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(jì)朱昌偉'，馬國光'，李剛2(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(jiǎn)述了LNG的危險(xiǎn)性和我國LNG氣化站的發(fā)展現(xiàn)狀,從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、 總平面布置、圍堰區(qū)、儲(chǔ)罐、氣化器、LNG輸送管道以及消防等方面論述了LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:液化天然氣; 氣化站; 儲(chǔ)罐;安全中圖分類號(hào): TU996文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B文章編號(hào): 1000 -4416(2007 )07 -0020 -04Safety Design of LNG Vaporizing StationZHU Chang-wei'，MA Guo-guang'，LI Gang2(1. Southwvest Petroleum Uniersity, Chengdu 610500, China; 2. CNOOC Gas Pipelining Co,Lud, 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 arrangement, impounding area, storage tanks, vaporizer, LNG transmission pipeline,fire control and so on.Key words: LNG; vaporizing station; storage tank; safety1概述中國LNG供氣的序幕。1.1 LNG 的危險(xiǎn)性["]目前國內(nèi)已建成使用的LNG氣化站逾30座。①低溫的危險(xiǎn) 性:LNG的儲(chǔ)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(huì)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)LNG能凍傷操作人員。鍵設(shè)備如低溫儲(chǔ)罐、氣化器、低溫閥門及運(yùn)輸設(shè)備的②火災(zāi)危險(xiǎn)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(huì)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。2 LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)③對(duì)人體的危害:雖然 LNG蒸氣無毒,但是2.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如果吸進(jìn)純的LNG蒸氣,人會(huì)迅速失去知覺,幾分設(shè)計(jì)時(shí)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(shí),工作人員PA59A《液 化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝卸標(biāo)可能警覺不到而慢慢地窒息。準(zhǔn)》、NFPA57《LNG汽車燃料系統(tǒng)》等;國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)1.2我國LNG氣化站的發(fā)展現(xiàn)狀有:GB 50028- -2006《城 鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》; GB2001年,中原油田建成了我國第一座生產(chǎn)型的50183- -2004《石油天然氣工程 設(shè)計(jì)防火規(guī)范》,《建LNG裝置,淄博LNG氣化站同時(shí)建成投產(chǎn),揭開了筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等。20.www. watergasheat. com朱昌偉,等:LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)第27卷第7期2.2總平面布置[1.21切斷裝置,它應(yīng)與全部的控制計(jì)量?jī)x表分開設(shè)置。LNG氣化站總平面布置設(shè)計(jì)要合理地確定站e.為了避免儲(chǔ)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(gè)安導(dǎo)致事故,儲(chǔ)罐在首次使用或停止使用進(jìn)行內(nèi)部檢全的環(huán)境。對(duì)于LNG的濫出，總希望能夠預(yù)測(cè)LNG修時(shí),要進(jìn)行惰化處理。蒸氣量與溢出距離和溢出時(shí)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(shí)間來預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的區(qū)雪災(zāi)等自然災(zāi)害的可能性及其特征,考慮儲(chǔ)罐的抗域。震和抵御風(fēng)雪載荷的能力。NFPA59A已經(jīng)對(duì)氣化站邊界線以外的人身和②LNG渦旋現(xiàn)象的預(yù)防財(cái)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[4)( Rollover) ,也稱翻滾,通常出現(xiàn)在在邊界線的熱輻射量?，F(xiàn)在各種計(jì)算機(jī)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(chǔ)存設(shè)施周圍的火災(zāi)輻射和氣體擴(kuò)散濃度,溫儲(chǔ)罐中充注新的LNG ,或由于LNG中的氮優(yōu)先蒸例如LNGFTRE( LNG燃燒的熱輻射模型)和DE-發(fā)而使儲(chǔ)罐內(nèi)的液體發(fā)生分層而引起。在已有的一GAIS(氣體擴(kuò)散濃度程序)。些研究中,對(duì)該問題的解釋是:密度較大的液體積聚2.3圍堰區(qū)在儲(chǔ)罐底部,而密度較小的液體處于儲(chǔ)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(chǔ)罐周圍建造的堤防、防護(hù)墻或排液系統(tǒng)所圍體,對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度相應(yīng)提高，且底部LNG具有一成的區(qū)域。LNG儲(chǔ)罐周圍必須設(shè)置圍堰區(qū),以將儲(chǔ)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(shí)對(duì)周圍設(shè)施造成的危險(xiǎn)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2.4 LNG儲(chǔ)罐時(shí),分層平衡將被破壞,形成渦旋現(xiàn)象,引起液體蒸LNG儲(chǔ)罐按結(jié)構(gòu)形式可分為地下儲(chǔ)罐、地上金發(fā)率劇增。屬儲(chǔ)罐和金屬-預(yù)應(yīng)力混凝土儲(chǔ)罐3類,地上LNG計(jì)算機(jī)模型已經(jīng)發(fā)展到能夠預(yù)測(cè)渦旋發(fā)生的時(shí)儲(chǔ)罐又分為金屬子母儲(chǔ)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(shí)氣體釋放氣化站采用何種儲(chǔ)罐，主要取決于其儲(chǔ)存量。儲(chǔ)存率的峰值很難精確預(yù)測(cè)。因此,為避免渦旋的發(fā)生，量為1200~5000m3時(shí)可采用金屬子母儲(chǔ)罐帶壓在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)防非常必要?？梢酝ㄟ^測(cè)量LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存和常壓罐儲(chǔ)存。