LNG氣化站設(shè)計(jì)中LNG槽車卸車點(diǎn)的安全考量

謝飛龍　翟躍輝　張浩

摘要：實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中LNG槽車儲(chǔ)罐具有類似于站內(nèi)LNG儲(chǔ)罐的危險(xiǎn)性。在日常設(shè)計(jì)事務(wù)中，通常參照規(guī)范中LNG儲(chǔ)罐的防火間距要求來(lái)控制LNG槽車卸車點(diǎn)與其他設(shè)施的防火間距。與站內(nèi)道路及圍墻的間距若無(wú)法參照站內(nèi)儲(chǔ)罐執(zhí)行，則按照生產(chǎn)需求來(lái)控制；與所有站外建、構(gòu)筑物的防火間距應(yīng)嚴(yán)格類比《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB500282006中9.2節(jié)表9.2.4中同等體量LNG儲(chǔ)罐執(zhí)行。單站單臺(tái)槽車位設(shè)計(jì)模型下LNG槽車卸車點(diǎn)與辦公、生活建筑應(yīng)盡量保證40.0 m以上防火、安全間距。

關(guān)鍵詞：LNG氣化站； 槽車；間距

1 概述

液化天然氣（liquefied natural gas，簡(jiǎn)稱 LNG）作為低碳、清潔的能源，具有環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性好的雙重特性。LNG已成為目前無(wú)法使用管輸天然氣供氣城市的主要?dú)庠椿蜻^(guò)渡氣源，也是許多使用管輸天然氣供氣城市的補(bǔ)充氣源或調(diào)峰氣源。LNG氣化站是一個(gè)接收、儲(chǔ)存和分配LNG衛(wèi)星站，也是城鎮(zhèn)或燃?xì)馄髽I(yè)把LNG從生產(chǎn)廠家轉(zhuǎn)往用戶的中間調(diào)節(jié)場(chǎng)所。LNG氣化站憑借其建設(shè)周期短以及能迅速滿足用氣市場(chǎng)需求的優(yōu)勢(shì)，已逐漸在我國(guó)東南沿海眾多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源緊缺的中小城市建成，成為永久供氣設(shè)施或管輸天然氣到達(dá)前的過(guò)渡供氣設(shè)施[1]。

LNG氣化站的工藝設(shè)計(jì)范圍包括LNG卸車、儲(chǔ)存增壓、氣化加熱、BOG處理、安全泄放、調(diào)壓計(jì)量、加臭等。LNG卸車環(huán)節(jié)即液化天然氣（LNG）采用罐式集裝箱存儲(chǔ)，通過(guò)公路槽車運(yùn)輸至氣化站，在卸車臺(tái)通過(guò)卸車增壓器對(duì)集裝箱儲(chǔ)罐增壓，利用壓差將LNG送至低溫LNG儲(chǔ)罐。由于LNG卸車在某個(gè)時(shí)間段連續(xù)進(jìn)行，且涉及駕乘人員、站場(chǎng)管理人員等，與氣化站安全運(yùn)行密切相關(guān)，因此設(shè)計(jì)中LNG槽車卸車點(diǎn)的安全考量應(yīng)引起廣大工程設(shè)計(jì)人員的足夠重視。

2 LNG危險(xiǎn)性分析

2.1 LNG理化性質(zhì)

LNG儲(chǔ)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(tài)的深冷輕烴，在產(chǎn)生泄漏或者溢出的地方，空氣中的水蒸氣會(huì)冷凝而產(chǎn)生白色蒸汽云。在LNG 的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，熱量的漏入后會(huì)產(chǎn)生BOG 氣體，其組成取決于液體的組成，一般情況下蒸發(fā)氣含有20%的氮?dú)猓?0%的甲烷及微量的乙烷，氮?dú)夂靠蛇_(dá)到LNG液體中氮?dú)夂康?0 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?jǐn)?shù)6%～13%，LNG 的著火溫度隨組分的變化而變化，重?zé)N含量的增加會(huì)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?yōu)闅鈶B(tài)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(jù)《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》火災(zāi)危險(xiǎn)性分類，天然氣火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為甲B類。

