第25卷第6期煤氣與熱力Vol. 25 No. 62005 年6月GAS & HEATJun. 2005設計與計算LNG氣化站的安全設計王蕾，李帆(華中科技大學環(huán)境科學與工程學院,湖北武漢430074 )摘要:分析了LNG的危險性,從圍堰區(qū)、LNG儲罐、氣化器、管道及管件、消防系統(tǒng)等方面對LNG氣化站的安全設計進行了討論指出應盡快制定符合我國國情的LNG規(guī)范。關鍵詞:液化天然氣;氣化站;安全中圖分類號: TU996文獻標識碼: B文章編號: 1000 -4416( 2005 )06 -0030 -04.Safety Design of LNG Vaporizing StationWANG Lei，LI Fan( School of Enwironment Science & Engineering , Huazhong University of Science & Technology，Wuhan 430074 , China )Abstract : Hazards of LNG are analyzed , and the safety design of LNG vaporizing station is dis-cussed in aspects of impoundment area , LNG tank ,vaporizer , piping and fttings ,fire control system etc. .It is pointed out that a LNG code that accords with Chinese basic conditions should be laid down as early aspossible.Key words: LNG ; vaporizing station ; safety隨著全球經(jīng)濟的迅速增長和能源需求量的不斷能下降導致更加嚴重的事故并對人體造成嚴重傷擴大液化天然氣( liquefied natural gas ,LNG )因具害。③雖然天然氣毒性較小,但其中主要成分為甲有運輸效率高、用途廣、供氣設施造價低、見效快、方烷泄漏后會造成窒息等人身傷亡事故。④天然氣式靈活等特點1.21給世界LNG工業(yè)的發(fā)展提供了與空氣混合能形成爆炸性混合物爆炸下限(體積良好的基礎。我國發(fā)展LNG進口項目,建設LNG分數(shù))為3.6% ~6.5% ,爆炸上限(體積分數(shù))為氣化站3]彌補管輸天然氣的不足已成為目前城市13.0% ~17.0%[4。如果存在著火源,極易發(fā)生著燃氣行業(yè)較為關注的焦點?；鹑紵?甚至爆炸。同時氣體燃燒產(chǎn)生的熱輻射會1 LNG 危險性分析對人身及裝置造成極大危害。LNG的成分中甲烷的摩爾分數(shù)為96%以上所可見LNG氣化站的安全至關重要。在設計過以LNG和液體甲烷性質基本類似,若處理不當，極程中必須確定與LNG裝置有關的危險,根據(jù)相關易發(fā)生事故。從LNG的特性出發(fā)危險性主要有:的標準和運行管理經(jīng)驗，對氣化站的安全設計全面①不同時刻進入同一設備的LNG由于成分和密度把關,使整個系統(tǒng)達到較高的安全水平。差異引起分層導致LNG突然大量蒸發(fā),壓力驟升。2 LNG 氣化站的安全設計若壓力超過設備的極限承壓能力，會造成設備損壞目前我國尚未頒布針對城市燃氣LNG氣化站和介質泄漏甚至爆炸。②LNG的儲存和操作都是設計的標準和規(guī)范。在已經(jīng)建成或正在建設的在低溫”下進行的,-旦發(fā)生泄漏低溫會造成材料性LNG項目中通常是專業(yè)人員借鑒國外的標準和國第6期王蕾等1NG氣化站的安全設計第25卷內外的管理經(jīng)驗結合工程實際情況進行設計和施b.設置足夠數(shù)量的安全閥，安全閥與罐體之間工。常用的國外標準主要有美國標準《液化天然氣設手動截止閥,保證儲罐工作壓力在允許范圍內。( LNG )生產(chǎn)、儲存和裝卸標準》( NFPA 59A )日本內筒設安全放空閥連通火炬。