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1、液化天然气储存中的安全问题及应对措施 我国从1998年就已经开始试点引进LNG项目。与世界LNG的应用相比，我国是刚刚起步。国内第一家应用于工业生产并商业化的LNG是中原油田于2001年9月投产，采用阶式制冷工艺、生产规模为15万标准立方米/日（107吨/日）、储存能力为1200立方米的LNG工厂。天然气是21实际的主要能源。我国在上世纪末，以陕气进京为代表，拉开了城市大规模利用天然气的序幕。“西气东输”、近海天然气的利用、“俄气南供”和广东、福建、浙江、上海LNG项目的规划实施，解释一条沿海天然气大“气脉”将形成，标志着我国进入了天然气时代。1 液化天然气特性简介液化天然气（Liquefie
2、d Natural Gas）的主要成分是甲烷，还有少量的乙烷和丙烷。液化天然气无色、无味、无毒、无腐蚀性，天然气在常压和-162左右可液化，液化天然气的体积约为气态体积的1/625。在常压下，LNG的密度约为430-470kg/m2（因组分不同而略有差异），燃点约为650，热值为52MMBtu（1MMBtu=2.52108cal），在空气中的爆炸极限（体积）为5%-15%。液化天然气的储存是天然气储存方式之一。LNG储罐通常为双层金属罐，与LNG接触的内层材质为含9%Ni低温钢，外层材质为碳钢，中间绝热层为膨胀珍珠岩，罐底绝热层为泡沫玻璃。2 储罐的安全问题2.1 LNG储罐的安全间距美国防火
3、协会标准液化天然气（LNG）生产、储存和装运标准（NFPA 59A）对LNG储罐之间及储罐至区域边界之间的安全距离做出了规定（见表1）。我国石油化工企业设计防火规范（GB50160-92，1999年局部修订版）第5.3.3条规定液化烃全冷冻式储罐罐组内的防火间距为0.5D（D为相邻较大储罐的直径）。2.2 LNG储罐的净化LNG储罐在首次充注LNG之前，或因需要进行内部检修而停止使用之后，应对储罐进行净化处理。净化的目的是要用惰性气体将储罐内的空气或天然气置换出来，避免形成天然气与空气的爆炸性混合气体。这种净化处理也称“惰化”。惰化用的气体通常采用氮气或二氧化碳。2.3 LNG储罐压力控制LN
4、G储罐的内部压力必须控制在允许的范围之内，罐内压力过高或出现负压，对储罐来说都是潜在的危险。影响储罐压力的因素很多，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，在以非常快的速度进行排液或抽气、充注的液体温度过低时，也有可能使罐内形成负压。LNG储罐应具有罐内压力控制装置，以确保罐内压力处于允许范围之内。除此之外，储罐还必须配备有压力安全阀和真空安全阀。压力安全阀防止储罐出现超压，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，产生负压。LNG储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
5、排气装置还应充分考虑在火灾情况下如何进行安全排放。对于双层壁结构的储罐，为了防止内罐损坏内LNG泄漏至内、外罐壁之间的绝热层，外罐必须设置有足够的安全排气装置。排气通道的截面积需要根据储罐容量来确定，NFPA 59A规定不得少于0.0034cm2/kg，但不超过2000cm2；外罐安全排放装置的工作压力不得超过外罐的设计内压和内罐的设计外压中的任何一个压力。3 LNG溢出与泄漏事故的现场控制措施3.1 LNG溢出与泄漏事故的现场控制措施LNG属于液化烃，是甲A类火灾危险物质，其蒸发产生的天然气为甲A类可燃气体，它们均具有高度易燃和易爆的危险特性。在LNG储罐的布局与建设时，应考虑到在储存和装卸
6、LNG的过程中存在LNG溢出或泄漏事故的可能性。LNG一旦溢出或泄漏到储罐外，有可能引发火灾、爆炸及冻伤等事故，将对附近人员和设备设施的安全产生危害。为最大限度地减轻LNG溢出或泄漏事故的不利影响，应采取以下主要措施：1）利用自然屏障、防护堤、拦蓄墙或其组合，围绕储罐构成一个拦蓄区；2）在储罐的周围修建自然的或人工的排水系统；3）如果储罐是地下式或半地下式，应采取挖沟方式构成一个拦蓄区；4）对于薄膜罐，无拦蓄区应设置集液池，且每个集液池应设有高倍数泡沫系统或水幕加干粉灭火系统等。无论采用上述哪种方式，都必须严格控制火源，同时制定紧急疏散预案等。另外，对于有可能产生泄漏的阀门、接头处则须设置挡板
