液化天然氣（LNG）泄漏擴散及抑制相關問題分析

王麗娜

摘要：近年來，隨著液化天然氣行業(yè)（LNG）的迅速發(fā)展，液化天然氣（LNG）發(fā)生泄漏擴散問題的頻率也在增加，這已經(jīng)成為了制約LNG行業(yè)安全發(fā)展的關鍵。因此，如何有效控制液化天然氣擴散對于確保行業(yè)發(fā)展至關重要。文章分析了液化天然氣（LNG）泄漏的危害、擴散過程及影響因素，總結了國內(nèi)外相關LNG標準中涉及的泄漏擴散抑制技術及針對LNG泄漏擴散開展的抑制實驗研究，分析了強制水幕、防護堤設置和高倍數(shù)泡沫等抑制技術的 優(yōu)缺點，為有效控制LNG泄漏擴散提供參考和指導。

關鍵詞：液化天然氣;LNG泄漏擴散;抑制技術

前言

近年來，天然氣行業(yè)，特別是LNG行業(yè)得到了快速的發(fā)展，國內(nèi)已基本形成了從天然氣開采、液化到LNG運輸、存儲再到LNG/CNG利用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。在LNG的運輸、存儲和使用過程中，不可避免的會由于人為或其他原因?qū)е翷NG泄漏，泄漏后的LNG會迅速擴散，造成人員凍傷，當LNG蒸氣達到一定濃度時如果遇到點火源還可能發(fā)生爆炸并引起火災，進而造成人員傷害和巨大的財產(chǎn)損失。由于LNG溫度極低，且具有易燃易爆特性，運輸過程中一旦發(fā)生泄漏，不僅對人員生命、財產(chǎn)安全造成損失，對周圍環(huán)境也將造成極大破壞。因此，為了有效地控制LNG泄漏擴散，減小LNG泄漏擴散的危害，研究LNG的泄漏擴散規(guī)律并提出事故預控措施具有十分重要的理論指導意義和工程實用價值。

1.LNG擴散特征

1.1LNG泄漏擴散過程

LNG泄漏可分為泄漏到地面 （陸地 LNG系統(tǒng) ）和水面（LNG船舶儲運 ）兩種類型，本文 以 LNG泄漏到地面為例分析LNG泄漏擴散過程。LNG泄漏到地面后，由于極低的溫度，最初會劇烈沸騰蒸發(fā)，隨著周圍溫度的降低，LNG蒸發(fā)的速率會迅速降低，同時LNG蒸氣沿地面擴散，并不斷從環(huán)境中吸收熱量，逐漸上升擴散，同時將周圍的空氣冷卻至零點以下，形成一個可見的云團，這種可見云團稱為重氣云。重氣云的擴散比較復雜，其擴散與大氣穩(wěn)定度、空氣的相對濕度、地表粗糙程度等有著密切的關系。正是這種重氣效應的存在，使得云團不易稀釋和擴散，進而增加了燃燒和爆炸的風險。LNG泄漏后迅速閃蒸，形成蒸氣云并夾帶一部分液滴，形成密度大于空氣的重氣云團，重氣云團在空氣中的擴散過程大致包括三個階段：

（1）初始階段：LNG從泄漏后，在地面形成LNG液池和初始氣云，LNG泄漏的速率將影響LNG液池的規(guī)模和氣云的形狀等;

（2）重力擴散階段：LNG云團受到重力作用沿著地面擴展，由于LNG云團密度大于空氣密度，導致產(chǎn)生凹陷現(xiàn)象，從而引起云團徑向尺寸增大而高度減少;同時受到空氣的卷吸作用，使得外界干凈空氣與LNG云團混合，濃度得到稀釋;同時由于重力作用，空氣與LNG氣云進行傳質(zhì)傳熱，導致氣云縱向溫度上升，引起對流湍流;