外筒泄壓裝置將放部頒標準《一般高壓瓦斯保安法則》等國內標準主空氣體引至放空火炬。要有《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》、《城鎮(zhèn)燃氣設e. 每個儲罐的液相管上設2個緊急切斷閥發(fā)計規(guī)范》、《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》等。生意外事故時切斷儲罐與外界的連通,防止罐內2.1 圍堰區(qū)LNG泄漏。圍堰區(qū)是指用壓實土、混凝土、金屬等耐低溫材d.每個儲罐設2套相互獨立的液位測量裝置。料在LNG儲罐周圍建造的堤防護墻或排液系統(tǒng)所e.在儲罐真空夾套層設壓力儀表測量壓力是.圍成的區(qū)域。其作用是當LNG泄漏或溢出時將可否在合理范圍內。燃液體限制在圍堰區(qū)內防止進一步擴 散;消發(fā)生火f.多臺儲罐之間隔離閥的操作水平凈距至少災時阻止火焰向四周蔓延。因此確定圍堰區(qū)容積為0.9 m。時應考慮LNG儲罐總容積、冬季積雪或其他原因導g.儲罐投入運行時,設溫度檢測儀,用來監(jiān)測致圍堰區(qū)蓄液能力下降等多方面因素。溫度或作為檢查和校正液位計的工具。2.2 LNG 儲罐④給設計壓力高于100 kPa的儲罐配備相關LNG儲罐安全設計主要有以下幾方面內容:裝置預防LNG充注過量、液體受熱膨脹造成液位①根據(jù)儲罐容積合理確定安全間距,見表超高以及罐內壓力達到安全閥啟動值時液體淹沒安1[5]。全閥進口。表1圍堰墻與站區(qū)圍墻 之間、儲罐之間的水平凈距⑤為避 免罐內形成空氣與天然氣的混合物導Tab. 1 Horizontal distances from impoundment area to致事故,儲罐在首次充注LNG之前，或停止使用內station and between tanks部檢修后需要用惰性氣體將罐內的空氣或天然氣置換出來進行惰化處理8]。儲罐容積| 圍堰墻到站區(qū)圍墻的 儲罐之間水平V/m2水平凈距最小值/m凈距最小值/m :⑥根據(jù)地質、 氣象等資料分析發(fā)生地震、風V/m' <0.50.0災、雪災等自然災害的可能性及其特征考慮儲罐的0.5≤V/m'<1.93.01.0抗震和抵御風雪載荷的能力。1.9≤V/m'<7.6 .4.61.52.3 氣化器7.6≤V/m'<56.87.6美國標準NFPA 59A[5]將LNG氣化器分為加熱|56.8≤V/m' <114.015.0114.0≤V/m≤265.023.0相鄰儲罐公稱直氣化器、環(huán)境氣化器和工藝氣化器3類。其中加熱，265.0< V/m2儲罐公稱直徑的0.7|徑之和的1/4且氣化器的氣化熱源是燃料燃燒、電力、鍋爐或內燃機|倍但不小于30.0m。 最小為1.5 m。廢熱等環(huán)境氣化器的氣化熱源來自自然環(huán)境，,如大②為保證儲罐及其連接部件在LNG及其冷氣海水、地熱水等;江藝氣化器的氣化熱源來自其蒸氣溫度下仍能正常工作,罐體材料必須滿足低溫他熱動力過程、化學過程、有效利用LNG的制冷過性能要求。暴露的儲罐隔熱層應防火、阻燃阻蒸程9。氣化器安全設計主要有以下2方面內容:氣、防水,且在消防水的沖擊力作用下不會移動。儲①保證安全間距。除非導熱介質是不可燃罐內外筒之間填充的不可燃隔熱材料不僅要適應的,否則氣化器及其主熱源與其他任何火源之間的LNG及冷蒸氣性質,而且當外筒遇火災事故時,能.水平凈距至少是15m。加熱氣化器到站區(qū)圍墻的確保內筒材料的導熱性能穩(wěn)定61。水平凈距至少是30m到以下地點的水平凈距至少③合理設計、 配置閥門等附件主要包括:是15 m a. LNG、可燃液體、可燃制冷劑或可燃氣體a.儲罐進液系統(tǒng)設頂部、底部兩個進液閥,當儲罐危險液體的裝卸設備接頭及含有危險液體的充注液體與儲罐中原有液體物理性質有差異時,通不動火工藝設備。b. 控制大樓、辦公室、商店、居民過不同部位的進液減少混合液體分層的可能性減樓等建筑物。布置有多個氣化器時，各氣化器之間小事故發(fā)生率”]。的水平凈距至少為1.5 m。.