LNG衛(wèi)星站危險(xiǎn)辨識(shí)與控制措施研究

徐 慧，傅 強(qiáng)，王詩(shī)鵬

1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 （陜西 西安 710065）

2.中國(guó)燃?xì)饪毓捎邢薰?（廣東 深圳 518033）

隨著世界LNG（液化天然氣）貿(mào)易日趨活躍，發(fā)生在LNG生產(chǎn)、運(yùn)輸、站場(chǎng)以及項(xiàng)目建設(shè)中的事故越來(lái)越多。由于LNG固有的危險(xiǎn)性，加之LNG站場(chǎng)是重大的易燃易爆場(chǎng)所，存在著巨大的潛在危險(xiǎn)性。一旦站場(chǎng)內(nèi)的不安全因素被某種意外能量激化，就有可能發(fā)展成為重大燃燒爆炸事故。因此，研究LNG衛(wèi)星站危險(xiǎn)源辨識(shí)和控制對(duì)于今后LNG衛(wèi)星站的安全建設(shè)、運(yùn)行管理和發(fā)展都具有非常重要的意義。

1 LNG衛(wèi)星站概述

LNG衛(wèi)星站相當(dāng)于小型的 LNG接收和氣化站，適用于輸氣管線不易到達(dá)的中小城鎮(zhèn)和需要使用清潔能源的工廠等。它接收由口岸LNG接收站或液化天然氣廠通過專用汽車槽車（或車載、船載的罐式集裝箱）運(yùn)來(lái)的 LNG，經(jīng)過氣化、計(jì)量、調(diào)壓、添味后，輸送至城市管網(wǎng)供居民用氣、商業(yè)用氣及工業(yè)企業(yè)用氣。衛(wèi)星站內(nèi)的主要設(shè)備如圖1所示。

LNG衛(wèi)星站是一個(gè)接收、儲(chǔ)存和分配液化天然氣的基地，是城鎮(zhèn)或者燃?xì)馄髽I(yè)把LNG從生產(chǎn)廠家分往用戶的中間調(diào)節(jié)場(chǎng)所。由于LNG本身具有易燃易爆的危險(xiǎn)性，又具有低溫儲(chǔ)存的特點(diǎn)，因此它的安全運(yùn)行越來(lái)越受到人們的重視。

2 LNG衛(wèi)星站的危險(xiǎn)源辨識(shí)

2.1 危險(xiǎn)源辨識(shí)的原則和方法

危險(xiǎn)源是可能導(dǎo)致事故發(fā)生的潛在不安全因素。實(shí)際生產(chǎn)過程中，危險(xiǎn)源種類繁多、復(fù)雜，它們?cè)趯?dǎo)致事故發(fā)生、造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失方面所起的作用很不相同，相應(yīng)的，預(yù)測(cè)控制它們的原則、方法也不盡相同。根據(jù)在事故發(fā)生和發(fā)展中危險(xiǎn)源的作用，危險(xiǎn)源可以分為2類，第一類危險(xiǎn)源和第二類危險(xiǎn)源：把系統(tǒng)中存在的可能發(fā)生意外釋放能量或危險(xiǎn)物質(zhì)稱為第一類危險(xiǎn)源；將破壞能量措施或者是限制能量措施的各種危害因素叫做第二類危險(xiǎn)源，包括人、物、環(huán)境3個(gè)方面的問題[1]。

結(jié)合LNG衛(wèi)星站生產(chǎn)運(yùn)行的特點(diǎn)，危險(xiǎn)源主要體現(xiàn)在物質(zhì)的固有危險(xiǎn)性、人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)和管理方面的缺陷3個(gè)方面。辨識(shí)時(shí)主要應(yīng)遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、預(yù)測(cè)性和全面性的原則。

2.2 物質(zhì)的固有危險(xiǎn)因素

液化天然氣是以甲烷為主的液態(tài)混合物，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性。在常壓下沸點(diǎn)溫度約為-162℃，著火點(diǎn)為 650℃，氣化潛熱為 510.25kJ/kg。液態(tài)密度為 0.42～0.46t/m3，氣態(tài)密度為 0.68～0.75 kg/m3。與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限（體積分?jǐn)?shù)）為3.6%～6.5%，爆炸上限（體積分?jǐn)?shù)）為13.0%～17.0%.燃燒范圍（體積分?jǐn)?shù)）5%～15%。

