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1、 液化天然气LNG安全技术方案第一节 概述天然气属于易燃易爆介质，在天然气的应用中，安全问题始终放在非常重要的位置。液化天然气是天然气储存和运输的一种有效的方法，在实际应用中，液态天然气也是要转变为气态使用，因此，在考虑LNG设备或工程的安全问题时，不仅要考虑天然气所具有的易燃易爆的危险性，还要考虑由于转变为液态以后，其低温特性和液体特征所引起的安全问题。 在考虑LNG系统的安全问题时，首先要了解液化天然气的特性及其潜在的危险性，针对这些潜在的危险性，充分考虑对人员、设备、环境等可能造成的危害，考虑相应的防护要求和措施。其次是要了解相关标准，我国液化天然气工业起步较晚，相关的标准还不太健全，对
2、于不同的LNG系统，还必要参照一些液化天然气工业比较发达的国家标准。如美国的NFPA59A、NFPA57、加拿大的49CFR193、英国的EN-1473、国际海事组织的（IMO）关于液化天然气体船运规定等。 对于液化天然气的生产、储运和气化供气各个环节，主要考虑的安全问题，就是围绕如何防止天然气泄漏，与空气形成可燃的混合气体，消除引发燃烧的基本条件以及LNG设备的防火剂消防要求；防止低温液化天然气设备超压，引起超压排放或爆炸；由于液化天然气的低温特性，对材料选择和设备制作方面的相关要求；在进行LNG操作时，操作人员的防护等。 多年来，LNG在世界上已经大量应用，如发电、民用燃气、汽车或火车的燃
3、料等。在城市里布有天然气的输配管线，数以千计的LNG槽车在美国的高速公路上运输，没有发生过重大事故。与LNG或CNG作燃料的汽车，虽然发生过一些碰撞事故，但LNG燃料系统没有发生重大损害，没有引起LNG的泄漏和火灾。作为汽车燃料，从某种角度上说，LNG比汽油和柴油还安全一些。当然，LNG的温度很低，极易产生气化，会引发一些低温液化气体带来的安全问题。无论是设计还是操作，都应该像对待所有的易燃介质那样小心。了解和掌握天然气不同相态的物理特性及其燃烧特性，可有助于天然气的安全使用。第二节 液化天然气的有关安全特征 液化天然气是以甲烷为主的液态混合物，常压下的沸点温度约为-162，密度大约为424/
4、m3。LNG是非常冷的液体，在泄漏或溢出的地方，会产生明显的白色蒸汽云。白色蒸汽云的形成，是空气中的水蒸气被溢出的LNG冷却所致。当LNG转变为气体时，其密度为1.5kg/m3。气体密度上升到-107时，气体密度与空气密度相当。意味着LNG气化后，温度高于-107时，气体的密度比空气小，容易在空气中扩散。液态天然气的容积大约是气态的1/625。天然气无毒、无味、无色，泄露到空气中不易发觉，因此，通常在天然气管网系统中，有意地加入一种难闻的气味，即加臭处理，以便气体泄漏时易于发觉。2.1 燃烧（爆炸）范围 天然气与空气的混合物在一定条件下是可燃的。众所周知，产生燃烧需同时具备三个条件：可燃物、点
5、火源、氧化剂（空气）。必须尽量防止三个条件同时存在，如果三个条件同时出现，将产生燃烧，在密闭的空间内的燃烧还有可能引起爆炸。 燃烧范围是指可燃气体与空气形成混合物，能够产生燃烧或爆炸的浓度范围。通常用燃烧下限（LEL）和燃烧上限（UEL）来界定其燃烧范围，只有当燃料在空气中的比例在燃烧范围内，混合物才可能产生燃烧。对于天然气，在空气中达到燃烧的比例范围比较窄，其燃烧范围大约在体积分数为5%-15%之间，即体积分数低于5%和高于15%都不会燃烧。由于不同产地的天然气组分会有所差别，燃烧范围的值也会略有差别。LNG的燃烧下限明显高于其它燃料，柴油在空气中的含量只需要达到体积分数0.6%，点火就会燃
