的設(shè)備進(jìn)行冷卻保護(hù),避Tab. 1 Static evaporation rate of vertical and horizontal免設(shè)備超壓造成更大的災(zāi)害;將泄漏的LNG引至安yogenic adiabatic vessels絕熱形式容積/m}液氮靜態(tài)蒸發(fā)率(上限)/%統(tǒng)安全設(shè)計主要包括以下幾個部分,消防系全地帶氣化,避免燃燒擴大。根據(jù)以上原則,固定罐移動罐罐式集裝箱高真空①緊急關(guān)閉系統(tǒng)0.1500.1500.240多層絕熱100每個LNG設(shè)備上都應(yīng)裝備緊急關(guān)閉系統(tǒng)0.350(ESD),該系統(tǒng)可隔離或切斷LNG、可燃液體、可燃真空粉末0.25070.2400.380制冷劑和可燃?xì)怏w的來源,并關(guān)閉一些如繼續(xù)運行2.5氣化器可能加大或維持災(zāi)情的設(shè)備LNG氣化器按其熱源的不同,可分為加熱氣化②火災(zāi)和泄漏監(jiān)控系統(tǒng)器、環(huán)境氣化器和工藝氣化器,其安全設(shè)計主要考慮該系統(tǒng)主要包括:設(shè)置在氣化器里的碳?xì)浠弦韵乱蛩?3):物泄漏檢測器和設(shè)置在大氣中的可燃?xì)怏w檢測器①除非導(dǎo)熱介質(zhì)不可燃,否則氣化器及其熱在氣化區(qū)、儲罐區(qū)、外送泵區(qū)設(shè)置的紫外線或紅外線源與其他任何火源之間的水平凈距至少為15m,整火焰探測器,在控制室、電氣室以及消防泵房設(shè)置的體加熱氣化器到圍墻的水平凈距至少為30m。煙氣檢測器以及用來檢測LNG是否泄漏的低溫檢②氣化器到LNG、可燃制冷劑或可燃?xì)怏w儲測器罐的水平凈距至少為15m,到控制大樓、辦公室、車③消防水系統(tǒng)間等有人的重要建筑物的水平凈距至少為15m。消防水系統(tǒng)由消防泵房、消防水池、消防給水管③站內(nèi)布置多臺加熱氣化器時,各氣化器之道及消火栓、消防水槍等組成。水可用來控制LNG間的水平凈距至少為1.5m。產(chǎn)生大火,但不是滅火。如果將水噴到LNG表面,④安裝在距ING儲罐15m之內(nèi)的任何環(huán)境會使LNG的蒸發(fā)率增大,從而使LNG的火勢更大。氣化器或加熱氣化器,均應(yīng)在液體管道上設(shè)置自動因此,不能用水直接噴淋到LNG或LNG蒸氣上。切斷閥,此閥應(yīng)設(shè)置在距離氣化器至少3m處。用水的目的主要是將尚未著火而火焰有可能經(jīng)過的⑤每臺氣化器應(yīng)提供一種距氣化器至少15地方淋濕,使其不易著火m的切斷熱源的方式。④干粉滅火系統(tǒng)⑥為防止泄漏的LNG進(jìn)入備用氣化器,可安干粉滅火劑是撲滅高壓力、大流量天然氣火災(zāi)裝2個進(jìn)口閥門,并采取安全措施排空積存在兩個的最有效措施。由于干粉滅火劑對燃燒物的冷卻作閥門之間的LNG和蒸發(fā)氣體。用很小,在撲滅較大規(guī)模的火災(zāi)時,如滅火不完全或⑦應(yīng)設(shè)置恰當(dāng)?shù)淖詣踊O(shè)備,以避免ING及因火場中熾熱物的作用,容易發(fā)生復(fù)燃其蒸氣在異常情況下進(jìn)入輸配系統(tǒng)。⑤泡沫滅火系統(tǒng)2.6LNG輸送管道泡沫滅火劑可分為化學(xué)泡沫滅火劑、空氣泡沫在進(jìn)行ING管道設(shè)計中,不僅要考慮低溫液體滅火劑、氟蛋白泡沫滅火劑、水成膜泡沫滅火劑等。的隔熱要求還應(yīng)特別注意因低溫引起的熱應(yīng)力防LNG氣化站常采用高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng),滅火器噴止水蒸氣滲透避免出現(xiàn)冷凝和結(jié)冰、管道泄漏的探出大量泡沫覆蓋在泄漏的LNG上面,減少來自空氣測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,管道的中國煤化工的速度的熱補償是一個需要細(xì)心考慮的重要問題。兩個固CNMHG規(guī)范》(GB50140定點之間,由于冷收縮產(chǎn)生的應(yīng)力可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過材2005的規(guī)定,生產(chǎn)區(qū)為嚴(yán)重危險級場所,設(shè)置手提www.watergasheat.com朱昌偉,等:LNG氣化站的安全設(shè)計第27卷第7期式干粉滅火器和推車式干粉滅火器。