LNG在大氣中泄漏時(shí)溫度很低，會(huì)把周圍大氣中的水蒸氣冷凝成“霧團(tuán)”，最后在進(jìn)一步與空氣混合的過程中完全被氣化。可造成：①低溫凍傷；②低溫麻醉；③設(shè)備脆性斷裂和遇冷收縮；④氣化設(shè)備結(jié)冰導(dǎo)致氣化率下降；⑤窒息[2]。

2.3 與人操作有關(guān)的危險(xiǎn)因素

在LNG 衛(wèi)星站的生產(chǎn)操作系統(tǒng)中，人的危險(xiǎn)行為會(huì)對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生很大影響。

人的錯(cuò)誤操作能分為2類：一類為過失和疏忽，如儲(chǔ)罐壓力表看不清楚誤讀，緊張情況下將閥門擰錯(cuò)方向;一類為錯(cuò)誤，如對(duì)工藝或者設(shè)備說(shuō)明書的理解錯(cuò)誤，不正確地理解儀器指示燈的指示。

2.4 設(shè)備的危險(xiǎn)因素

2.4.1 BOG的危險(xiǎn)性

LNG送入真空絕熱儲(chǔ)罐后，外界傳入的能量仍能引起LNG的蒸發(fā)，這部分稱為BOG，通過BOG管路和BOG加熱器回收進(jìn)入管網(wǎng)。要求LNG儲(chǔ)罐有一個(gè)極低的日蒸發(fā)率，一般小于或等于0.3%。BOG將引起儲(chǔ)罐壓力上升，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致儲(chǔ)罐破裂。BOG在液相管路上也有產(chǎn)生。

2.4.2 LNG翻滾的危險(xiǎn)性

由于天然氣組分和液化深冷的程度不同，導(dǎo)致來(lái)自不同產(chǎn)地的LNG的密度和溫度將有所差別。當(dāng)它們儲(chǔ)存在同一個(gè)儲(chǔ)罐中相遇時(shí)會(huì)發(fā)生分層。當(dāng)儲(chǔ)罐與外界環(huán)境有熱交換時(shí)，密度和溫度不同的液相層之間將會(huì)發(fā)生傳質(zhì)與傳熱，然后開始互相摻混，液層表面也開始逐漸蒸發(fā)，下層液體由于吸收了上層液體的熱量，而出現(xiàn)“過熱”狀態(tài)。當(dāng)上下層液體液相密度逐漸開始接近時(shí)，兩液層快速混合，并可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，此時(shí)LNG蒸發(fā)率遠(yuǎn)高于正常工況，從而儲(chǔ)罐內(nèi)壓力急劇升高，這種現(xiàn)象就是翻滾現(xiàn)象。LNG大量蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐壓力的迅速升高而超過儲(chǔ)罐本身的設(shè)計(jì)壓力，如果這些高出的壓力不能及時(shí)放散卸壓，將會(huì)嚴(yán)重影響儲(chǔ)罐的正常工作甚至危及儲(chǔ)罐的安全。

2.4.3 LNG急冷和水擊的危險(xiǎn)性

急冷和水擊是由于LNG的低溫運(yùn)行環(huán)境和液體特征所引起的。急冷的結(jié)果是出現(xiàn)撓曲現(xiàn)象。它是因?yàn)樵诠艿理敳亢偷撞砍霈F(xiàn)了較大的溫差，從而形成了溫度梯度，致使管道在支架間出現(xiàn)撓曲現(xiàn)象，并且由于LNG管道和設(shè)備所受應(yīng)力較高，所以撓曲現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。水擊則是由于閥門的快速開啟、關(guān)閉或停泵時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)的流體壓力，導(dǎo)致流體的流速瞬間發(fā)生突然改變而出現(xiàn)的現(xiàn)象[3]。

