LNG氣化站設計中LNG槽車卸車點的安全考量

謝飛龍　翟躍輝　張浩

摘要：實際生產過程中LNG槽車儲罐具有類似于站內LNG儲罐的危險性。在日常設計事務中，通常參照規范中LNG儲罐的防火間距要求來控制LNG槽車卸車點與其他設施的防火間距。與站內道路及圍墻的間距若無法參照站內儲罐執行，則按照生產需求來控制；與所有站外建、構筑物的防火間距應嚴格類比《城鎮燃氣設計規范》GB500282006中9.2節表9.2.4中同等體量LNG儲罐執行。單站單臺槽車位設計模型下LNG槽車卸車點與辦公、生活建筑應盡量保證40.0 m以上防火、安全間距。

關鍵詞：LNG氣化站； 槽車；間距

1 概述

液化天然氣（liquefied natural gas，簡稱 LNG）作為低碳、清潔的能源，具有環保性、經濟性好的雙重特性。LNG已成為目前無法使用管輸天然氣供氣城市的主要氣源或過渡氣源，也是許多使用管輸天然氣供氣城市的補充氣源或調峰氣源。LNG氣化站是一個接收、儲存和分配LNG衛星站，也是城鎮或燃氣企業把LNG從生產廠家轉往用戶的中間調節場所。LNG氣化站憑借其建設周期短以及能迅速滿足用氣市場需求的優勢，已逐漸在我國東南沿海眾多經濟發達、能源緊缺的中小城市建成，成為永久供氣設施或管輸天然氣到達前的過渡供氣設施[1]。

LNG氣化站的工藝設計范圍包括LNG卸車、儲存增壓、氣化加熱、BOG處理、安全泄放、調壓計量、加臭等。LNG卸車環節即液化天然氣（LNG）采用罐式集裝箱存儲，通過公路槽車運輸至氣化站，在卸車臺通過卸車增壓器對集裝箱儲罐增壓，利用壓差將LNG送至低溫LNG儲罐。由于LNG卸車在某個時間段連續進行，且涉及駕乘人員、站場管理人員等，與氣化站安全運行密切相關，因此設計中LNG槽車卸車點的安全考量應引起廣大工程設計人員的足夠重視。

2 LNG危險性分析

2.1 LNG理化性質

LNG儲存溫度通常在166℃～157℃ 之間，密度在430kg/m3～470kg/m3 之間，由于LNG是一種液態的深冷輕烴，在產生泄漏或者溢出的地方，空氣中的水蒸氣會冷凝而產生白色蒸汽云。在LNG 的儲存和轉運過程中，熱量的漏入后會產生BOG 氣體，其組成取決于液體的組成，一般情況下蒸發氣含有20%的氮氣，80%的甲烷及微量的乙烷，氮氣含量可達到LNG液體中氮氣含量的20 倍。

LNG具有易燃、易爆的特性，在162℃的低溫條件下，其燃燒范圍為體積分數6%～13%，LNG 的著火溫度隨組分的變化而變化，重烴含量的增加會造成著火溫度的降低，在大氣壓力的條件下，純甲烷的著火溫度為650℃。

常溫常壓下，LNG氣化，變為氣態形式，即天然氣。天然氣是一種多組分混合物，主要成分為烷烴，含有少量的二氧化碳、氮和水汽，以及微量的氦、氬等稀有氣體。根據《石油天然氣工程設計防火規范》火災危險性分類，天然氣火災危險等級為甲B類。

2.2 LNG的危險性

在LNG槽車卸車環節，一旦發生事故導致LNG泄漏，LNG擴散至常溫常壓環境，即變為氣態形式。因此，工程設計中應同時考慮天然氣及LNG的危險性。

（1）易燃、易爆性。天然氣是易燃易爆氣體，泄漏到空氣中能形成爆炸性混合物，溫度只要達到550℃就燃燒。若遇高熱，容器內壓增大，有開裂和爆炸的危險。天然氣爆炸極限范圍為5%～15%。 容器、管道中的天然氣泄漏在大氣中，其濃度達到爆炸極限范圍時，遇火源即將發生燃燒或爆炸，當天然氣濃度低于下限時，遇火源既不爆炸亦不燃燒，當天然氣濃度高于上限時，遇火源不發生爆炸但能發生燃燒。

（2）易擴散性。天然氣具有易揮發的特點，密度比空氣小，因此泄漏后不易留在低洼處，有較強的擴散性。

（3）毒性。天然氣為烴類混合物，具有無色、無味、無毒特性，但長期接觸可導致神經衰弱綜合癥。甲烷屬“單性窒息性”氣體，濃度過高時，可使空氣中氧含量明顯降低，使人窒息。當空氣中甲烷達到25%～30%時，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中等。

（4）熱膨脹性。天然氣的體積會隨著溫度的升高而膨脹，當管道遭受暴曬或靠近高溫熱源，天然氣受熱膨脹造成管道內壓增大而膨脹，造成容器損壞導致天然氣泄漏。

（5）LNG低溫過冷性。LNG的儲存溫度為-162 ℃，發生泄漏后的射流或冷蒸氣云，會使所接觸的一些材料變脆、易碎，或者產生冷收縮，致使管材、焊縫、管件受損產生泄漏。過冷液體或氣體都會對人體產生低溫灼燒、凍傷等危害。

2.3 定量分析

2.3.1 TNT當量及燃燒熱

燃氣工程中TNT 當量計算公式：WTNT=1.8αWfQf/QTNT。[4]

式中：WTNT — 蒸汽云的TNT 當量，kg； Wf — 計算對象總質量，kg； a — 蒸汽云的爆炸效率因子，一般取3～4% ，此處取3%； Qf— 蒸汽的燃燒熱，MJ/kg； QTNT — TNT 的爆炸熱，取4.52MJ/kg（1026.63kJ/mol ）。