第6期煤氣與熱力第25卷②合理設置閥門等附件主要包括:分布控制系統(tǒng)( distribute control system ,DCS )a.每臺氣化器都應設置進口、出口切斷閥和安用于顯示和控制LNG裝置的溫度、壓力、液位、流量全閥。等主要和重要的控制參數(shù)10]。b.為防止泄漏的LNG進入備用氣化器,可安裝②緊急關閉系統(tǒng)2個進口閥門并采用安全措施排空積存在兩個閥緊急關閉系統(tǒng)( emergency shut down ,ESD )與門之間的LNG或蒸發(fā)氣體。DCS系統(tǒng)相互獨立在LNG裝置發(fā)生緊急狀況時啟c.在與氣化器的水平凈距為15m的LNG管路.動用于隔離和關斷LNG或其他可燃危險物質的來上安裝切斷閥,該閥門可由現(xiàn)場操作或遠程控制且源并關閉那些如果繼續(xù)運行可能維持或加劇災情有一定保護措施預防閥門因溫度過低而失效。的設備。d.在液體管路上設自動控制切斷閥,該閥門到③火災和泄漏探測報警系統(tǒng)氣化器的水平凈距至少是3 m，且在液體流量過大、該系統(tǒng)包括在工藝設備特別是LNG儲罐附近設備周圍溫度異常、氣化器出口處溫度過低時能自設置的可燃氣體濃度檢測報警器,在生產(chǎn)區(qū)設置的動關閉?；鹧嫣綔y器、火災報警器以及用來檢測LNG是否泄e.加熱氣化器應配備切斷熱源的裝置,可 由現(xiàn)漏的過冷檢測器。檢測信號均送入DCS系統(tǒng),與設場操作或遠程控制。定報警值比較。部分重要信號再送入ESD系統(tǒng),便f.設置自動裝置防止LNG或其蒸氣在異常溫于單元設備停機或全站聯(lián)鎖停車。度下進入輸配系統(tǒng)。這些裝置應與僅用于緊急情況④消防水系統(tǒng)的管路閥門配合使用。消防水系統(tǒng)由消防泵房、消防水池、消防管道及g. 設置溫度檢測儀測量LNG、蒸發(fā)氣體和加消火栓、消防水炮等組成主要用于冷卻儲罐等設備熱介質的進出口溫度。和管道,而不是控制和撲滅火焰。相對于LNG而，2.4 LNG管道及管件言,水是熱源,為LNG氣化提供熱量。特別是在LNG管道及管件內、外表面接觸的物質溫度差LNG溢出后危險最大的初期內接觸到水這樣的濕較大，設計管道及其支撐結構時應考慮到大溫差和熱表面,會提高LNG氣化速率,加快燃燒速度。但溫度變化對材料性能的不良影響。因此，對LNG管水的射流可以冷卻著火區(qū)周圍未著火的設備和管道包裹防水、隔熱、阻燃的隔熱層，,對支撐結構采取道吸收和控制火災產(chǎn)生的熱量,阻止火的蔓延,保措施防止因傳熱造成的管道結冰或支撐鋼材脆化。護消防人員和站區(qū)工作人員。在液相管道的兩個切斷閥之間設置安全閥防⑤干粉滅火系統(tǒng)止管道超壓造成事故。在氣相總管上設緊急放空裝干粉滅火劑是撲滅高壓力、大流量天然氣火災置當誤操作或設備超壓時，安全閥自動開啟，保護的最有效措施。對泄漏量較少的火災可以用干粉、氣相管道的安全降低對管道及管件的破壞程度。二氧化碳、鹵代烷滅火劑撲滅滅火后應立即切斷氣公稱直徑不大于50mm的管道采用螺紋連接、體來源阻止氣體溢出否則可能復燃。焊接或法蘭連接均可;公稱直徑大于50 mm的管道⑥泡沫滅火系統(tǒng)采用焊接或法蘭連接。除管材不同、設備連接或維采用高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)噴出大量泡沫覆蓋修部位等必要處以外盡可能少使用螺紋連接和法在泄漏的LNG上面減少來自空氣的熱量,有效降蘭連接。低LNG蒸氣產(chǎn)生的速率,減小可燃氣體覆蓋的范2.5 消防系統(tǒng)圍。若條件允許還可設置固定式低倍數(shù)泡沫滅火消防系統(tǒng)安全設計的原則是盡量切斷氣源控系統(tǒng)在儲罐、管道等重要設備上方設置泡沫噴淋滅制泄漏對著火罐及鄰近罐和設備進行冷卻保護避火裝置。免設備超壓造成更大災害將泄漏的LNG引至安全⑦移動式滅火器材地帶氣化避免燃燒擴大。根據(jù)這3個原則消防系在LNG設備和汽車槽車等處屬于嚴重危險級統(tǒng)安全設計包括以下幾個部分:別的關鍵位置設便攜式或手推式滅火器?？