2.4.4 LNG泄漏與沸溢

由于LNG全部工藝過程在低溫環(huán)境下操作運(yùn)行，金屬材質(zhì)的管件及閥門可能會(huì)出現(xiàn)較為明顯地收縮，這種收縮現(xiàn)象可能會(huì)出現(xiàn)在工藝系統(tǒng)的各個(gè)部位，特別是閥門、焊縫、管件、法蘭、密封及裂縫處，出現(xiàn)沸溢、蒸發(fā)及泄漏的幾率就比其他部位大。氣化器結(jié)冰現(xiàn)象，是由于氣化器底部運(yùn)行溫度過低，底部管件及閥門可能會(huì)出現(xiàn)劇烈收縮，氣化器底部容易發(fā)生LNG泄漏，泄漏的LNG與大氣環(huán)境下的水蒸氣反應(yīng)，。尤其當(dāng)LNG處于儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程時(shí)，由于LNG在壓力容器中的振動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，更容易出現(xiàn)沸溢、蒸發(fā)和泄漏的情況。若對(duì)這些管件不及時(shí)進(jìn)行加固維護(hù)，泄漏的蒸氣就會(huì)慢慢上浮，并且擴(kuò)散至較遠(yuǎn)的位置，一旦與潛在火源相遇，就有可能發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故，造成不可挽回的損失[4]。

由于設(shè)備的破壞，LNG直接泄漏在大氣環(huán)境中，將會(huì)對(duì)人體造成低溫灼傷，并且形成LNG蒸氣云，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生火災(zāi)，造成熱輻射，最危險(xiǎn)的狀況是由于燃燒后會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的空氣對(duì)流，對(duì)LNG設(shè)備造成進(jìn)一步的損壞，從而擴(kuò)大了事故的嚴(yán)重性。

2.5 管理方面缺陷

1）不按規(guī)范與規(guī)定的操作行為在工作中常有發(fā)生，必須加強(qiáng)職工的行為規(guī)范教育，以免出現(xiàn)安全意識(shí)“疲勞”，嚴(yán)格控制職工的不安全行為。

2）安全生產(chǎn)檢查形式化嚴(yán)重，不夠?qū)I(yè)，強(qiáng)度不夠，事故隱患排查與排除不及時(shí)。

3）應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)事故的預(yù)警機(jī)制不完善。

4）對(duì)定期開展安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)不夠，職工對(duì)站場(chǎng)進(jìn)行危險(xiǎn)識(shí)別、危險(xiǎn)評(píng)價(jià)和危險(xiǎn)控制的能力差。

5）應(yīng)急事故救援演練在職工中得不到重視，過于形式化，且演練后職工缺少認(rèn)真總結(jié)和改進(jìn)[5]。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及控制措施

根據(jù)以上的分析可知，LNG衛(wèi)星站的主要危險(xiǎn)源是物質(zhì)的固有危險(xiǎn)、人的因素、物的因素、以及管理方面的疏忽共同組合而成的。因此為了預(yù)防事故的發(fā)生，必須從這幾方面考慮。

3.1 物質(zhì)固有危險(xiǎn)因素的預(yù)防控制

廠區(qū)內(nèi)分燃爆區(qū)和安全區(qū)，在燃爆區(qū)內(nèi)應(yīng)避免點(diǎn)火源；如果必須在燃爆區(qū)內(nèi)使用明火，必須經(jīng)過批準(zhǔn)，同時(shí)必須使用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀來(lái)監(jiān)控大氣中可燃?xì)怏w的含量；設(shè)置警戒牌、標(biāo)志；防止產(chǎn)生靜電；做好避雷措施；提高工作人員的安全意識(shí)；做好操作人員的安全防護(hù)裝備。

在接觸低溫液體、蒸汽相或接觸與低溫液態(tài)接觸過的任何部件時(shí)，都應(yīng)按照安全操作規(guī)范佩帶無(wú)吸收性的手套；手套應(yīng)寬松適手，且易脫下；如果在操作中遇到激烈的噴濺，必須使用面罩或護(hù)目鏡保護(hù)眼睛；若發(fā)生粘接后，可用加熱的方法使皮肉解凍，然后再緩慢剝離，不能硬將皮膚從低溫表面撕開，否則這部分皮膚將會(huì)被撕裂，皮膚組織會(huì)被破壞，所以在戴濕手套工作時(shí)應(yīng)特別注意；在容易發(fā)生LNG泄漏的地方應(yīng)設(shè)置檔板。

