LNG加氣站泄漏安全風險分析與控制

嚴文銳 呂 佳

〔中國石化四川石油分公司 四川成都 610041〕

近年來，因油品質量不合格、尾氣排放不達標等問題，致使大氣PM2.5濃度超標，霧霾天氣頻發，嚴重影響了人們的日常生活。LNG等替代新能源的發展刻不容緩[1]。十三五以來，國家和地方密集出臺多項政策，積極推動天然氣能源利用。LNG相比傳統燃料具有更高效、更環保、更安全、成本更低等競爭優勢[2]，在交通運輸領域發展迅速，特別是2018年以來，LNG市場價格持續低位運行，與柴油對比經濟性明顯提升，傳統柴油重卡更換符合國Ⅵ排放標準的LNG牽引車頭的勢頭迅猛。

由于市場的需求量增大，LNG加氣站也有較大發展。在國內，由于LNG產業起步較晚，有關LNG方面的制度規范及相關操作規程相對滯后，LNG專業技能人才相對缺乏。同時，由于LNG具有低溫及易燃易爆雙重特性，導致LNG加氣站在運營過程中容易出現泄漏并導致火災爆炸等事故[3]。為降低LNG加氣站泄漏安全風險，有效防范火災爆炸事故發生，通過劃分LNG槽車、卸車金屬軟管、潛液泵及管線、LNG儲罐、加液管線、阻火器及放空單元等節點，對LNG加氣站全過程泄漏安全風險進行識別分析，并探討應對處理的控制措施[4]。

1 LNG工藝流程簡述

1.1 卸液流程

用低溫運輸槽車將LNG配送至LNG加氣站。卸液前，連接好槽車與卸液口增壓相、氣相及液相對應管線，觀察槽車的壓力與儲罐的壓力情況，確定卸車方案。通過增壓相平壓、氣相平壓的方式實現儲罐壓力與槽車壓力基本相等，然后開展槽車自增壓流程。打開槽車增壓液相閥，讓LNG從增壓液相口流入增壓氣化器，LNG通過增壓氣化器壓力增大，轉化為氣相后通過氣相管線回到槽車，實現自增壓。槽車的壓力應高于儲罐2 kg以上，但不能超過安全閥起跳壓力。打開槽車液相閥開始卸液。通過加氣站卸車接口、保冷管道、泵撬、閥門等將LNG接卸到低溫儲罐中。

1.2 加液流程

給車輛加液前，首先觀察車輛鋼瓶壓力，如果大于1 MPa需要進行降壓回氣操作，待鋼瓶壓力低于0.9 MPa可進行加液操作(如果長時間未使用加液機需要進行預冷操作)。將加注管路通過專用的LNG加液槍與汽車上進液接口相連接， LNG從儲罐經過低溫潛液泵加壓途徑保冷管線、閥門、加液機等輸送至客戶車輛鋼瓶內，同時用LNG流量計計算出輸送的液體，在控制面板上方顯示質量(或標方數)和價格。其工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 LNG加氣站工藝流程

2 泄漏風險分析

LNG加氣站的核心設備可分為三大部分：一是LNG儲罐；二是低溫潛液泵、加液機以及相關配套的低溫管線及閥門；三是PLC自動控制系統及相關的安全配套設施。LNG加氣站主要的危險源是LNG介質本身。通過分析LNG介質本身風險及LNG槽車、卸車金屬軟管、潛液泵及管線、LNG儲罐、加液管線、阻火器及放空單元等環節泄漏風險，并采取相應措施控制LNG的意外泄漏，是控制LNG加氣站安全平穩運行的關鍵。

2.1 LNG介質

LNG為-150～-160 ℃的深冷液體，若有液體泄漏或飛濺，人體直接與LNG接觸，皮膚及皮膚以下組織迅速凍結，表皮與衣物或金屬黏接造成表皮撕裂，接觸時間過長時，人體骨骼將受到壞死性凍傷。受LNG低溫特性影響，金屬部件會出現明顯的收縮，加氣站銷量越大，卸液與充裝操作頻率越高，儲罐的焊縫、閥門、法蘭等部位遇冷收縮越頻繁，設備的應力損傷越大，泄漏的風險也相應增大。

2.2 LNG槽車泄漏風險

LNG槽車運輸LNG到站后，存在因故長時間未卸液，槽車內LNG吸熱過多蒸發，或者LNG槽車卸車增壓操作時，操作人員失誤，增壓管路閥門開度不當導致過多氣體生成等情況。從而導致LNG槽車超壓，LNG從槽車溢出，泄漏至環境，附近人員受LNG低溫傷害，如遇點火源存在火災爆炸、人員傷亡風險。

2.3 卸車金屬軟管泄漏風險

目前國內LNG加氣站卸液所采用的管線絕大部分為金屬軟管。卸液時金屬軟管因磨損等因素存在破裂的情況，導致LNG從軟管破裂部位溢出，泄漏至環境，附近人員受低溫傷害，如遇點火源存在火災爆炸、人員傷亡風險。

另一方面，卸液完成后，拆卸軟管時存在金屬軟管內殘余LNG未能卸盡，或者空氣進入軟管預冷結冰，再次卸車時堵塞管道或損壞機泵，甚至引起設備損壞破裂(凍脹)等情況，引起LNG從設備薄弱環節泄漏，附近人員受低溫傷害，如遇點火源存在火災爆炸、人員傷亡風險。

2.4 潛液泵及管線泄漏風險

在LNG接卸過程中，存在因操作人員失誤，卸車時LNG儲罐過度充裝，LNG從潛液泵或管線薄弱環節泄漏的情況，附近人員或受低溫傷害，如遇點火源存在火災爆炸、人員傷亡風險。

