LNG加注站危險(xiǎn)因素解析

元少平（中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100027）

LNG（液化天然氣）是一種以液態(tài)形式儲(chǔ)存的無(wú)色烴類混合物流體，其主要成分除甲烷外，還含有少量的乙烷、丙烷、氮及普遍存在于天然氣中的其他組分。由于其清潔、高效的特點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用[1]，作為車用燃料，相對(duì)汽柴油具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，更因其顯著的節(jié)能減排效果而被冠以綠色環(huán)保燃料的稱號(hào)。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)需要低碳能源的支撐，在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的過程中，加快LNG的開發(fā)和利用是重要舉措之一[2]。而作為L(zhǎng)NG的主要利用形式，汽車LNG加注站發(fā)揮著重要作用。但與國(guó)外相比，我國(guó)目前LNG加注站的建設(shè)還處在初始階段，在安全管理方面常常是只重補(bǔ)救而輕預(yù)防。由于LNG具有易燃易爆和低溫深冷的特性，同時(shí)加注作業(yè)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，致使LNG加注站的安全問題不容忽視[3-4]。要做好LNG加注站的安全管理工作，首先要對(duì)危害因素進(jìn)行充分辨識(shí)，以根據(jù)識(shí)別出的危害制定相關(guān)的制度、程序加以有效控制，從而保證加注站的運(yùn)營(yíng)安全。

一、LNG加注站工藝流程簡(jiǎn)述

LNG加注站一般由LNG儲(chǔ)罐、LNG加氣機(jī)、卸車（儲(chǔ)罐）高壓氣化器、EAG復(fù)熱器、LNG潛液泵以及工藝管道系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、安監(jiān)系統(tǒng)等組成[5-6]，具備LNG卸車、計(jì)量、加注、安全故障監(jiān)控及報(bào)警等功能。通常情況下，LNG由專用運(yùn)輸槽車運(yùn)送至加注站場(chǎng)地，在卸車臺(tái)通過槽車自帶的增壓氣化器和潛液泵在壓差作用下卸入到站內(nèi)低溫儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。當(dāng)需要對(duì)外加注時(shí)，再由潛液泵將LNG送入加注機(jī)，通過LNG加注槍（一種LNG加注時(shí)的快速接頭）將LNG注入至車載儲(chǔ)瓶中。產(chǎn)生的BOG（Boil Off Gas）加熱氣化到常溫后，經(jīng)加臭、調(diào)壓后進(jìn)行儲(chǔ)存以供服務(wù)區(qū)使用。EAG復(fù)熱器對(duì)EAG（Escape Air Gas）進(jìn)行加熱后通過放散管直接排到大氣中。其工藝流程可以分為待機(jī)流程和加注流程兩種。

1.加注站待機(jī)流程

在待機(jī)流程下，各系統(tǒng)閥門按設(shè)計(jì)要求處于關(guān)閉或者開啟狀態(tài)，以保證儲(chǔ)罐內(nèi)的低溫液體不流入泵池。此時(shí)，若系統(tǒng)漏熱帶進(jìn)外界熱量會(huì)導(dǎo)致LNG的氣化，進(jìn)而致使整個(gè)系統(tǒng)壓力升高，當(dāng)系統(tǒng)壓力高至超過預(yù)先設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)卸壓氣動(dòng)閥會(huì)自動(dòng)打開（或采取手動(dòng)開啟旁通閥的方式），釋放系統(tǒng)中的氣體以降低壓力，從而保證系統(tǒng)安全。

2.LNG加注流程

在加注流程下，LNG儲(chǔ)罐中的飽和液體經(jīng)過泵加壓后通過計(jì)量系統(tǒng)由加注機(jī)加入LNG汽車。車載儲(chǔ)氣瓶一般為上進(jìn)液噴淋式，車載氣瓶?jī)?nèi)氣體的熱量被加注進(jìn)入的液化天然氣直接吸收，使瓶?jī)?nèi)壓力降低，減少放空氣體，以提高加氣速度。

