LNG工廠的危險(xiǎn)性分析

于澤平　梁長(zhǎng)鋒　林凱

1、前言

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，簡(jiǎn)稱LNG）主要成分為甲烷的液態(tài)混合物。氣態(tài)天然氣經(jīng)過(guò)凈化處理：主要是脫除酸性氣體、水、汞等雜質(zhì)，之后，采用我國(guó)自主研發(fā)的雙循環(huán)混合冷劑制冷工藝，凈化后的天然氣與混合冷劑在板翅式換熱器中進(jìn)行熱交換，最終在低溫（-162℃）常壓狀態(tài)下液化，成為液化天然氣。

液化天然氣具有綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，Liquefied Natural Gas體積為常規(guī)氣體的六百分之一，可以進(jìn)行一定量的存儲(chǔ)與長(zhǎng)途運(yùn)送。液化天然氣是綠色環(huán)保能源，綜合其安全性、環(huán)保性、高效性等方面的優(yōu)勢(shì)，液化天然氣將成為全世界廣泛運(yùn)用的一種清潔能源。

目前我國(guó)已建成和在建的LNG工廠項(xiàng)目有100多家。截至2015年上半年，全國(guó)投產(chǎn)的天然氣液化工廠已有137家，設(shè)計(jì)總產(chǎn)能為7407萬(wàn)方/天。這些已經(jīng)建成的天然氣液化工廠中，只有少數(shù)的加工能力超過(guò)100萬(wàn)方/天，其余裝置的規(guī)模普遍較小。

從國(guó)內(nèi)的天然氣發(fā)展形勢(shì)可以預(yù)見，在未來(lái)20年的時(shí)間內(nèi)，LNG將成為我國(guó)天然氣市場(chǎng)的強(qiáng)大生力軍。

本文是基于對(duì)山東泰安60萬(wàn)噸/年LNG裝備國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中重大危險(xiǎn)源進(jìn)行分析，提出預(yù)防改進(jìn)措施。

2、泰安LNG工廠概況

本工廠設(shè)計(jì)LNG產(chǎn)量為260X104Nm3/d，LNG儲(chǔ)存容量為3 X104m年工作時(shí)間8000小時(shí)。本裝置生產(chǎn)工藝采用我國(guó)自主研發(fā)的雙循環(huán)混合冷劑制冷技術(shù)，此技術(shù)目前在世界范圍內(nèi)都處于領(lǐng)先，在我國(guó)已有Liquefied Natural Gas工廠側(cè)屈此技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。

本工廠涉及的主要原輔材料包括天然氣、MDEA、4A分子篩以及混合冷劑。常規(guī)所需的能源與耗能工質(zhì)涵蓋了循環(huán)水、電、氮?dú)庖约皟x表等。

產(chǎn)品LNG在LNG儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存，本工廠日產(chǎn)LNG約4100m3，7—9天左右即可滿罐。

表一.工廠液體物流存儲(chǔ)狀態(tài)。

3、物料的危險(xiǎn)程度研究

按照相關(guān)規(guī)定，工廠中存在的一些易燃易爆危險(xiǎn)品：天然氣，產(chǎn)品為液化天然氣，其基本由甲烷構(gòu)成；液化環(huán)節(jié)所使用的混合冷劑中涵蓋了：乙烯、甲烷以及丙烷。

危險(xiǎn)程度與性能標(biāo)準(zhǔn)見表二。

按照我國(guó)安全部門所頒發(fā)的相關(guān)規(guī)定，本廠被列為第一批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)品涵蓋了：乙烯、甲烷、丙烷以及硫化氫。

4、重大危險(xiǎn)源辨識(shí)及級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)

4.1重大危險(xiǎn)源辨識(shí)

按照相關(guān)規(guī)定，對(duì)本廠予以重大危險(xiǎn)源分級(jí)。廠中所有相關(guān)物料已超過(guò)規(guī)定的臨界值，因此本廠已成為危險(xiǎn)化學(xué)品危險(xiǎn)源。

4.2更正參數(shù)β的擬定.

限度內(nèi)危險(xiǎn)化學(xué)品的更正參數(shù)β的取值，見表三。

4.3更正參數(shù)α的確定

生產(chǎn)設(shè)施位置與儲(chǔ)存位置外五百米內(nèi)能夠接觸的人員量不超過(guò)一百人。更正參數(shù)α取二點(diǎn)零。

4.4分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)R計(jì)算

4.5危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源分級(jí)

危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源分級(jí)見.表四

因此，次工廠危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的級(jí)別為一級(jí)。

5.廠內(nèi)危險(xiǎn)性

廠內(nèi)生產(chǎn)環(huán)節(jié)所存在的危險(xiǎn)因素包括：火災(zāi)爆炸以及Liquefied Natural Gas爆炸等等。