2.5 LNG儲罐泄漏風險

LNG儲罐外罐材質為Q345R碳鋼，內罐材質為06Cr19Ni10不銹鋼，內外罐之間設有絕熱層并抽取真空。儲罐的設計壓力一般為1.2 MPa[5]。LNG站儲罐一般為露天設置，罐體在使用過程中受到陽光暴曬和雨水侵蝕。LNG儲罐存在因絕熱層受損，抽真空管路或測真空裝置泄漏等原因導致真空度無法維持，LNG吸熱過多蒸發，使儲罐內壓力急劇上升，在安全閥泄壓速度小于升壓速度時，導致儲罐超壓的情況。在罐體壁厚小、根部法蘭等應力集中區域破裂泄漏至環境，附近人員受低溫傷害，遇點火源存在火災爆炸、人員傷亡風險。

另一方面，LNG儲罐存在因槽車LNG密度與儲罐LNG密度差過大，儲罐進液方式選擇錯誤，LNG在儲罐內發生翻滾，壓力急劇升高導致儲罐超壓的情況，LNG從儲罐薄弱環節溢出，泄漏至環境，附近人員受低溫傷害，遇點火源存在火災爆炸、人員傷亡風險。

2.6 加液管線泄漏風險

目前國內LNG加氣站對外加液所采用的管線絕大部分為金屬軟管。在作業過程中，存在操作人員管線連接不當，接口脫落或加液金屬軟管破裂等情況，LNG從加液軟管溢出，泄漏至環境，附近人員受低溫傷害，遇點火源存在火災爆炸、人員傷亡風險。

2.7 阻火器及放空系統泄漏風險

在LNG加氣站運行過程中，存在阻火器堵塞，不能正常放空，或放空流程閥門誤關閉，不能正常放空的情況，導致系統憋壓，LNG從阻火器或放空系統薄弱環節泄漏，附近人員受低溫傷害，如遇點火源存在火災爆炸、人員傷亡風險。

3 風險防控措施

3.1 工程技術類措施

采取工程技術類措施是提高LNG加氣站設備設施本質安全的重要手段。目前LNG加氣站在日常運行過程中存在LNG儲罐銹蝕、罐區圍堰及地面破損、可燃氣體連鎖控制不到位、緊急切斷系統不完善、視頻監控系統存在盲區等問題，針對上述問題采取以下工程技術措施加以解決：①對LNG儲罐表面進行隔熱防腐處理。對儲罐進行底漆防腐固化處理、中間層使用環氧云鐵中間漆、面漆采用噴涂氟碳面漆，達到減少熱輻射及耐酸堿、耐氣溫變化、耐腐蝕等作用；②增設可燃氣體連鎖控制。在儲罐區域增設可燃氣體泄漏聲光報警檢測探頭，用于檢測監控儲罐區域和LNG接卸區域泄漏情況，并與LNG控制系統連鎖。監控室安裝氣體報警儀專用控制器，監控站內燃氣濃度狀態，實現實時讀數反饋異常信息，同時將控制信號接入LNG控制柜的PLC程序控制單元，與緊急制動系統聯動運行；③完善緊急切斷系統。在接卸區和加液現場新增緊急啟動開關，一旦發生異常情況，迅速啟動切斷LNG操作系統，阻止事態進一步擴大；④對破損圍堰及其地面采用防凍材料進行維護；⑤完善LNG加氣站視頻監控探頭配置、配齊巡檢儀器、配齊通訊工具，做到日常作業和設備運行狀況監控全覆蓋。

3.2 管理措施

管理措施主要是：①修訂完善LNG加氣站管理制度、操作規程、作業指導書等規章制度，完善各崗位職責，明確各項作業標準流程；②加強LNG加氣站人員技能培訓，相關人員必須熟知加氣站的工藝流程、設備的結構及工作原理、崗位操作規程、設備日常維護保養及消防器材的使用等，做到100%持證上崗； ③強化日常管理，定期開展儲罐、壓力管線、真空度及安全附件的檢測校驗工作，嚴格按照操作規程開展卸液作業，配備電子巡檢儀，每日定人、定時、定路線對儲罐區進行安全巡檢，補充完善制作罐區、泵撬區及其他作業區域的工藝標識標牌、警示牌。

3.3 個體防護措施

個體防護措施主要是：①采購配齊LNG加氣站穿戴用防護手套、防護面罩、防護圍裙、防護耳罩、防阻燃靜電工作服、防靜電工作鞋等日常作業防護用品；②規范日常作業防護用品穿戴，監督指導員工正確使用防護用品。

3.4 應急措施

應急措施主要是：①結合站內實際情況編制修訂LNG加氣站泄漏專項應急預案、編制應急處置卡、制作應急小視頻等，使各崗位應急職責、關鍵環節應急處置流程更加清晰明確；②定期開展LNG加氣站泄漏應急演練，熟悉掌握應急處置流程，評估應急預案并進行改進；③配齊LNG加氣站應急物資，包括巡檢儀器、安全帽、絕緣鞋、超低溫防護手套、超低溫防護服、防凍靴、消防隔熱服、正壓空氣呼吸器、防爆對講機、防爆維修工具等應急防護用具，并指導員工正確佩戴。

4 結束語

LNG是一種高效、清潔、節能、環保的綠色新能源，但也是一種非常危險的化學燃料。在LNG加氣站的建設和運行中，必須采取有針對性的措施，降低LNG加氣站泄漏風險，杜絕事故的發生。