6、烧。 在-162的低温条件下，其燃烧范围为体积分数6%-13%。另外，天然气的认识速度相对比较慢（大约为0.3m/s）。所以在敞开的环境条件下，LNG和蒸汽一般不会因燃烧引起爆炸。天然气燃烧产生的黑烟很少，导致热辐射也少。 LNG组分的物性见表6-1，碳氢化合物的燃烧极限比甲烷的低。如果LNG中碳氢化合物的含量增加，将使LNG的燃烧范围的下限降低。天然气与汽油、柴油等燃料的特征比较见表8-2。LNG与其它燃料的比较见表8-3。 表81 LNG主要组分物性气体名称相对分子质量沸点/密度（kg/m3）液/气密度比气/空密度比汽化热/（kj/kg）气体蒸气液体甲烷16.04-161.50.66641
7、.8261426.09 6390.544509.86乙烷30.07-88.21.2494 -562.25 4501.038489.39丙烷44.10-42.31.8325 -581.47 3171.522425.89 常温常压条件下（20，0.1Mpa）。 、常压下的沸点（0.1Mpa）。 在空气中的体积分数。 表8-2 天然气与汽油、柴油燃烧特性比较燃料气种类天然气汽油柴油燃烧极限（%）（体积分数）5-15 1.4-7.6 0.6-5.5自然温度/ 450 300 230空气中的最小点火能/10-3J 0.285 0.243 0.243火焰峰值温度/ 1884 1977 2054 表8-3
8、LNG与其它燃料的比较 名 称LNG丙烷 柴油 汽油 甲醇 乙醇 着火温度/ 538 493 252 257 464 423燃烧极限（%）（体积分数） 5-153.4-13.80.6-5.51.4-7.66.7-363.3-19 亮 度（%） 60 60 100 100 0.03 3.0 蒸汽密度/（kg/m3） 0.60 1.52 4 3.4 1.1 1.592.2着火温度与燃烧速度 自动着火温度是指可燃气体混合物，在达到某一温度后，能够自动点燃着火的最低温度。自动着火温度并不是一个固定值，它和空气与燃料的混合浓度和混合气体的压力有关。在大气压条件下，纯甲烷的平均自动着火温度为650。如果混
9、合气体的温度高于自动着火点，则在很短的时间内，气体将会自动点燃。如果温度比着火点高得多，气体将立即点燃。LNG的自动着火点温度随着组分的变化而变化，例如，若LNG中碳氢化合物的重组分比例增加，则自动着火温度降低。 除了受热点火外，天然气也能被火花点燃。如衣服上的静电，也能产生足够的能量点燃天然气。因此，工作人员不能穿化纤（晴纶、尼纶等）类的衣服操作天然气，化纤布比天然纤维更容易产生静电。 燃烧速度是火焰在空气-燃料的混合物中的传递速度。燃烧速度也称为点燃速度或火焰速度。天然气燃烧速度较低，其最高燃烧速度只有0.3m/s。随着天然气在空气中的比例增加，燃烧速度亦增加。2.3 LNG的低温特性 L
10、NG既有可燃的特性，又有低温的特性。低温特性的处理和操作并不是一门新的技术。在许多标准中，低温设备的操作有比较明确的要求。对于安全的考虑，主要是在低温条件下一些材料会变脆、易碎。使设备产生损坏，引起LNG的泄露。如今低温液体应用较为广泛。液氮液氧的应用更为广泛。LNG的温度还没有液氮和液氧的温度低。从低温介质安全操作的角度，与液氮和液氧的安全考虑基本是一致的，主要是防止低温条件下材料的脆性断裂和冷却收缩对设备引起的危害。操作时主要是防止低温流体对人体的低温灼伤。2.4 对生理上的影响 曾经有过报道，人员暴露在甲烷的体积分数为9%的气氛中没有什麼不良反应。如果吸入含量更高的气体，会引起前额和眼部