二、危險(xiǎn)因素及措施分析

1.介質(zhì)的危險(xiǎn)性分析

（1）火災(zāi)、爆炸特性

LNG是一種液態(tài)烴類混合物，其主要成分為CH4，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點(diǎn)-161.5℃左右，密度通常介于420～470 kg/m3之間[7]。其主要危險(xiǎn)性在于氣化的LNG比空氣密度低，一旦發(fā)生泄漏，由于與空氣大量的熱量傳遞，會(huì)生成比空氣較輕的白色蒸氣云，并在空氣中快速擴(kuò)散，遇明火會(huì)引著點(diǎn)燃，甚至引發(fā)爆炸，其爆炸極限濃度為5%～15%（體積百分比）。在物料的輸送保存過程中，如果不小心產(chǎn)生大量靜電或者受到猛烈撞擊都可能引發(fā)火災(zāi)和爆炸。對(duì)于泄漏量大且來(lái)不及氣化LNG，可通過集液池進(jìn)行收集，并用干粉滅火器充分噴灑液體表面，將其與空氣隔絕以降低氣化速度。

此外，LNG還能與氟、氯等發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，水與LNG之間也有非常之高的熱傳遞速率，泄露的LNG遇水后會(huì)發(fā)生快速的相態(tài)轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為激烈地沸騰并伴隨巨大的聲響噴出水霧，發(fā)生LNG蒸氣爆炸即所謂的冷爆炸。

（2）低溫特性

由于LNG是-162℃的深冷液體，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下具有極低的溫度，人體皮膚與低溫物體表面直接接觸時(shí)，皮膚表面的潮氣會(huì)凝結(jié)并粘在低溫物體的表面。LNG在發(fā)生泄漏后的初始階段會(huì)吸收周圍空氣及地面熱量并迅速氣化[8]。經(jīng)過一定的時(shí)間后，不僅地面被凍結(jié)，周圍的空氣在無(wú)對(duì)流的情況下其溫度也會(huì)迅速下降，此時(shí)氣化速度會(huì)大幅減慢，可能導(dǎo)致部分液體來(lái)不及氣化而被防護(hù)堤攔蓄。LNG泄漏后氣化的冷蒸氣云以及未能氣化的液體，都會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生凍傷、低溫灼燒等嚴(yán)重傷害。同時(shí)，人體在沒有采取任何防護(hù)措施情況下，長(zhǎng)時(shí)間暴露于10℃以下的環(huán)境溫度中時(shí)，還會(huì)發(fā)生低溫麻醉的危險(xiǎn)，隨著體溫下降，人體生理功能和智力活動(dòng)均會(huì)下降，嚴(yán)重時(shí)心臟功能出現(xiàn)衰竭，甚至死亡。

除了對(duì)人體的危害性以外，LNG泄漏產(chǎn)生的冷蒸氣云和液體，還會(huì)使與其接觸的部分材料變脆、易碎，產(chǎn)生脆性斷裂或者遇冷收縮，從而對(duì)加注機(jī)、加注車、儲(chǔ)罐、LNG高壓柱塞泵、潛液泵等加注設(shè)備造成損壞。特別針對(duì)LNG儲(chǔ)罐和LNG槽車儲(chǔ)罐，可能引起外筒脆裂或變形，導(dǎo)致真空失效和保冷性能降低，進(jìn)而引起內(nèi)筒液體膨脹造成更大事故。

（3）窒息性

天然氣按照職業(yè)危害程度劃分，屬于五級(jí)低毒職業(yè)危害，一般條件下對(duì)人體毒性極低，但長(zhǎng)期暴露于LNG環(huán)境，人體會(huì)產(chǎn)生頭暈、頭痛、失眠、記憶減退和食欲不振等神經(jīng)衰弱性癥狀。LNG對(duì)人體健康的主要危害性在于其極低的含氧量易引發(fā)人體窒息。一旦人體吸入純凈LNG蒸氣而不迅速脫離或者采取其他相應(yīng)措施，很快會(huì)失去知覺，若非及時(shí)脫離，甚至幾分鐘內(nèi)就可能使人死亡。表1為按照含氧量劃分的人體產(chǎn)生窒息的四種不同程度類型。

