淺談LNG加氣站的安全問題

崔　靜

(天津市化工設計院,天津　300193)

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淺談LNG加氣站的安全問題

崔靜

(天津市化工設計院,天津300193)

[摘要]隨著LNG汽車的推廣,LNG加氣站的建設也在不斷增加,在加氣站運行過程中人們對其安全問題非常重視。LNG泄露造成的冷灼傷及其爆炸和火災危險性是LNG加氣站安全問題的主要原因,文章針對這些方面總結LNG加氣站設計及安全運行應注意的事項。

[關鍵詞]液化天然氣；LNG加氣站；安全運行

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.28.106

天然氣作為清潔能源,是汽車的優質代用燃料。近年來,它已被世界許多國家重視和推廣。按照天然氣的儲存方式不同,天然氣汽車大致分為CNG 汽車(壓縮天然氣汽車)、LNG汽車(液化天然氣汽車)。目前我國對天然氣汽車的發展也非常重視。用LNG作為汽車燃料特別值得推廣,與CNG相比具有明顯的優點,如汽車續駛里程長、儲存能量大、壓力低、噪聲低、更清潔等。目前,我國在將 LNG用于汽車運輸、水上運輸等方面積累了許多經驗。

1概述

LNG加氣站工藝流程為LNG由LNG槽車運至站區后,用潛液泵和增壓器聯合將槽車中的LNG卸至LNG儲罐中；加氣時通過潛液泵,將LNG儲罐中的LNG通過加氣機送入汽車的車載氣瓶里。站內物料主要為液化天然氣(LNG),LNG是以甲烷為主的液態混合物,常壓儲存溫度約為-163℃。泄漏后通過吸熱蒸發,會生成白色蒸氣云。當氣體溫度繼續被空氣加熱時,會在空氣中快速擴散,LNG液態密度約為準狀態下氣態體積的600倍。天然氣與空氣混合后,體積百分數在一定的范圍內會形成爆炸范圍,其爆炸下限約為4.6%,上限約為14.57%。由于LNG的低溫特性,大量泄漏后由于不能及時蒸發會對其周邊設施形成危害,同時低溫液體也會對人員產生低溫灼燒、凍傷等危害。故LNG加氣站主要存在的危險危害為：①LNG泄漏后氣化與空氣混合有可能產生火災爆炸危險；②泄漏后可能對人體造成冷灼傷或凍傷；③LNG泄漏后在空氣中濃度過大時可能對人體造成窒息。

2危險性分析

2.1裝置的危險性

LNG儲罐通常采用真空粉末絕熱形式,雙層結構,內筒為0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼,外筒為碳鋼板材制造,內外筒之間用珠光砂填充并抽真空絕熱,最大的危險性在于真空破壞,絕熱性能下降。從而使儲罐內的LNG因受熱而大量氣化,儲罐內壓力快速上升。

LNG潛液泵進、出口可能因連接管道的密封失效產生泄漏。

LNG加氣機直接給汽車加氣,其接口為軟管連接。接口處容易漏氣,也可能因脫落或軟管爆裂而泄漏。

2.2工藝管道的危險性

2.2.1保冷失效

LNG液相管道為低溫深冷管道,采用聚氨酯發泡保溫絕熱或真空管絕熱,當絕熱層由于其他原因使絕熱性能下降時,液相管道內壓力會上升。

2.2.2管道振動

在LNG加氣過程中,由于加氣車輛的間斷性,加氣裝置需反復開停,液相管道內的液體流速發生變化使液體的動量改變,反映在管道內的壓強迅速上升或下降,同時伴有液體水擊的聲音,這種現象叫作液擊現象(或稱水錘或水擊)。水擊現象嚴重時會造成管道局部受力不均使其爆裂,有時也可能造成管道振動。

在LNG的液相管道中,管內液體在流動的同時,由于吸熱、摩擦等原因,有部分液體要汽化為氣體,這種有相變的兩相流因流體的體積發生突然的變化,流體的流型和流動狀態也受到擾動,管道內的壓力可能增大,這種情況可能激發管道振動。

當汽化后的氣體在管道中以氣泡的形式存在時,有時形成“長泡帶”；當氣體流速增大時,氣泡隨之增大,其截面可增至接近管徑,液體與氣體在管子中串聯排列形成所謂“液節流”,這兩種流型都有可能激發管道振動,尤其是在流經彎頭時振動更為劇烈。