2.2 LNG的危險(xiǎn)性

在LNG槽車卸車環(huán)節(jié)，一旦發(fā)生事故導(dǎo)致LNG泄漏，LNG擴(kuò)散至常溫常壓環(huán)境，即變?yōu)闅鈶B(tài)形式。因此，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)考慮天然氣及LNG的危險(xiǎn)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(dá)到550℃就燃燒。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。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(dá)到爆炸極限范圍時(shí)，遇火源即將發(fā)生燃燒或爆炸，當(dāng)天然氣濃度低于下限時(shí)，遇火源既不爆炸亦不燃燒，當(dāng)天然氣濃度高于上限時(shí)，遇火源不發(fā)生爆炸但能發(fā)生燃燒。

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

（3）毒性。天然氣為烴類混合物，具有無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒特性，但長(zhǎng)期接觸可導(dǎo)致神經(jīng)衰弱綜合癥。甲烷屬“單性窒息性”氣體，濃度過(guò)高時(shí)，可使空氣中氧含量明顯降低，使人窒息。當(dāng)空氣中甲烷達(dá)到25%～30%時(shí)，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(huì)隨著溫度的升高而膨脹，當(dāng)管道遭受暴曬或靠近高溫?zé)嵩?，天然氣受熱膨脹造成管道?nèi)壓增大而膨脹，造成容器損壞導(dǎo)致天然氣泄漏。

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

2.3 定量分析

2.3.1 TNT當(dāng)量及燃燒熱

燃?xì)夤こ讨蠺NT 當(dāng)量計(jì)算公式：WTNT=1.8αWfQf/QTNT。[4]

式中：WTNT — 蒸汽云的TNT 當(dāng)量，kg； Wf — 計(jì)算對(duì)象總質(zhì)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(jù)以往氣化站工程中使用槽車型號(hào)，參照荊門宏圖特種飛行器制造有限公司網(wǎng)站提供的參數(shù)，常見LNG槽車罐體外形尺寸（直徑×長(zhǎng)）：Φ2500毫米×12780毫米，罐體容積為52.6立方米[2]。槽車儲(chǔ)罐沖裝率為90%，按照單站單臺(tái)槽車位考慮，氣化站LNG槽車卸車點(diǎn)涉及天然氣數(shù)量、爆炸及燃燒危險(xiǎn)程度見下表。

2.3.2爆炸危害半徑

壓力容器爆破時(shí)，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(chǎn)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(chǎng)某點(diǎn)至爆炸源的距離，m；

ΔP—爆炸波的入射超壓，Pa；

當(dāng)接收體接收的沖擊波超壓值超過(guò)其破壞的臨界超壓值時(shí)，即被破壞。爆炸沖擊波對(duì)目標(biāo)的不同傷害或破壞標(biāo)準(zhǔn)也不同。

根據(jù)沖擊波超壓破壞標(biāo)準(zhǔn)即可確定破壞半徑，見表205、206。

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

3 設(shè)計(jì)規(guī)范解讀

設(shè)計(jì)過(guò)程中，LNG氣化站應(yīng)滿足《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB500282006及《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB501832004中規(guī)定的防火間距要求。規(guī)范中涉及LNG槽車卸車點(diǎn)的內(nèi)容為《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB500282006中9.2節(jié)表9.2.5 [3]。

因此，現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中主要考慮的是LNG氣化站儲(chǔ)罐及放散總管與LNG槽車卸車點(diǎn)的防火間距，暫未明文明確LNG槽車卸車點(diǎn)與辦公、生活建筑等其它站內(nèi)設(shè)施的防火及安全間距。