表1 LNG引發(fā)的人體窒息類型

2.裝置的危險(xiǎn)性分析

（1）LNG 儲(chǔ)罐

由于LNG具有易燃易爆的特性，LNG儲(chǔ)罐具有較大的危險(xiǎn)性，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)沉降的不均勻下沉?xí)?duì)罐體穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，罐體的變形、腐蝕穿孔及焊縫開裂均會(huì)使真空性受到破壞，絕熱性能降低，導(dǎo)致儲(chǔ)存的低溫深冷液化氣體因受熱而氣化，進(jìn)而引發(fā)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力劇增而破裂，產(chǎn)生大量LNG泄漏。其最易發(fā)生泄漏的部位在于儲(chǔ)罐進(jìn)出液管道或內(nèi)罐。對(duì)于前者，一般的預(yù)防措施是在儲(chǔ)罐頂部安裝安全放散閥，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力升高至一定值時(shí)，安全放散閥便自動(dòng)開啟，通過集中放散管釋放壓力。對(duì)于內(nèi)罐泄漏，可通過爆破片進(jìn)行安全防護(hù)，一旦發(fā)生泄漏，爆破片開啟，從而降低內(nèi)外壓力，避免引發(fā)儲(chǔ)罐爆裂等更為嚴(yán)重的事故發(fā)生。此外還需要定期的檢查罐體的防雷、防靜電設(shè)備以及給類閥門開關(guān)的有效性以防止引發(fā)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)。對(duì)于生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的儲(chǔ)罐液位超限而引發(fā)液體溢出，可設(shè)置儲(chǔ)罐液位檢測(cè)傳送及報(bào)警系統(tǒng)，通過與儲(chǔ)罐進(jìn)出液氣動(dòng)閥聯(lián)鎖，避免此類事故的發(fā)生。

（2）LNG 槽車

LNG槽車容積一般在42m3以上，由內(nèi)、外殼組成，通過抽真空進(jìn)行絕熱保冷。槽車上裝有低溫儲(chǔ)罐，其危險(xiǎn)性與LNG儲(chǔ)罐相同，主要依靠規(guī)范的人為操作和嚴(yán)格的管理制度進(jìn)行控制。槽車一般采用了密閉卸液工藝，但在操作中還應(yīng)盡量做到卸車時(shí)間短（卸車時(shí)間控制在2小時(shí)左右），次數(shù)少（每天最多卸車一次），并選擇人流量較少的時(shí)段卸車，卸車時(shí)操作人員應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理，若發(fā)生意外泄漏，應(yīng)立即停泵以減少事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

（3）低溫泵

各類低溫泵是LNG加注系統(tǒng)不可或缺的組成部分，輸送的介質(zhì)均是易燃易爆的物料，其最大的危險(xiǎn)性在于密封失效而引發(fā)危險(xiǎn)物質(zhì)的大量泄露，并與空氣混合形成于爆炸極限范圍內(nèi)，遇火源發(fā)生爆炸事故。對(duì)于泄漏量很小的情況，一般可以通過關(guān)閉LNG槽車液相閥門或者儲(chǔ)罐閥門來(lái)進(jìn)行控制。除了因密封問題引發(fā)的泄露外，機(jī)泵在工作中會(huì)不可避免的產(chǎn)生振動(dòng)，使與其相連的管道出現(xiàn)一定的應(yīng)力拉伸和疲勞損壞，或因振動(dòng)引起相應(yīng)零部件的疲勞老損，最終均會(huì)導(dǎo)致管線或零部件失效而至物料泄露產(chǎn)生火災(zāi)爆炸。

（4）卸車軟管

卸液操作中與槽車相連的接口軟管，也是安全管理中應(yīng)予以關(guān)注的對(duì)象。由于軟管易老化，在接口處因長(zhǎng)期磨損可能導(dǎo)致密封不嚴(yán)，甚至因卸氣時(shí)受到劇烈震動(dòng)而發(fā)生爆裂。這些都會(huì)產(chǎn)生LNG泄露，對(duì)泄漏量不大的情況，可通過關(guān)閉LNG槽車出液口或停止?jié)撘罕眠M(jìn)行控制。

（5）LNG 加注機(jī)

LNG加注機(jī)用于直接給汽車加氣，其接口采用軟管連接。因軟管發(fā)生的泄露同以上對(duì)卸車軟管的分析類似，泄漏發(fā)生后采取及時(shí)停泵、關(guān)閉儲(chǔ)罐出液口或儲(chǔ)氣瓶出氣口等措施可有效控制泄漏量。除此之外，加注機(jī)受到外力撞擊或因作業(yè)人員操作不當(dāng)導(dǎo)致加注機(jī)憋壓，或者設(shè)備超期服役以及在受到嚴(yán)重腐燭等情況下都會(huì)發(fā)生不同程度的泄漏，為事故埋下極大的安全隱患，同樣應(yīng)對(duì)這些方面予以適當(dāng)關(guān)注。