7、，防止LNG的喷射；下方要设置集液盘，收集泄漏的LNG，并通过排液管引入集液池。3.2LNG防火堤、拦蓄区或集液池内LNG液面上方的蒸气控制在出现LNG漏时，泄漏的LNG被收集在防火堤、拦蓄区或集液池内，LNG与防火堤、拦蓄区或集液池的表面直接接触，两者之间存在很大的温差，LNG会产生强烈的气化。同时，LNG表面与空气直接接触也会产生大量的蒸气。在初始阶段，液体与固体表面接触气化的速度远比液体与空气接触气化速度快，当LNG与固体表面之间的温差降低至初始温差的3%时，液体表面与空气的对流换热占主导地位。为防止LNG蒸气（即天然气）浓度太高引发爆炸，必须设法降低LNG的气化速度，同时要设法加快LN
8、G蒸气的扩散速度。为降低LNG气化速度，通常可以选用热导率比较小的材料来建造防火堤、拦蓄区或集液池，甚至可以在防火堤、拦蓄区或集液池与LNG接触的表面采用绝热材料进行隔热，从而降低LNG的气化速度。另外，在LNG的自由表面放置一些密度低、热容量小的材料，使其浮在液体表面上，以减少液体表面直接与空气接触的面积。如果这些材料做成网格形状，还可以降低液体表面空气的流速。泡沫玻璃热导率低，不燃烧，在这种场合使用还具有很好的防火作用。4 储罐内LNG分层与翻腾及预防控制措施4.1 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
9、。如果不同密度的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LNG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”（Roll-over）。此时，底部LNG的温度高于上部LNG温度，混合后温度低的LNG被底下翻上来的温度较高的LNG
10、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，储罐内压力将超过设计工作压力，对LNG的安全储存非常不利。4.2 储罐内LNG分层的检测由于LNG分层是引发“翻滚”的前提，因此，在实际操作过程中如何检测和防止LNG 分层非常重要。一般可以采取下列方法检测LNG 分层情况：1）沿LNG 储罐的高度设置多个测温点，垂直间距不大于2m，一般当温差高达14左右时，就有出现“翻滚”的可能性；2）监测新灌入的LNG与储罐内剩余LNG之间的密度
11、差，也可以通过两者的热值差来监测，当差值较大时，应考虑出现“翻滚”的可能性；3）监测LNG 的蒸发速度。LNG 分层会抑制LNG 的蒸发速度，使得出现“翻滚”前的蒸发速度比通常情况下的蒸发速度低。采用表压监测罐内压力时，大气压的变化会影响对LNG 蒸发速度的监测，可以采用绝对压力监测或记录大气压的变化。4.3 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 从上部进入，较轻的LNG从下部进
12、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LNG通过陆上槽（罐）车运抵罐区，在灌装时，不同槽车的LNG注入同一储罐时，可能会形成几个分层。对此，应监测并及时采取强制混合措施。另外， 对于调峰LNG储罐，即使可以控制LNG制冷温度和压力，如果同时也接受外来LNG，也应注意“翻滚”现象。而且，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
13、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，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1mol%。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，需设置安全排放口、排放火炬、回收压缩系统等。储罐内的LNG蒸气产生后，通过蒸发气总管排出，可以返回船上（卸船时），也可以进BOG压缩机升压，准备冷凝或作为燃料气使用；如果有大量蒸发气产生，压缩机不能处理时，在蒸发气总管上设置压力调节装置，在LNG储罐上的安全阀起跳前，蒸发气将直接排放到火炬总管；事故状态下，罐内超压，安全阀就会起跳，蒸发气直接排放到火炬总管燃烧。在实际生产中，还存在大量有关设计、制造、操作、控制和火灾预防等方面的安全问题，需要遵照有关标准、规范及规章制度进行设计、制造和管理。