（3）被動擴散階段：隨著云團的稀釋和溫度的上升，LNG氣云的密度降低，當密度小于空氣密度時，其重氣效應基本消失。

2.LNG泄漏擴散影響因素

影響LNG擴散的因素很多，主要包括LNG物理性質(zhì)、泄漏初始狀態(tài)、泄漏場環(huán)境等。

（1）物理性質(zhì)包括相對分子質(zhì)量、比熱容、沸點、氣化潛熱等。

（2）泄漏初始狀態(tài)包括泄漏物質(zhì)的儲存相態(tài)、壓力及溫度、密度、泄漏源在儲存容器上的位置、泄漏的面積、泄漏形式等。

（3）泄漏場環(huán)境包括風速與風向、大氣溫度與穩(wěn)定度、障礙物等。

3.LNG泄漏造成的危害

LNG泄漏后形成的低溫蒸氣云團的危害性主要表現(xiàn)在4個方面：

（I）LNG蒸氣的窒息危害：LNG泄漏后，會大量氣化，并迅速膨脹擴散形成云團狀。如果是在狹小或者密閉空間內(nèi)，容易發(fā)生窒息危險。

（2）LNG低溫傷害：LNG溫度極低，人員一旦接觸到LNG，會造成永久性的低溫灼傷;同時普通鋼結構等受到低溫LNG的影響，可能發(fā)生脆裂，引發(fā)更嚴重的LNG泄漏等事故。

（3）LNG的易燃易爆危害：LNG泄漏后形成的LNG氣云與空氣混合，形成爆炸性混合物。當甲烷的體積分數(shù)處于其爆炸極限（5%～15%）內(nèi)時，有可能引發(fā)爆炸或者燃燒。

（4）LNG快速相變危害：當?shù)蜏豅NG與熱液體（比如水）接觸而被突然加熱的時候，就可能出現(xiàn)LNG的快速沸騰氣化現(xiàn)象，引起沸騰液體蒸氣爆炸（BLEVE），蒸氣云爆炸（VCE）等，這類爆炸超壓會破壞泄漏源附近的設備和構筑物。

4.LNG泄漏檢測方法

鑒于LNG泄漏擴散的危害性，在LNG液化工廠、LNG接收站、氣化站、加氣站等站場和LNG運輸車、船等環(huán)境中，需要安裝各種LNG泄漏檢測裝置，以確保及時發(fā)現(xiàn)LNG泄漏并緊急處理。目前國內(nèi)外使用的檢測方法主要有以下幾種：

（1）可燃性氣體檢測器：該類檢測器分為固定式和便攜式，主要基于催化燃燒、半導體或者紅外原理，能夠有效檢測環(huán)境中的可燃氣體濃度;

（2）低溫檢測器：這些低溫傳感器主要是熱電阻或熱電偶，一般安裝在LNG設備的底部、LNG集液池等地方;

（3）激光檢測器：該類檢測器主要采用可變波長（TDLAS）技術，基于朗伯一比爾（BeerLambert）定律，通過分析測量光束被氣體的選擇吸收獲得氣體濃度，檢測是否有甲烷發(fā)生泄漏，進行定性的檢測，主要用于天然氣管網(wǎng);

（4）紅外熱像儀：紅外熱像儀通過吸收目標物體的能量輻射生成紅外圖像和溫度測量的儀器，將泄漏的VOC氣體（包括甲烷等）的紅外能量輻射成像為黑色煙霧，檢測VOC氣體泄漏。

一般在LNG站場普遍設有可燃性氣體檢測器和低溫檢測器以監(jiān)測LNG的泄漏，但是監(jiān)測器布置的合理性尚需要進行深入的研究。

5.LNG泄漏擴散抑制技術

現(xiàn)階段的LNG擴散抑制技術，主要通過降低LNG的蒸發(fā)速率或者加速LNG溫度上升進而降低地表LNG蒸氣的濃度，國內(nèi)外的研究主要集中在防護堤設置、高倍數(shù)泡沫和強制水幕系統(tǒng)上。當前國內(nèi)外相關LNG企業(yè)針對泄漏擴散抑制技術開展了大量的研究工作，設置防護堤、高倍數(shù)泡沫、強制水幕等對抑制LNG泄漏擴散有明顯的作用及效果，但是具體應用過程中，其相應的應用參數(shù)，如防護堤設置高度、高倍數(shù)泡沫供給強度、強制水幕系統(tǒng)水壓水流等尚未給出，需要繼續(xù)進行深入的研究。目前LNG接收站、LNG液化工程等站場配置了相對比較完善的LNG擴散抑制措施及裝置，但是對于LNG加氣站等規(guī)模較小的站場，普遍缺少相應的LNG擴散抑制手段，亟需開發(fā)應用的技術設備及裝置，以確保安全。

6.結束語

LNG泄漏擴散抑制是一項系統(tǒng)的工程，需要將LNG泄漏檢測傳感器布局優(yōu)化、LNG泄漏堵漏技術開發(fā)以及多種LNG泄漏后擴散抑制技術有機結合，才能系統(tǒng)形成從快速檢測、堵漏和抑制的一體化技術，控制并減緩LNG泄漏后果。

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中國石化青島液化天然氣有限責任公司 山東青島 266000