3.管道系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分析

（1）保冷失效

LNG液相管道輸送的介質(zhì)屬于低溫深冷流體，在管道設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了溫度變化及大溫差對(duì)材料性能的要求，采用真空絕熱設(shè)計(jì)，其保溫材料具有良好的防水、隔熱和阻燃功能。但因真空度受到破壞等原因?qū)е鹿艿澜^熱性能下降時(shí)，管內(nèi)介質(zhì)受熱會(huì)致使液相管道內(nèi)壓急劇增高[9]，使發(fā)生泄露或爆炸的危險(xiǎn)性大大增加。此時(shí)通過開啟管線安全閥以防止管道超壓造成事故，并需要注意對(duì)放散氣體進(jìn)行集中放散處理。此外，生產(chǎn)過程中在每次開車前也需要對(duì)工藝管道進(jìn)行預(yù)冷，若不按要求進(jìn)行操作或操作不當(dāng)，可能導(dǎo)致管道連接部位發(fā)生冷收縮和脆性斷裂，進(jìn)而引發(fā)泄漏，造成人員火災(zāi)爆炸和人員傷亡事故。

（2）液擊現(xiàn)象

LNG的管路是帶壓輸送，由于加注車輛的隨機(jī)性，輸送管路中的裝置經(jīng)常反復(fù)開停，致使液相管道內(nèi)的液體流速發(fā)生頻繁而劇烈的變化，速度的變化引起液體動(dòng)量的變化，反映為管道內(nèi)壓力的大幅度波動(dòng)，同時(shí)伴有液體錘擊的聲音，即液擊現(xiàn)象（或稱“水錘”或“水擊”）。液擊一般會(huì)造成管道系統(tǒng)強(qiáng)烈的振動(dòng)，其對(duì)管道產(chǎn)生的影響不容忽視。突然升壓，嚴(yán)重時(shí)可使管道爆裂；急劇降壓，造成管道內(nèi)負(fù)壓，易引發(fā)使管子失穩(wěn)和產(chǎn)生振動(dòng)。除了在設(shè)計(jì)和安裝上的安全考慮，控制裝置啟停的速度是避免嚴(yán)重液擊的有效措施之一。

（3）BOG 及“間歇泉”現(xiàn)象

與LNG儲(chǔ)罐相連接的液相管道線一般較長(zhǎng)，在管路閥門等處會(huì)不可避免的產(chǎn)生漏冷，使得管內(nèi)液體受熱而產(chǎn)生閃蒸氣即BOG氣體[10]（其自然蒸發(fā)量一般在每天2‰左右）。隨著受熱不斷增加，當(dāng)管內(nèi)的閃蒸氣體量不斷增大，聚集到一定壓力足以克服儲(chǔ)罐中的靜壓而上升至儲(chǔ)罐液面時(shí)，氣體會(huì)突然噴發(fā)，并將管路中的液體同時(shí)推向儲(chǔ)罐內(nèi)，導(dǎo)致管道內(nèi)一定空間液體被排空，罐內(nèi)液體又迅速補(bǔ)充至管內(nèi)，以此為一個(gè)周期重新開始BOG的聚集過程，一段時(shí)間后再次形成噴發(fā)，在整個(gè)循環(huán)過程中，同時(shí)伴隨著管道中的液體、氣體和儲(chǔ)罐中的液體充分的熱交換，這種間歇性的噴發(fā)現(xiàn)象稱為“間歇泉”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)壓力的驟然上升，主要依靠?jī)?chǔ)罐安全閥開啟進(jìn)行放散。為及時(shí)消除這種隱患，就需要對(duì)產(chǎn)生的BOG進(jìn)行及時(shí)排除，現(xiàn)場(chǎng)一般通過設(shè)置降壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，根據(jù)儲(chǔ)罐或管道內(nèi)壓力，自動(dòng)排除產(chǎn)生的BOG以維持其內(nèi)部壓力在安全許可范圍內(nèi)。

（4）兩相流影響

如前所述，在LNG的輸送管路中，由于管道的漏冷吸熱、泵內(nèi)加壓以及內(nèi)部介質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生的磨擦等因素影響，會(huì)有部分液體氣化，氣化后生成的氣體在管道中很容易形成“長(zhǎng)泡帶”；當(dāng)氣體流速繼續(xù)增大時(shí)，氣泡隨之增大，直至充滿整個(gè)管徑，此時(shí)氣液兩相流體在管道中串聯(lián)排列形成所謂“液節(jié)流”。同時(shí)，未氣化的液體受熱后也會(huì)發(fā)生體積膨脹，這種介質(zhì)流動(dòng)過程中發(fā)生相變的兩相流和由此產(chǎn)生的各種流型會(huì)使管內(nèi)壓力增加，并激發(fā)管道振動(dòng)，易引發(fā)管道疲勞失效，對(duì)管道輸送安全產(chǎn)生很大影響。

