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1、LNG 加气站在应该注意的几个安全技术问题液化天然气作为一种清洁、高效优质的能源，成为我国乃至世界能源供应增长速度最快的领域，这是因为 LNG 除了可用在工业燃料和化工原料外，还可用作民用燃料，尤其在城市配气系统中作为调峰的手段，能充分保证城市安全、平稳的供气。这就使我国迅速成为跨入 LNG 进口大国的行列。为此，本文对 LNG 特有的物理现象加以分析，介绍了 LNG 在储存和运输中的各种潜在的危害及预防措施，对加强 LNG 的安全利用，促进我国 LNG 储运发展可以起到一定的指导作用。LNG 加气站的建加气站的建设设1 LNG 的理化指的理化指标标分析特点分析特点液化天然气(Liquefie
2、d Natural Gas,简称 LNG)是将天然气(NG)经过净化处理，除去水、二氧化碳、硫之类的杂志以及重碳氢化合物，然后采用节流膨胀、混合冷源制冷等深冷工艺将气体冷却到-162，使甲烷变成液态，成了液化天然气。它的主要成分是甲烷，甲烷含量通常在90以上，常压下的沸点约为-162，密度约为0.425kgL平均分子量约为18。下面表1标明了 LNG 的部分基本物理特性。表1LNG 的基本物理特性物理特性单位数据沸点(常压)-162密度kgm3425气体密度(常温常压)Kg/Nm30.688汽化潜热KJkg510.0LNG 比热容KJ(kg.k)3.4667气体比热容KJ(kg.k)2.219
3、0气一液体积比 6251辛烷值MON130注：LNG 随产地的不同组分会稍微有一些差异，物理性质也会随看发生相应的细微改变。LNG 在兼备 CNG 的特点外，更具安全、高效、环保、经济等多方面的优势。LNG 的燃点为650，比汽、柴油的燃点高；LNG 的爆炸极限为515，-106.7以上的 LNG 蒸气比空气轻，稍有泄露立即挥发飞散，很难形成遇火燃烧爆炸的浓度。因此，无论 LNG，还是它的蒸气都不会在一个不封闭的环境下爆炸。LNG 的储存压力一般小于1.6 MPa，远低于 CNG 的储存压力，这样就避免了 CNG 因采用高压容器所带来的潜在危险，同时也大大减轻了容器自身的重量。天然气低温液化后
4、，其密度为标准状态下的600多倍，体积能量密度约为汽油的72，而为 CNG 的23倍，因而同等燃料体积下 LNG 的续驶里程是 CNG 的23倍，与汽油车相当。天然气液化前必须经过严格的预净化，因而 LNG 中的杂质含量远低于 CNG，这为汽车尾气排放满足更加严格的标准创造了有利条件。LNG 生产基地及运输车队LNG 以液态储存输送，摆脱了天然气管网的束缚,LNG 加气站具有储存效率高、充装速度快、设备简单、占地面积小、噪音小、便于建站布点等特点。正以它显著的环保功能和经济效益，在清浩汽车行动”中得到高度重视。2国国际际上上 LNG 汽汽车车的的发发展展现现状状20世纪80年代以来，液化天然气
5、用量较多的国家如日本、美国、法国、英国等除了继续使用 LPG 汽车之外，都积极开展了对 LNG 使用在汽车上的研究和开发应用。目前世界上约有4000多辆 LNG 汽车在运行，其中美国就已经在30多条公交线路上投入了2000多辆 LNG 清洁燃料汽车，建成了60多个 LNG 汽车加气站。日本是世界 LNG 最大进口国，LNG 汽车发展也非常迅速。 上上图为贵图为贵州市公共交通州市公共交通总总公司投入使用的公司投入使用的 LNG 汽汽车车图为图为 LNG 气瓶在气瓶在长长沙市沙市龙骧龙骧巴士公司装巴士公司装车车使用使用3 LNG 在使用中在使用中值值得注意的几个关得注意的几个关键键安全技安全技术问