5.1火災(zāi)爆炸

廠內(nèi)易燃的液化烴以及相關(guān)氣體。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)泄漏以及點(diǎn)火等就會(huì)發(fā)生爆炸。

5.2物理性爆炸

廠內(nèi)生產(chǎn)所使用的容器均為壓力容器，很多工藝物料輸送通路都是用壓力通路。壓力容器和管道縱橫交錯(cuò)，因此會(huì)所受到壓力以及溫度變化的影響，若選材不當(dāng)或操作流程出現(xiàn)偏差，那么就會(huì)導(dǎo)致壓力容器以及壓力通路失效，進(jìn)而出現(xiàn)物理爆炸的事故。物理爆炸會(huì)造成一系列的連鎖反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)等二次事故。

5.3Liquefied Natural Gas翻滾

Liquefied Natural Gas翻滾是在儲(chǔ)罐內(nèi)的Liquefied Natural Gas發(fā)生顯著的分層情況時(shí)，因?yàn)樯戏絃iquefied Natural Gas靜壓的抑制功能，導(dǎo)致外界輸送的熱量不能使下方的Liquefied Natural Gas第一時(shí)間蒸發(fā)，進(jìn)而促使下方的Liquefied Natural Gas過(guò)飽。在儲(chǔ)罐上方的Liquefied Natural Gas密度超過(guò)下方Liquefied Natural Gas的時(shí)候，下方Liquefied Natural Gas突然提高，造成蒸發(fā)，若實(shí)際操作過(guò)程沒有有效的預(yù)防手段，那么就可能發(fā)生重大事故。

5.4凍傷

工廠采用DMR（雙循環(huán)混合冷劑）制冷工藝制作液化天然氣。在生產(chǎn)和儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，對(duì)低溫介質(zhì)設(shè)施以及管道進(jìn)行隔熱處理。如果出現(xiàn)低溫介質(zhì)泄露那么就會(huì)造成相關(guān)人員凍傷。

6、火災(zāi)危險(xiǎn)性類別與爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分

6.1裝置火災(zāi)危險(xiǎn)性類別

6.2爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分

本工廠根據(jù)工藝裝置危險(xiǎn)性介質(zhì)在生產(chǎn)、加工、處理、轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存過(guò)程中出現(xiàn)的程度以及使用時(shí)間，根據(jù)相關(guān)規(guī)定予以了劃分：

零區(qū)：持續(xù)發(fā)生危險(xiǎn)性氣體混合物的環(huán)境。一區(qū)：在一般運(yùn)行的時(shí)候能夠出現(xiàn)危險(xiǎn)性氣體混合物的環(huán)境。二區(qū)：在一般運(yùn)行的時(shí)候能夠短時(shí)存在危險(xiǎn)性介質(zhì)的環(huán)境。本工廠工藝裝置區(qū)、儲(chǔ)運(yùn)區(qū)、火炬區(qū)主要分為2區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，2區(qū)范圍內(nèi)的凹陷地區(qū)，如坑、池、下水道和電纜溝等，劃分為1區(qū)；導(dǎo)熱油爐、熱水鍋爐房所用燃料氣調(diào)節(jié)閥由于附近有明火故未劃分為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，但從安全考慮電氣設(shè)備及燈具選型按危險(xiǎn)2區(qū)選擇。

7、主要的安全控制措施

7.1本工程系統(tǒng)通過(guò)密閉以及自動(dòng)化手段進(jìn)行操作，以避免泄露等安全問(wèn)題。

7.2分散控制系統(tǒng)（DCS）

過(guò)程控制系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)（DCS），由操作工作站與工程站對(duì)所有設(shè)施予以監(jiān)控，工藝的一般控制以及工藝均衡控制都通過(guò)DCS進(jìn)行操作。

7.3安全儀表系統(tǒng)（SIS）

設(shè)置了安全儀表系統(tǒng)SIS，提供將裝置置于安全狀態(tài)的檢測(cè)和控制功能（即傳統(tǒng)意義上的緊急停車，ESD）。SIS是專門用于防止或減輕危險(xiǎn)事件、保護(hù)人員安全和環(huán)境以及預(yù)防對(duì)工藝設(shè)備造成災(zāi)難性損害的系統(tǒng)。SIS應(yīng)對(duì)可能存在危險(xiǎn)或如果不采取措施可能最終產(chǎn)生危險(xiǎn)的工藝及設(shè)備狀況做出快速響應(yīng)。