儲(chǔ)存量為1 200 m3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(chǔ)存。當(dāng)分層液體之間的溫差>0.2 K,密度差>0.5 kg/①LNG 儲(chǔ)罐的安全措施(.m3時(shí),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(chǔ)罐及連接部件在LNG及其冷蒸氣方法有":下能正常工作,儲(chǔ)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(chǔ)存,可暴露的儲(chǔ)罐隔熱層應(yīng)防火、防水、阻燃、阻LNG蒸避免因密度差而引起的分層。b.根據(jù)需儲(chǔ)存的氣,并且在消防水的沖擊力作用下不會(huì)移動(dòng)。LNG與儲(chǔ)罐內(nèi)原有LNG的密度差異，選擇正確的充b.儲(chǔ)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(chǔ)罐中充注裝、檢查和維護(hù)。NFPA59A中的表2.2.4. 1明確規(guī)LNG。d. 檢測(cè)LNG的蒸發(fā)速度,LNG分層會(huì)抑制定了LNG儲(chǔ)罐之間的最小凈距和布置要求[2]。LNG的蒸發(fā)速度,使出現(xiàn)渦旋前的蒸發(fā)速度比通常c.儲(chǔ)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(shí)切斷儲(chǔ)罐與外界的連通,防止儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG③儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率泄漏。每臺(tái)儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)2套相互獨(dú)立的液位測(cè)量裝儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率能較為直觀地反映儲(chǔ)罐在使用置,在選擇測(cè)量裝置時(shí)應(yīng)考慮密度的變化。在儲(chǔ)罐時(shí)的絕熱性能,其定義為低溫絕熱壓力容器在裝有真空層設(shè)壓力儀表,用于測(cè)量真空層的絕對(duì)壓力。大于有效容積的1/2的低溫液體時(shí),靜止達(dá)到熱平d.儲(chǔ)罐應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)高液位報(bào)警器,使操作人衡后,24h內(nèi)自然蒸發(fā)損失的低溫液體質(zhì)量和容器員有足夠的時(shí)間停止進(jìn)料。儲(chǔ)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. com多采用50m'及100 m'帶壓LNG儲(chǔ)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(bǔ)對(duì)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(chǔ)罐蒸發(fā)率的2.7氣化站的消防上限標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)時(shí)可以參考液氮的標(biāo)準(zhǔn)。消防系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)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(duì)儲(chǔ)罐及鄰近儲(chǔ)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cryogenic adiabatic vessels全地帶氣化,避免燃燒擴(kuò)大。根據(jù)以上原則,消防系絕熱形式|容積/m2’液氮靜態(tài)蒸發(fā)率(.上限)/%統(tǒng)安全設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分[5.7.B]:固定罐移動(dòng)罐罐式集裝箱①緊急關(guān)閉系統(tǒng)高真空500. 1500.240 .每個(gè)LNG設(shè)備上都應(yīng)裝備緊急關(guān)閉系統(tǒng)多層絕熱1000.095真空粉末50. 3500. 2400. 380(ESD) ,該系統(tǒng)可隔離或切斷LNG、可燃液體、可燃0.250制冷劑和可燃?xì)怏w的來源,并關(guān)閉一些如繼續(xù)運(yùn)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(jì)主要考慮該系統(tǒng)主要包括:設(shè)置在氣化器里的碳?xì)浠弦韵乱蛩豙1-3):物泄漏檢測(cè)器和設(shè)置在大氣中的可燃?xì)怏w檢測(cè)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(chǔ)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15 m,整火焰探測(cè)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30 m。煙氣檢測(cè)器以及用來檢測(cè)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(chǔ)測(cè)器。罐的水平凈距至少為15 m,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15 m。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(tái)加熱氣化器時(shí)， 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1.5 m。產(chǎn)生大火,但不是滅火。如果將水噴到LNG表面，④安裝在距LNC儲(chǔ)罐15 m之內(nèi)的任何環(huán)境會(huì)使LNG的蒸發(fā)率增大,從而使LNG的火勢(shì)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(dòng)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3 m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(tái)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(gè)進(jìn)口閥門,并采取安全措施排空積存在兩個(gè)的最有效措施。由于干粉滅火劑對(duì)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(shí)，如滅火不完全或⑦應(yīng)設(shè)置恰當(dāng)?shù)淖詣?dòng)化設(shè)備,以避免LNG及因火場(chǎng)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)人輸配系統(tǒng)。⑤泡沫滅火系統(tǒng)2.6 LNG 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LNG管道設(shè)計(jì)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(cè)方法以及防火等問題。的熱量,有效降低LNG蒸氣產(chǎn)生的速度。LNG管道和其他低溫液體輸送管道一-樣, 管道⑥移動(dòng)式滅火器材的熱補(bǔ)償是-一個(gè)需要細(xì)心考慮的重要問題。兩個(gè)固根據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB 50140-定點(diǎn)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(xiǎn)級(jí)場(chǎng)所,設(shè)置手提