6、题术问题3.1如何控制蒸发量的问题60升气瓶控制蒸发量在1.5，120升气瓶控制蒸发量在2.5，200升以上气瓶控制蒸发量在3.5。LNG 车载气瓶一般采用双层金属加真空缠绕绝热技术。LNG 车车用超用超级绝热级绝热气瓶气瓶 采用这种技术日蒸发率能控制在 O.2以内，因此可以保证714d 基本不发生蒸发损失。目前，LNG 车载气瓶己实现国产化。 LNG 车车用超用超级绝热级绝热气瓶在汽气瓶在汽车车上的上的应应用用3.2运输和储存过程的安全问题LNG 的存储是天然气开发利用的关键技术之一，存储的安全性是很重要的。在考虑 LNG 储运安全性时，应充分考虑到贮存和装卸时，若LNG 意外泄漏或溢出,L
7、NG 急速气化、扩散，并与空气混合形成易燃、易爆的混合气体，泄露扩散后的可燃气，达到可燃浓度界限时，在一定温度下，或遇到明火会形成轰燃，继而形成难以控制的火灾。由于天然气是多组分的混合物，随产地的不同它的组分也是有差异的。LNG 低温充注和储存在槽罐内，因密度差会形成分层。从储槽护壁渗入的热量可能会引起液体层之间的混合，并进而发生流体的涡旋，促使 LNG 存储失去稳定，大量蒸发，既造成了经济上的损失又会对 LNG 储槽的安全使用产生威胁。3.2.1储罐内 LNG 产生分层与翻腾的原理由于天然气，特别是来自不同气田的天然气，在组分上存在一定的差异，所以 LNG 的密度也会有所不同。如果不同密度的
8、 LNG 储存在同一储罐内，容易引起 LNG 分层：密度较大的 LNG 积聚在储罐底部，而密度小的则处于顶部；底部 LNG 因受到上面 LNG 重力的作用，压力高于顶部 LNG，蒸发温度相应提高，相对于该压力所对应的蒸发温度来说，底部 LNG 成为具有一定过冷度的 LNG，蒸发速度较上部LNG 慢。而外界热量总是不断由外而内地传递，底部 LNG 获得的热量中有相当一部分促使 LNG 的温度升高。由于温度升高，密度将减小，当底部 LNG 的密度小于上部 LNG 的密度时，分层平衡将被破坏，形成所谓的“翻滚“。此时，底部 LNG 的温度高于上部 LNG 温度，混合后温度低的 LNG 被底下翻上来的
9、温度较高的 LNG 加热而蒸发加剧，底部温度较高的 LNG 翻上来以后，失去了上面 LNG 重力的作用，压力降低，成为过热的 LNG，也将产生剧烈的蒸发。因此，平衡被破坏以后，液体“翻滚”引起 LNG 蒸发率剧增。如来不及排出大量的LNG 蒸发气体，储罐内压力将超过没计工作压力，对 LNG 的安全储存非常不利。3.2.2储罐内 LNG 分层和“翻滚”_的预防和控制当船运 LNG 注入储罐时，LNG 在充装时可以从上部管口直接进入储罐，也可以通过顶部插入管由底部进入储罐。这样的设计可使不同比重的 LNG 以不同的方式进入储罐。通常，为防止储罐内的 LNG发生分层和“翻滚”，较重的 LNG 从上部
10、进入，较轻的 LNG 从下部进入。同时，也可通过 LNG 低压输送泵使罐内 LNG 循环到上部或底部，从而有效防止分层、翻滚现象的产生。在储罐顶设置环状喷嘴，可以在储罐充装 LNG 之前，用少量 LNG 对储罐进行预冷，以避免储罐在充装时温度急剧变化导致过高的应力和 LNG 的大量蒸发气化，这种设计对储罐的安全很重要。如果该调峰储罐储有 LNG 并持续一段时间未再注入或使用LNG，则由于外界热量的导入，使 LNG 蒸发，从而使罐内的 LNG 密度提高，这时再注入 LNG 就有可能形成 LNG 的分层。在实际操作过程中，可以采取一些方法防止 LNG 分层和“翻滚”：1)根据 LNG 的密度等因素
11、，设计合理的 LNG 充装工艺；2)设置循环系统；3)监控 LNG 的蒸发速率；4)针对罐内 LNG 的整个高度进行温度、密度检测；5)避免在同一个储罐内储存品质相差较大的 LNG；6)LNG 的氮含量应低于1mo1。一旦储罐内发生 LNG“翻滚”，气化后的大量天然气将难以及时通过泄放装置排放。为防止发生事故，还需设置安全排放口、排放火炬、回收压缩系统等。3.2.3贮罐压力控制LNG 贮罐的内部压力需要控制在允许的范围之内，罐内压力过高或出现负压对贮罐都是潜在的危险。影响贮罐压力的因素很多，诸如热量进入引起液体的蒸发、充注期间液体的闪蒸、大气压下降或错误操作，都可能引起罐内压力上升。另外，在非