7.4火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）

FAS將用來(lái)檢測(cè)重要建筑物內(nèi)可能出現(xiàn)的火災(zāi)，在發(fā)生緊急情況時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警及消防設(shè)施，保證人員和生產(chǎn)設(shè)施的安全?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)盤接收來(lái)自手報(bào)按鈕及火警檢測(cè)設(shè)備的信號(hào)，火警發(fā)生時(shí)聯(lián)動(dòng)相應(yīng)的消防設(shè)備。通過(guò)串行口和GDS通訊，或通過(guò)硬線將關(guān)鍵參數(shù)報(bào)警上傳GDS，各建筑物的各個(gè)火警檢測(cè)器的狀態(tài)在中央控制室、裝車控制室的火災(zāi)報(bào)警控制盤上顯示、報(bào)警、控制。

7.5可燃?xì)怏w/有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)（GDS）

GDS將用來(lái)檢測(cè)工藝裝置區(qū)、公用工程和重要建筑物內(nèi)可能出現(xiàn)的可燃?xì)怏w泄漏并觸發(fā)聲光報(bào)警?？扇?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在 SIS系統(tǒng)中，進(jìn)入SIS系統(tǒng)的過(guò)程端子柜以及系統(tǒng)柜，在SIS系統(tǒng)中設(shè)置獨(dú)立的可燃?xì)怏w及有毒氣體信號(hào)輸入卡件，控制器與工藝裝置共用，設(shè)置獨(dú)立的顯示器用于可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測(cè)監(jiān)視、報(bào)警。在SIS系統(tǒng)中，由全廠統(tǒng)一設(shè)置獨(dú)立的可燃?xì)怏w及有毒氣體服務(wù)器，其應(yīng)設(shè)置事件順序記錄功能。

7.6為避免設(shè)備與通路超壓導(dǎo)致的危險(xiǎn)，廠內(nèi)安裝了安全閥。安全閥起跳時(shí)的介質(zhì)按照性質(zhì)的差異，分別進(jìn)行處理。

7.7氮?dú)獾谋Ｗo(hù)與換置

本廠產(chǎn)品、原料、混合冷品以及副產(chǎn)品重?zé)N等都屬于易燃爆物品。系統(tǒng)在檢維修后都要對(duì)相關(guān)設(shè)施以及通路予以氮?dú)鈸Q置，放置易燃介質(zhì)和空氣混合形成爆炸性氣體環(huán)境。

7.8Liquefied Natural Gas儲(chǔ)罐安全控制方法

Liquefied Natural Gas儲(chǔ)罐為大型低溫儲(chǔ)槽。此類儲(chǔ)罐的危險(xiǎn)性偏高，同時(shí)存在液化天然氣翻滾等危險(xiǎn)，因此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)尤其重視Liquefied Natural Gas儲(chǔ)罐的安全控制方法。

7.9裝車的安全性控制

本廠通過(guò)低溫裝車臂對(duì)Liquefied Natural Gas槽車予以充裝。在裝車的總液相管和總氣相管上裝有制動(dòng)切斷設(shè)備，在裝車的時(shí)候發(fā)生意外時(shí)進(jìn)行關(guān)閉。裝車臺(tái)和裝卸臂基礎(chǔ)超過(guò)所在位置二百毫米，在裝車臺(tái)附近防止警示標(biāo)志。

7.10保冷

在施工現(xiàn)場(chǎng)擇取澆鑄以及噴涂的措施進(jìn)行施工。避免潮層采用CPU聚氨酯阻燃防水卷材。T大于六十五攝氏度擇取泡沫玻璃加聚氨酯雙層、瑪蹄脂二層用于管道與設(shè)備保冷。其中聚氨酯、瑪蹄脂均要求氧參數(shù)值超過(guò)三十。LNG儲(chǔ)罐四周夾層空間填充隔熱性能良好的珠光砂絕熱。設(shè)備下的絕熱層選擇高強(qiáng)度、有較強(qiáng)絕熱功能的泡沫玻璃磚予以隔熱。

8、結(jié)論

Liquefied Natural Gas工廠存在甲烷等危險(xiǎn)化學(xué)品以及火災(zāi)爆炸、物理性爆炸、Liquefied Natural Gas翻騰等危險(xiǎn)因素。LNG工廠危險(xiǎn)較多，安全風(fēng)險(xiǎn)大，工廠運(yùn)行的安全性應(yīng)該得到切實(shí)保證。本文主要通過(guò)對(duì)LNG工廠重大危險(xiǎn)源的辨識(shí)、等級(jí)劃分角度逐步對(duì)LNG工廠的主要危險(xiǎn)性進(jìn)行了分析，并結(jié)合本工廠實(shí)際提出了相應(yīng)的安全控制措施，在此基礎(chǔ)上總結(jié)提出了LNG工廠運(yùn)行過(guò)程中主要安全隱患的控制對(duì)策，希望對(duì)LNG工廠運(yùn)行管理有所幫助。

（作者單位：山東泰安昆侖能源有限公司）