11、有压迫感，但只要恢复呼吸新鲜空气，就可消除这种不适的感觉。如果持续地暴露在这样的气氛环境下，会引起意识模糊和窒息，甲烷是一种普通的窒息物质。LNG与外露的皮肤短暂地接触，不会产生什麼伤害，可是持续的接触，会引起严重的低温灼伤和组织损坏。 天然气在空气中的体积分数大于40%时，如果吸入过量的天然气会引起缺氧窒息。如果吸入的是冷气体，对健康是有害的。若是短时间内吸入冷气体，会使呼吸不舒畅，而长时间的呼吸冷气体，将会造成严重的疾病。虽然LNG蒸汽是无毒的，如果吸进纯的LNG蒸汽，会迅速失去知觉，几分钟后死亡。当大气中的氧的含量逐渐减少时，工作人员有可能警觉不到，慢慢的窒息，待到发觉时已经晚了。缓慢窒
12、息的过程分成四个阶段，见表8-4。 表8-4 窒息的生理特征的四个阶段第一阶段氧气的体积分数14%-21%，脉搏增加，肌肉跳动影响呼吸。第二阶段氧气体积分数10-14%，判断失误，迅速疲劳，对疼痛失去知觉年。第三阶段氧气体积分数6%-10%，恶心，呕吐，虚脱，造成永久性脑部伤害。第四阶段氧气体积分数6%,痉挛，呼吸停止，死亡。 当空气中氧气体积分数低于10%，天然气的体积分数高于50%，对人体会产生永久性的伤害。在这种情况下，工作人员不能进入LNG蒸汽区域。第三节 LNG安全检测设备 在有可燃气体、火焰、烟、高温、低温等潜在危险存在的地方，安装一些必要的探测器，对危险状况进行预报，可以使工作人
13、员能及时采取警级处理措施。LNG工厂中通常用以下几种检测器：甲烷气体检测器，火焰检测器，高低温检测器，烟火检测器。除了低温检测器外，其它几种检测器都是必备的设备。每一个检测器都要与自动停机系统相连，在发现危险时能自动起作用。3.1 可燃气体检测器（CGD） 防火控制系统必须对LNG的泄露进行检测。可以通过观察、检测仪器或两者综合使用。白天LNG发生溢出，可以通过产生的蒸汽云团看见。然而，在晚上或照明不好的情况下就不容易看清楚。如果仅仅靠人工观察来检测泄露，显然是不够的。 对于比较大的LNG装置，应当安装可燃气体检测装置，对系统进行连续的检测。在最有可能发生泄露的地方安装传感器。当检测系统探测到
14、空气中可燃气体的含量达到最低可燃范围下限（LFL）的10%-25%时，将向控制室发出警报。控制室的人员确定应对措施并发出控制命令。在一些关键的地方，当含量达到燃烧下限（LFL）的25%时，会自动切断整个系统。考虑到LNG装置有限的人员配备和可燃气体的存在，有必要设置适时的检测系统，连续的进行监控，消除人为的疏忽和大意的可能性。对于比较小的装置，由于系统相对简单，产生泄露的可能性较小，因此没有必要安装过多的自动报警系统。经验证明，工作人员的误操作，经常引起这些系统误报警，发出一些不必要的报警。应正确分析报警器及传感器的安装位置和可燃气体源的位置，并对报警系统进行有效的定期保养。 每一个可燃气体检测系统发出的报警，控制室或操纵台的工作人员都要能听得到或看得见，除此以外，气体泄漏的区域也应能听得报警声。气体检测系统安装后要进行测试，并符合有关的要求。 有LNG设备或管道等设施的建筑都应安装可燃气体检测系统，当可燃气体在空气中的含量达到一定的程度就能发出警报。可燃气体传感器的灵敏度要有合适的等级。安装区域和相关的检测器灵敏度等级分类如下：1）没有可燃气体设备的区域。主要是办公区。这些区域的检测器应当非常灵敏，当检测到可燃气体后发出报警。2）可能含有被检测气体的区域。这里的传感器在较