4.人員及環(huán)境因素的危險(xiǎn)性分析

保證LNG加注站的安全運(yùn)行，人的因素始終處于核心地位，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)事故統(tǒng)計(jì)，石油石化行業(yè)的很多事故均是由于操作人員的安全環(huán)保意識(shí)差、責(zé)任感不強(qiáng)、違章作業(yè)等引起的，和人員作業(yè)有關(guān)的影響因素包括環(huán)境和管理兩個(gè)方面。

環(huán)境因素包括自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境和工作環(huán)境。對(duì)于自然環(huán)境應(yīng)重點(diǎn)考慮的是氣候?yàn)?zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、火災(zāi)和環(huán)境污染等方面；社會(huì)環(huán)境危害主要表現(xiàn)為第三方破壞、違章占?jí)汉蛺阂馄茐?；工作環(huán)境則主要體現(xiàn)在對(duì)加注戰(zhàn)場(chǎng)內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生的要求，如站內(nèi)地面、值班室、控制室等室外室內(nèi)應(yīng)該保持干凈清潔，達(dá)到窗明地凈，無(wú)積水和廢物雜草，并明禁煙火（如煙頭、靜電等）。

操作人員的安全行為在LNG加注站的安全管理中起著至關(guān)重要的作用，在LNG戰(zhàn)場(chǎng)的生產(chǎn)處理過程中，觸發(fā)生產(chǎn)工藝、設(shè)備潛在危險(xiǎn)、有害事故的重要因素常常是人員的違規(guī)操作。例如由于安全閥門的不當(dāng)操作造成相關(guān)裝置和設(shè)備超壓；進(jìn)行卸車作業(yè)時(shí)沒有將車輛用接地線接地而產(chǎn)生靜電危害；對(duì)汽車加注前未對(duì)汽車媳火而致汽車突然啟動(dòng)造成加氣槍拉斷引發(fā)事故；汽車加注完畢后，在未對(duì)加氣槍排空情況下就將其強(qiáng)行拔掉引發(fā)槍頭反彈而傷害臨近人員等事故。針對(duì)人員的安全行為管理，首先應(yīng)建立健全完善的安全規(guī)章制度，給出合適的操作示范規(guī)程，并根據(jù)各LNG加注站的實(shí)際情況，每年制定有針對(duì)性的檢修和保養(yǎng)計(jì)劃，并將安全管理責(zé)任制度落實(shí)到位，保證各級(jí)管理人員和作業(yè)人員嚴(yán)格執(zhí)行，使站場(chǎng)的安全管理和操作有章可循、有規(guī)可依。同時(shí)注重加強(qiáng)對(duì)各級(jí)管理人員和技術(shù)人員的業(yè)務(wù)技能和安全培訓(xùn)，并按要求開展事故應(yīng)急演練工作。以此才能從人員的思想意識(shí)、技術(shù)以及生理和心理等各方面樹立起堅(jiān)實(shí)的安全關(guān)口，從根本上杜絕人為因素所導(dǎo)致的各類傷害事故。

結(jié)束語(yǔ)

LNG加注站的危險(xiǎn)因素來(lái)自于介質(zhì)、裝置、工藝管線、人員及環(huán)境因素四個(gè)方面。對(duì)于設(shè)備設(shè)施及物料介質(zhì)的危險(xiǎn)性，在設(shè)計(jì)上可能已經(jīng)進(jìn)行了相應(yīng)考慮，如采用安全閥泄壓、液位檢測(cè)傳送及報(bào)警系統(tǒng)等，但要從根本上杜絕事故的發(fā)生還有賴于良好的安全管理和人為操作。國(guó)內(nèi)外大部分的加注站事故均源于人員的違規(guī)行為，現(xiàn)場(chǎng)操作安全來(lái)源于每一個(gè)細(xì)節(jié)、每一個(gè)動(dòng)作的精準(zhǔn)到位，以及每一位員工的細(xì)心參與。通過對(duì)加注站的危險(xiǎn)因素辨識(shí)，有助于認(rèn)清每個(gè)環(huán)節(jié)的事故風(fēng)險(xiǎn)，使現(xiàn)場(chǎng)安全管理有的放矢，保證安全作業(yè)，提升企業(yè)安全管理水平。

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