根據以往氣化站工程中使用槽車型號，參照荊門宏圖特種飛行器制造有限公司網站提供的參數，常見LNG槽車罐體外形尺寸（直徑×長）：Φ2500毫米×12780毫米，罐體容積為52.6立方米[2]。槽車儲罐沖裝率為90%，按照單站單臺槽車位考慮，氣化站LNG槽車卸車點涉及天然氣數量、爆炸及燃燒危險程度見下表。

2.3.2爆炸危害半徑

壓力容器爆破時，爆破能量以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量三種形式釋放。后二者所消耗的能量只占總爆破能量的3%～15%，大部分能量是產生的空氣沖擊波。

ΔP=0.71×106R3mTNT-2.09

ΔP=0.71×106 {}2.09

式中：R—爆炸場某點至爆炸源的距離，m；

ΔP—爆炸波的入射超壓，Pa；

當接收體接收的沖擊波超壓值超過其破壞的臨界超壓值時，即被破壞。爆炸沖擊波對目標的不同傷害或破壞標準也不同。

根據沖擊波超壓破壞標準即可確定破壞半徑，見表205、206。

如果LNG槽車爆炸對人體傷害僅為輕微損傷時，人體可承受的超壓值必須小于0.025MPa，此時槽車卸車點（以槽車儲罐為典型對象，下同）人體輕微損傷的傷害半徑為38.54m；如果爆炸對建筑物的傷害僅為門窗玻璃部分破碎時，超壓必須小于0.006MPa，此時槽車卸車點的損害半徑為63.80m；如果爆炸對建筑物的傷害僅為墻裂縫時，超壓必須小于0.025MPa，此時槽車卸車點的損害半徑為38.54m。

3 設計規范解讀

設計過程中，LNG氣化站應滿足《城鎮燃氣設計規范》GB500282006及《石油天然氣工程設計防火規范》GB501832004中規定的防火間距要求。規范中涉及LNG槽車卸車點的內容為《城鎮燃氣設計規范》GB500282006中9.2節表9.2.5 [3]。

因此，現行設計規范中主要考慮的是LNG氣化站儲罐及放散總管與LNG槽車卸車點的防火間距，暫未明文明確LNG槽車卸車點與辦公、生活建筑等其它站內設施的防火及安全間距。

4 針對LNG槽車卸車點的安全設計考量

根據前文分析結論，實際生產過程中LNG槽車儲罐具有類似于站內LNG儲罐的危險性，且通常槽車卸車作業為連續性作業，一旦發生燃燒或者爆炸事故也不可能再啟動車輛駛離站區。因此，LNG氣化站設計中對LNG槽車卸車點的安全設計考量尤為重要。

以單站單臺槽車位為設計模型，個人認為槽車儲罐可類比于《城鎮燃氣設計規范》GB500282006中9.2節表9.2.5中儲罐總容積>50m3 ～≤200m3 LNG儲罐，因此在日常設計事務中，通常參照規范中針對上述體量LNG儲罐的防火間距要求來控制LNG槽車卸車點與其他設施的防火間距。但是，LNG槽車畢竟是流動性生產設施，不能完全按固定式儲罐來考量，還應考慮其車輛屬性。因此，與站內道路及圍墻的間距，實際情況若無法參照站內儲罐執行，則按照生產需求來控制；但必須強調的是與所有站外建、構筑物的防火間距應嚴格類比《城鎮燃氣設計規范》GB500282006中9.2節表9.2.4中同等體量LNG儲罐執行。

關于爆炸，根據前文2.3節結論，以單站單臺槽車位為設計模型，槽車爆炸對人體傷害僅為輕微損傷時，卸車點的傷害半徑為38.54m；爆炸對建筑物的傷害僅為門窗玻璃部分破碎、墻裂縫時，卸車點的損害半徑為63.80m、38.54m。個人認為設計過程中應重點考慮站內人員較集中的建、構筑物的安全，即辦公、生活建筑。《城鎮燃氣設計規范》GB500282006中9.2節表9.2.5中儲罐與“辦公、生活建筑”的間距要求為30m，設計中除了滿足規范要求的下限外，如果條件允許，個人認為該設計模型下LNG槽車卸車點與辦公、生活建筑應盡量保證40.0 m以上防火、安全間距。

另外，為了防止事故狀態下LNG的泄漏及蔓延，建議槽車卸車點停車位四周設置攔蓄溝，上覆鐵篦子蓋板。攔蓄溝末端低處設置積液池，以收集泄漏仍未氣化的LNG。

5 總結

LNG氣化站目前已成為城鎮燃氣中應急調峰、事故儲氣的主要設施，研究LNG槽車卸車環節的安全設計對整個城鎮燃氣的供應安全具有積極意義。國家層面應盡快完善現有規范標準；廣大工程設計人員應從各個角度對LNG槽車卸車點安全設計進行考量，在嚴格遵守國家規范標準的大前提下，發揮主觀能動性，挖掘現場實際情況的有利面，最大限度保證站內人員及設施安全。

參考文獻：

[1]https：//baike.baidu.com/item/LNG%E6%B0%94%E5%8C%96%E7%AB%99/2288648？fr=aladdin.

[2]http：//www.hkhongtu.com/product/11556_for_lngcheliang_text.htm.

[3]《城鎮燃氣設計規范》GB500282006 中華人民共和國建設部、中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2006.07.12.

[4]《黃岡大冶天然氣輸氣管道工程安全設施設計專篇》 中國市政工程中南設計研究總院有限公司，2012.03.