淺談LNG加氣站的安全問題

崔　靜

(天津市化工設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)院,天津300193)

[摘要]隨著LNG汽車的推廣,LNG加氣站的建設(shè)也在不斷增加,在加氣站運(yùn)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(zāi)危險(xiǎn)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(jié)LNG加氣站設(shè)計(jì)及安全運(yùn)行應(yīng)注意的事項(xiàng)。

[關(guān)鍵詞]液化天然氣；LNG加氣站；安全運(yùn)行

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

天然氣作為清潔能源,是汽車的優(yōu)質(zhì)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(fā)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(yōu)點(diǎn),如汽車?yán)m(xù)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(yùn)輸、水上運(yùn)輸?shù)确矫娣e累了許多經(jīng)驗(yàn)。

1概述

LNG加氣站工藝流程為LNG由LNG槽車運(yùn)至站區(qū)后,用潛液泵和增壓器聯(lián)合將槽車中的LNG卸至LNG儲罐中；加氣時(shí)通過潛液泵,將LNG儲罐中的LNG通過加氣機(jī)送入汽車的車載氣瓶里。站內(nèi)物料主要為液化天然氣(LNG),LNG是以甲烷為主的液態(tài)混合物,常壓儲存溫度約為-163℃。泄漏后通過吸熱蒸發(fā),會(huì)生成白色蒸氣云。當(dāng)氣體溫度繼續(xù)被空氣加熱時(shí),會(huì)在空氣中快速擴(kuò)散,LNG液態(tài)密度約為準(zhǔn)狀態(tài)下氣態(tài)體積的600倍。天然氣與空氣混合后,體積百分?jǐn)?shù)在一定的范圍內(nèi)會(huì)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(shí)蒸發(fā)會(huì)對其周邊設(shè)施形成危害,同時(shí)低溫液體也會(huì)對人員產(chǎn)生低溫灼燒、凍傷等危害。故LNG加氣站主要存在的危險(xiǎn)危害為：①LNG泄漏后氣化與空氣混合有可能產(chǎn)生火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)；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(shí)可能對人體造成窒息。

2危險(xiǎn)性分析

2.1裝置的危險(xiǎn)性

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

LNG潛液泵進(jìn)、出口可能因連接管道的密封失效產(chǎn)生泄漏。

LNG加氣機(jī)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(xiǎn)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(fā)泡保溫絕熱或真空管絕熱,當(dāng)絕熱層由于其他原因使絕熱性能下降時(shí),液相管道內(nèi)壓力會(huì)上升。

2.2.2管道振動(dòng)

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

在LNG的液相管道中,管內(nèi)液體在流動(dòng)的同時(shí),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(fā)生突然的變化,流體的流型和流動(dòng)狀態(tài)也受到擾動(dòng),管道內(nèi)的壓力可能增大,這種情況可能激發(fā)管道振動(dòng)。

當(dāng)汽化后的氣體在管道中以氣泡的形式存在時(shí),有時(shí)形成“長泡帶”；當(dāng)氣體流速增大時(shí),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(lián)排列形成所謂“液節(jié)流”,這兩種流型都有可能激發(fā)管道振動(dòng),尤其是在流經(jīng)彎頭時(shí)振動(dòng)更為劇烈。

2.2.3管道中蒸發(fā)氣體可能造成“間歇泉”現(xiàn)象

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

2.3生產(chǎn)過程中的危險(xiǎn)性

2.3.1儲罐液位超限

LNG儲罐在生產(chǎn)過程中要防止液位超限,進(jìn)液超限可能使多余液體從溢流閥流出,此時(shí),監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng),并連鎖關(guān)閉閥門,避免事故發(fā)生。

2.3.2LNG設(shè)施的預(yù)冷

LNG儲罐在進(jìn)液前需預(yù)冷,工藝管道每次使用前需要預(yù)冷,如預(yù)冷速度過快或者不進(jìn)行預(yù)冷,有可能使設(shè)備發(fā)生脆性斷裂和冷收縮引發(fā)泄漏事故,易使現(xiàn)場操作人員冷灼傷,或者大量泄漏導(dǎo)致更大災(zāi)難發(fā)生。

3防范措施

3.1防火安全設(shè)計(jì)

3.1.1控制防火間距

加氣站主要設(shè)備與站外建、構(gòu)筑物的防火間距,加氣站內(nèi)主要設(shè)施與建、構(gòu)筑物之間的防火間距嚴(yán)格按照現(xiàn)行《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì),不小于規(guī)范要求的間距。工藝設(shè)施界區(qū)內(nèi)如儲存區(qū)(攔蓄區(qū))采用不發(fā)火地面。

3.1.2設(shè)置攔蓄區(qū)

攔蓄區(qū)由防護(hù)堤(也稱圍堰)構(gòu)成,根據(jù)規(guī)范要求LNG儲罐的周圍應(yīng)設(shè)置攔蓄區(qū),攔蓄區(qū)的作用是在發(fā)生泄漏時(shí),為防止液體流淌蔓延,將液體限制在一定區(qū)域內(nèi)。

3.1.3出入口分開設(shè)置

站區(qū)內(nèi)加油、加氣車輛的出入口分開設(shè)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(kuò)散、揮發(fā)迅速,與空氣混合后容易形成爆炸混合物。密閉房間內(nèi)部易積聚氣體,易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。因此站內(nèi)裝置露天化、敞棚化,如LNG儲罐采用露天化布置,加氣區(qū)是經(jīng)常性工作場所,采用四周完全敞開的罩棚。

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)工藝設(shè)備如LNG儲罐、管道設(shè)置安全閥,系統(tǒng)超壓時(shí)進(jìn)行集中放散。

(2)系統(tǒng)設(shè)置緊急停車系統(tǒng),系統(tǒng)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(tǒng)監(jiān)測儀表及自動(dòng)控制。儲罐、管道、潛液泵進(jìn)出口、加氣機(jī)等工藝裝置設(shè)計(jì)有壓力、液位、溫度、流量等監(jiān)測儀表。儲罐和加氣區(qū)附近設(shè)置有可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警器。

上述儀表均可現(xiàn)場顯示并遠(yuǎn)傳到控制系統(tǒng),并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序進(jìn)行判斷,預(yù)先報(bào)警,緊急自動(dòng)停車。

(4)電氣設(shè)計(jì)。所有電氣設(shè)備外殼一律接地,防止人身觸電。按規(guī)范對儲罐、管道、鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防雷接地,防止雷電引起火災(zāi)爆炸事故。

3.3事故搶救、疏散和應(yīng)急措施

站內(nèi)配置防冷灼傷、凍傷藥物。配置防護(hù)、防毒面具,以便事故搶修。培訓(xùn)教育職工,學(xué)習(xí)自救、互救常識,如人工呼吸等。站內(nèi)平時(shí)注意通道暢通,便于疏散。制訂事故應(yīng)急方案,平時(shí)注意演練。

4結(jié)論

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

參考文獻(xiàn):

[1]敬加強(qiáng),梁光川,蔣宏業(yè).液化天然氣技術(shù)問答 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2]顧安忠.液化天然氣技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

[作者簡介]崔靜(1984—),女,漢族,天津人,工學(xué)學(xué)位本科,天津市化工設(shè)計(jì)院工程師。研究方向：城鎮(zhèn)燃?xì)狻?/p>