刂剖摇ⅱ俜植伎刂葡到y(tǒng);變配電室內配置手提式二氧化碳滅火器,以保證迅第6期王蕾等1NG氣化站的安全設計第25卷速有效地撲滅初期火災。進入廠區(qū)的機動車輛應設備的能力但如何在投入使用前對其產(chǎn)品進行安全至少1個便攜式干粉滅火器其容量不低于9 kg。質量測評沒有可操作的依據(jù)。2.6 其他④部分廠家一味追求先進技術、高質量是否①合理進行功能分區(qū)將儲存區(qū)、生產(chǎn)及輔助會因個別產(chǎn)品質量標準過高而造成不必要的浪費。區(qū)和辦公區(qū)分開設置。綜合考慮防火間距、消防車在關注我國進口LNG項目探討LNG工藝流道及防火防爆要求。程及節(jié)能措施開發(fā)LNG新產(chǎn)品、新技術、新設備的②選擇與防爆區(qū) 域等級相適應的電氣設備,同時應著眼于我國城市燃氣行業(yè)現(xiàn)狀本著安全供保證站區(qū)供電系統(tǒng)的安全可靠性。氣的原則制定和頒布可靠、可行、可依的LNG規(guī)范③設專用放空火炬高30 ~40 m ,LNG儲罐、是當務之急。罐頂蒸發(fā)氣boiloffgas,BOG)儲罐、工藝管道和各生產(chǎn)工段的超壓泄放裝置均引至火炬,避免在站內參考文獻:形成爆炸性混合物。[ 1 ]劉新領。液化天然氣供氣站的建設[ J]煤氣與熱④設有LNG工藝設備的建構筑物應采取機力2002 22(1 )35-36.械排風、自然排風或多種方式相結合的通風措施使[2]徐正康,吳洪松.液化天然氣在燃氣工業(yè)中的應用危險氣體聚積所具有的潛在危害性降到最低。如果[J]煤氣與熱力,1998 ,18(5)27 -29.蒸發(fā)氣體密度大于空氣應在其聚積部位最低處設[ 3 ]劉建海何貴龍楊起華等小區(qū)液化天然氣供氣站的探討[J]煤氣與熱力,2003 23(1)50-52.通風裝置。⑤對工作人員進行定期培訓使其了解LNG[4 ]王忠LNG站消防設計探討[ J]消防科學與技術,2001 (4 )10-12.特性及可能產(chǎn)生的危害和影響、防護用品的作用及[ 5 ] NFPA 59A ,Standard for the Production , Storage , and正確的使用方法。給工作人員配置必需的防護服、Handling of Liquefied Natural Gas ( LNG ) 2001 Edition頭盔、面罩、手套、靴子和呼吸用具等裝備并存放在[S]便于取用的位置。[ 6]沈惠康.液化天然氣的工藝與設備[ J]煤氣與熱⑥站內生產(chǎn)裝置及輔助設施、工業(yè)建筑物均力,1996 16(6)25 -28.安裝避雷裝置。[7]周偉國阮應君,藤汜穎.液化天然氣儲罐中翻滾現(xiàn)⑦確保站內的消防用電及通信設施正常工象及預防措施探討[ J]煤氣與熱力,2002 22( 4 ):作。消防控制系統(tǒng)、消防水泵等主要用電設備有備294 - 296.用電源站內控制室設外線報警電話。.[8]江金華金穎馮春強，液化天然氣在城市燃氣的應3結語用[J]煤氣與熱力,2003 23( 1 )53-54 57.縱觀世界LNG工業(yè)的發(fā)展歷程我國尚未進入[9]朱文建張同,王海華.液化天然氣冷能利用的原理及方法J]煤氣與熱力, 1998 ,18(2)33-35.高度發(fā)達階段,國內也未頒布關于LNG氣化站設計[10]向宇LNG裝置的危險分析及安全設計探試J]上和施工的規(guī)范,在工程設計中普遍以美國、歐洲國海煤氣2002(5)40-45.家、日本的標準作為參考,但這樣的做法存在如下問題:作者簡介王蕾( 1980- ), 女，北京人，碩士，①國內廠家生產(chǎn)的設備質量是否符合美國防從事燃氣輸配管網(wǎng)安全評價系統(tǒng)的研究工火協(xié)會標準NFPA59A尚未確定。作。②強制性標準和規(guī)范的空缺 ,使得LNG氣化電話( 027 )87546570站在建設中可能留下安全隱患。E - mail bujiuer@ sohu. com③國內已有企業(yè)具備生產(chǎn)LNG及其相關設收稿日期2004-11 -26