2.2.3管道中蒸發氣體可能造成“間歇泉”現象

與LNG儲罐連接的液相管道中的液體可能吸熱而產生氣體,當氣體量小時壓力較小,不能及時地上升到液面,隨著吸熱的不斷增加,蒸發氣體增大,壓力增大克服儲罐中的靜壓時,氣體會突然噴發,噴發時將管路中的液體也推向儲罐內,管道中氣體、液體與儲罐中的液體進行熱交換,儲罐中液面發生閃蒸現象,儲罐壓力迅速升高,當管道中的液體被推向儲罐后管內部分空間被排空,儲罐中的液體又迅速補充到管道中,管道中的液體又重新受熱而產生蒸發,一段時間后又再次形成噴發,重復上述過程,這種間歇式的噴發有如泉水噴涌,故稱為“間歇泉”現象,這種現象使儲罐內壓力急劇上升,致使安全閥開啟。

2.3生產過程中的危險性

2.3.1儲罐液位超限

LNG儲罐在生產過程中要防止液位超限,進液超限可能使多余液體從溢流閥流出,此時,監測報警系統會啟動,并連鎖關閉閥門,避免事故發生。

2.3.2LNG設施的預冷

LNG儲罐在進液前需預冷,工藝管道每次使用前需要預冷,如預冷速度過快或者不進行預冷,有可能使設備發生脆性斷裂和冷收縮引發泄漏事故,易使現場操作人員冷灼傷,或者大量泄漏導致更大災難發生。

3防范措施

3.1防火安全設計

3.1.1控制防火間距

加氣站主要設備與站外建、構筑物的防火間距,加氣站內主要設施與建、構筑物之間的防火間距嚴格按照現行《汽車加油加氣站設計與施工規范》進行設計,不小于規范要求的間距。工藝設施界區內如儲存區(攔蓄區)采用不發火地面。

3.1.2設置攔蓄區

攔蓄區由防護堤(也稱圍堰)構成,根據規范要求LNG儲罐的周圍應設置攔蓄區,攔蓄區的作用是在發生泄漏時,為防止液體流淌蔓延,將液體限制在一定區域內。

3.1.3出入口分開設置

站區內加油、加氣車輛的出入口分開設置,方便消防車輛的出入。

3.1.4裝置露天化、敞棚化

LNG氣體泄漏后擴散、揮發迅速,與空氣混合后容易形成爆炸混合物。密閉房間內部易積聚氣體,易引發火災爆炸事故。因此站內裝置露天化、敞棚化,如LNG儲罐采用露天化布置,加氣區是經常性工作場所,采用四周完全敞開的罩棚。

3.2系統設計

(1)工藝設備如LNG儲罐、管道設置安全閥,系統超壓時進行集中放散。

(2)系統設置緊急停車系統,系統在不正常情況下或不受控制情況下立即切斷液源,緊急停車。

(3)系統監測儀表及自動控制。儲罐、管道、潛液泵進出口、加氣機等工藝裝置設計有壓力、液位、溫度、流量等監測儀表。儲罐和加氣區附近設置有可燃氣體泄漏報警器。

上述儀表均可現場顯示并遠傳到控制系統,并根據預先設置的程序進行判斷,預先報警,緊急自動停車。

(4)電氣設計。所有電氣設備外殼一律接地,防止人身觸電。按規范對儲罐、管道、鋼結構進行防雷接地,防止雷電引起火災爆炸事故。

3.3事故搶救、疏散和應急措施

站內配置防冷灼傷、凍傷藥物。配置防護、防毒面具,以便事故搶修。培訓教育職工,學習自救、互救常識,如人工呼吸等。站內平時注意通道暢通,便于疏散。制訂事故應急方案,平時注意演練。

4結論

天然氣作為一種清潔能源,必將成為未來能源發展的方向,天然氣汽車及加氣站也將得到進一步推廣。因此，加氣站的安全運行就顯得更加重要,深入理解和重視安全問題在加氣站運行中的重要性,將大大提高加氣站運行的可靠性。

參考文獻:

[1]敬加強,梁光川,蔣宏業.液化天然氣技術問答 [M].北京：化學工業出版社,2006.

[2]顧安忠.液化天然氣技術[M].北京：機械工業出版社,2015.

[作者簡介]崔靜(1984—),女,漢族,天津人,工學學位本科,天津市化工設計院工程師。研究方向：城鎮燃氣。