3.2 人的危險(xiǎn)因素的預(yù)防控制

完善安全生產(chǎn)管理機(jī)構(gòu)和安全生產(chǎn)檢查制度，加強(qiáng)管理人員和職工教育的培訓(xùn)制度，定期教育以及整改，檢查隱患，采用先進(jìn)的管理措施以及設(shè)備，定期開展應(yīng)急事故演練并完善應(yīng)急事故預(yù)警機(jī)制。

3.3 設(shè)備的危險(xiǎn)因素的預(yù)防控制

LNG衛(wèi)星站的生產(chǎn)設(shè)備要滿足防火、防爆等級(jí)要求，材料選擇時(shí)要注意：必須全面考慮設(shè)備的使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作特性、工藝性能，必須符合相關(guān)技術(shù)操作標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備自身危險(xiǎn)因素排除后，還應(yīng)該定期檢查和保養(yǎng)，排除潛在隱患。

預(yù)防儲(chǔ)罐和管路超壓的控制措施：儲(chǔ)罐本身及LNG輸液、灌裝管線等均設(shè)有合理的安全排放系統(tǒng)，包括各種安全泄放閥和BOG、EAG系統(tǒng)；保證儲(chǔ)罐的低溫質(zhì)量，定期檢查儲(chǔ)罐的真空度；定期檢查安全閥；保證儲(chǔ)罐的充裝量；防止液相管道液封操作。

預(yù)防儲(chǔ)罐中LNG翻滾的控制措施：將不同氣源的LNG分開儲(chǔ)存，避免因密度差異引起分層；盡量避免少量LNG注入儲(chǔ)罐；LNG混裝后應(yīng)馬上使用（氣化或轉(zhuǎn)輸），一般應(yīng)在72h以內(nèi)；LNG混裝罐壓力不應(yīng)過高，且應(yīng)全天監(jiān)控；LNG混裝罐液位不應(yīng)太高；對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)存的LNG，應(yīng)該用定期倒罐的方式避免出現(xiàn)靜止而分層。

預(yù)防LNG水擊和急冷的控制措施：應(yīng)避免快速開啟或關(guān)閉閥門使LNG的流速發(fā)生突變而產(chǎn)生液擊損壞管道部件；為防止卸車時(shí)急冷出現(xiàn)較大的溫差應(yīng)力影響卸車速度或破壞管道，每次卸車前都必須用罐中的LNG對(duì)卸車管道進(jìn)行提前預(yù)冷，以減少對(duì)管道的冷擊。

4 結(jié)語(yǔ)

LNG衛(wèi)星站生產(chǎn)運(yùn)行過程中任何小的意外與差錯(cuò)都有可能造成無(wú)法估量的嚴(yán)重后果。因此，LNG衛(wèi)星站的危險(xiǎn)辨識(shí)和預(yù)防控制已成為L(zhǎng)NG生產(chǎn)、運(yùn)行及管理環(huán)節(jié)中，企業(yè)必須要考慮的重要內(nèi)容。LNG衛(wèi)星站的職工與操作管理人員應(yīng)熟練掌握危險(xiǎn)辨識(shí)與預(yù)防控制的方法，及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)站內(nèi)的危險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別、分析評(píng)價(jià)，提出合理的事故預(yù)測(cè)及應(yīng)急預(yù)案，建立切合實(shí)際的應(yīng)急預(yù)案機(jī)制，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)與相關(guān)安全規(guī)范，做到全員參與、全程監(jiān)測(cè)、全面預(yù)防，最終實(shí)現(xiàn)LNG衛(wèi)星站的安全生產(chǎn)運(yùn)行。

[1]廖春明．怎樣對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別和控制淺談[J]．城市建設(shè)理論研究：電子版，2012（25）：1-2．

[2]朱昌偉，馬國(guó)光，李剛．LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)[J]．煤氣與熱力，2007，27（7）：20-23．

[3]曲順利,賈保印,趙彩云．LNG接收站的安全分析與措施[J]．煤氣與熱力，2011，31（10）：46-49．

[4]王鵬．LNG儲(chǔ)運(yùn)安全措施探討[J]．長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）理工卷，2010，7（3）：264-266．

[5]李龍．LNG氣化站安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管理分析[J]．煤氣與熱力，2009，29（1）：42-45．