4 針對(duì)LNG槽車卸車點(diǎn)的安全設(shè)計(jì)考量

根據(jù)前文分析結(jié)論，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中LNG槽車儲(chǔ)罐具有類似于站內(nèi)LNG儲(chǔ)罐的危險(xiǎn)性，且通常槽車卸車作業(yè)為連續(xù)性作業(yè)，一旦發(fā)生燃燒或者爆炸事故也不可能再啟動(dòng)車輛駛離站區(qū)。因此，LNG氣化站設(shè)計(jì)中對(duì)LNG槽車卸車點(diǎn)的安全設(shè)計(jì)考量尤為重要。

以單站單臺(tái)槽車位為設(shè)計(jì)模型，個(gè)人認(rèn)為槽車儲(chǔ)罐可類比于《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB500282006中9.2節(jié)表9.2.5中儲(chǔ)罐總?cè)莘e>50m3 ～≤200m3 LNG儲(chǔ)罐，因此在日常設(shè)計(jì)事務(wù)中，通常參照規(guī)范中針對(duì)上述體量LNG儲(chǔ)罐的防火間距要求來(lái)控制LNG槽車卸車點(diǎn)與其他設(shè)施的防火間距。但是，LNG槽車畢竟是流動(dòng)性生產(chǎn)設(shè)施，不能完全按固定式儲(chǔ)罐來(lái)考量，還應(yīng)考慮其車輛屬性。因此，與站內(nèi)道路及圍墻的間距，實(shí)際情況若無(wú)法參照站內(nèi)儲(chǔ)罐執(zhí)行，則按照生產(chǎn)需求來(lái)控制；但必須強(qiáng)調(diào)的是與所有站外建、構(gòu)筑物的防火間距應(yīng)嚴(yán)格類比《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB500282006中9.2節(jié)表9.2.4中同等體量LNG儲(chǔ)罐執(zhí)行。

關(guān)于爆炸，根據(jù)前文2.3節(jié)結(jié)論，以單站單臺(tái)槽車位為設(shè)計(jì)模型，槽車爆炸對(duì)人體傷害僅為輕微損傷時(shí)，卸車點(diǎn)的傷害半徑為38.54m；爆炸對(duì)建筑物的傷害僅為門窗玻璃部分破碎、墻裂縫時(shí)，卸車點(diǎn)的損害半徑為63.80m、38.54m。個(gè)人認(rèn)為設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮站內(nèi)人員較集中的建、構(gòu)筑物的安全，即辦公、生活建筑。《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB500282006中9.2節(jié)表9.2.5中儲(chǔ)罐與“辦公、生活建筑”的間距要求為30m，設(shè)計(jì)中除了滿足規(guī)范要求的下限外，如果條件允許，個(gè)人認(rèn)為該設(shè)計(jì)模型下LNG槽車卸車點(diǎn)與辦公、生活建筑應(yīng)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(tài)下LNG的泄漏及蔓延，建議槽車卸車點(diǎn)停車位四周設(shè)置攔蓄溝，上覆鐵篦子蓋板。攔蓄溝末端低處設(shè)置積液池，以收集泄漏仍未氣化的LNG。

5 總結(jié)

LNG氣化站目前已成為城鎮(zhèn)燃?xì)庵袘?yīng)急調(diào)峰、事故儲(chǔ)氣的主要設(shè)施，研究LNG槽車卸車環(huán)節(jié)的安全設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)城鎮(zhèn)燃?xì)獾墓?yīng)安全具有積極意義。國(guó)家層面應(yīng)盡快完善現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；廣大工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)從各個(gè)角度對(duì)LNG槽車卸車點(diǎn)安全設(shè)計(jì)進(jìn)行考量，在嚴(yán)格遵守國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的大前提下，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，挖掘現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的有利面，最大限度保證站內(nèi)人員及設(shè)施安全。

參考文獻(xiàn)：

[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(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB500282006 中華人民共和國(guó)建設(shè)部、中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2006.07.12.

[4]《黃岡大冶天然氣輸氣管道工程安全設(shè)施設(shè)計(jì)專篇》 中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，2012.03.