控制室、變電參考文獻(xiàn)室內(nèi)配置手提式二氧化碳滅火器,以保證迅速有效[1]顧安忠,魯雪生,汪榮順,等.液化天然氣技術(shù)[M]地?fù)錅绯跗诨馂?zāi)和零星火災(zāi)。北京:機械工業(yè)出版社,2003⑦其他安全措施[2]NFPA59A,液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝卸標(biāo)準(zhǔn)合理進(jìn)行功能分區(qū),將生產(chǎn)區(qū)、輔助區(qū)合理分開;選擇與防爆等級相適應(yīng)的電氣設(shè)備,保證站區(qū)供3]CB50028—2006,城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范[S][4]林文勝,顧安忠,李品友.液化天然氣的分層與渦旋研電系統(tǒng)的安全可靠性;對站內(nèi)工作人員進(jìn)行定期培究進(jìn)展[冂].真空與低溫,200,(6):125-132訓(xùn),使其了解LNG特性及可能產(chǎn)生的危害和影響,[5]cB18442-20,低溫絕熱壓力容器[s了解防護(hù)用品的作用及正確使用方法;編制應(yīng)急事[6JB4780-2002,液化天然氣罐式集裝箱[S]故處理預(yù)案等。[7]王蕾,李帆.LNG氣化站的安全設(shè)計[J]、煤氣與熱3結(jié)語力,2005,25(6):30-33.LNG設(shè)施在國外已安全、環(huán)保地運行了30年,[8]王忠.LNG站消防設(shè)計探討[冂].消防科學(xué)與技術(shù)但是,設(shè)計出既安全又經(jīng)濟的LNG氣化站仍是一項2001,(4):10-12挑戰(zhàn)。未來5年我國將建設(shè)更多更大規(guī)模的LNG作者簡介:朱昌偉(1981男,河南虞城人氣化站,這些項目中將有不少選址在人口密集的地碩士生,研究方向為LNG儲罐(槽)的設(shè)方,因此安全問題更應(yīng)引起高度重視。為適應(yīng)我國LNG工業(yè)高速發(fā)展的需要,應(yīng)盡快頒布我國的ING電話:134389678設(shè)計、施工規(guī)范,以指導(dǎo)LNG應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計、施工E-mail: huchangwei2002@ 163和運行管理收稿日期:2006-09-18;修回日期:2006-11-2信息中國土木工程詹天佑獎簡介為了推動科技進(jìn)步,把當(dāng)今優(yōu)秀科技成果應(yīng)用于工程實踐中,創(chuàng)造出先進(jìn)的土木建筑工程,199年,中國土木工程學(xué)會與北京詹天佑土木工程科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會設(shè)立了中國土木工程詹天佑獎(以下簡稱詹天佑大獎)。詹天佑大獎是經(jīng)建設(shè)部認(rèn)定、國家科技部核準(zhǔn)的土木工程建設(shè)領(lǐng)域最高獎項(工程大獎),旨在獎勵和表彰我國在科技創(chuàng)新和科技應(yīng)用方面成績顯著的優(yōu)秀土木工程建設(shè)項目。本獎評選充分體現(xiàn)“創(chuàng)新性”(獲獎工程在設(shè)計、施工技術(shù)方面應(yīng)有顯著的創(chuàng)造性和較高的科技含量)、“標(biāo)志性”(反映當(dāng)今我國同類工程的最高水平)、“權(quán)威性”(學(xué)會與政府主管部門協(xié)同推薦與遴選)。本項大獎是我國土木工程界工程技術(shù)方面的榮譽獎,每兩年評選一次。大獎的評審由“大獎評選委員會”組織進(jìn)行。評選委員會由各專業(yè)土木工程專家組成。設(shè)大獎指導(dǎo)委員會負(fù)責(zé)工程評選的指導(dǎo)和監(jiān)督。指導(dǎo)委員會由建設(shè)部、交通部、鐵道部等有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)組成。對榮獲大獎的主要單位授予“詹天佑”金像和榮譽證書;在獲獎工程上嵌掛“獲獎標(biāo)牌”;在科技、建設(shè)及學(xué)術(shù)報刊上發(fā)表蕤獎名單,在評獎年度舉行頒獎大會。2000年5月30日在杭州舉行首屆中國土木工程詹天佑大獎頒獎大會。(本刊通訊員供稿中國煤化工CNMHG