12、常快的速度进行排液或抽气、充注的液体温度较低时，有可能使罐内形成负压。LNG 贮罐应具有罐内压力的控制装置，使罐内的压力在允许范围之内。除此之外，贮罐还必须有足够的压力安全阀和真空安全阀。真空安全阀能感受当地的大气压，以判断罐内是否出现真空。前者防止贮罐超压，后者预防贮罐出现负压。LNG 贮罐的压力安全阀和真空安全阀与罐体之间还需设置有一个手动开关的截止阀，以便安全阀的检修。安全排气装置还应充分考虑在火灾情况下如何进行安全排放。3.3如何控制低温带来的烧伤问题低温表面包括 LNG 液体表面、LNG 低温管线及设备等。如果与这些低温表面接触的皮肤区域没有得到充分的保护，就会导致低温冻伤。冻伤的程
13、度由接触时间的长短以及皮肤与冷源之间的热传导率决定。皮肤与液体及低温金属物之间的热传导率较高。如果皮肤的表面潮湿，与低温物体接触后，皮肤就会粘在低温物体的表面。这时候如硬将皮肤从低温表面挪开，就会将这部分皮肤撕裂。因此，可通过加热的方式将粘结的皮肤从低温表面挪开。对于接触低温的操作人员，一定要穿上特殊的劳保服，防止皮肤与低温液体直接接触。LNG 工厂操作工人特殊的劳保包括：配带防护镜或护目镜、安全帽、隔音耳塞或耳机，以保护暴露在外的眼睛及脸部；必须戴上皮手套，穿长裤、长袖的工装及高筒靴，这些衣物都要求由专门的合成纤维或纤维棉制成，且要尺寸宽大，便于有低温液体溅落到上面时，快速脱下。对于低温设备
14、，包括低温管线及阀门，设计上都考虑到了操作工的安全，对它们都要求进行保冷、防护，这样就可避免操作工直接与低温金属表面相接触。对于其它表面及结构，例如支撑物或其它组件，由于 LNG 或低温气体的排放，它们就可能变成低温。这时操作工除了可能与低温表面接触造成伤害外，还会面临由于材料自身特点发生变化而造成意外伤害。 因此，工厂操作人员应熟悉与低温接触的这部分构件的性质，避免产生意外伤害。人员与低温气体接触后，其接触面比与低温液体的接触面大。低温气体大量释放，其导热率相应较高，会大面积地冻伤人体。呼吸低温蒸气有损健康，在短时间内，将导致呼吸困难，时间一长，就会导致严重的疾病。所有的 LNG 蒸气并没有
15、毒，但它们会降低氧气的含量，导致窒息。如果吸纯 LNG 蒸气，很快就会失去知觉，几分钟后便死亡。当空气中氧含量逐渐降低，操作工人可能并不会意识到。等最后意识到时，已经太迟。要预防低温气体对人体产生窒息危害，则需配备可燃气体探测器。在封闭房间内，应安装固定的可燃气体探测器，在室外，应配备便携式可燃气体探测器，随时探测低温气体浓度。一旦低温气体浓度达到报警值，探测器就会发出报警，避免低温气体对人员造成伤害。3.4 LNG 汽车发动机存在的问题点及其对策3.4.1存在问题LNG 汽车在使用中仍然存在一些问题，特别是在汽油车基础上改装的 LNG汽油两用燃料车辆，其中最为突出的是发动机功率下降问题。汽车
16、在使用天然气燃料时功率一般要下降15左右，个别时候下降更多。3.4.2功率下降产生原因天然气汽车的功率下降主要原因在于燃料本身的特性和发动机的构造两个方面。在燃料性质方面，汽油是液体燃料，而天然气是气体燃料。使用汽油时液态汽油体积比(58.4：1)的体积与进气体积相比几乎可以忽略不计，但使用天然气(体积比9.52：1)作燃料时，燃料本身的体积在整个进气中占有较大比例，因此导致进入气缸的氧气量减少，充气系数下降在同样的气缸工作容积下用天然气作燃料时作的功比用燃油作燃料时少，从而导致发动机功率下降。在发动机构造方面，决定发动机功率的主要因素是发动机的压缩比，压缩比越大，热效率越高，有效功率就越大。同时，压缩比越大发动机爆震的倾向也越大。汽油的抗爆性决定了汽油机的压缩比不可能太大但天然气的辛烷值高，其抗爆性好，完全可以用于压缩比较大的发动机，从而提高其功率。3.4.3改普对策(1)提高充气系数：充气系数下降是导致天然气汽车功率下降的重要原因，解决办法是采取进气增压、增浓措施，以及优化燃气和空气混合器的设计，提
