液化天然气接收站安全分析 docx

液化天然气接收站安全分析

液化天然气接收站在卸船、接收、储存及气化过程中影响安全的主要因素是火灾爆炸，次要因素包括低温冻伤、噪声、触电及机械伤害等。 一、LNG的泄漏

液化天然气生产过程中发生的火灾爆炸或低温冻伤等安全事故多因LNG泄漏(或溢出)引起，LNG泄漏能使现场的人员处于非常危险的境地。这些危害包括低温灼烧、冻伤、体温降低、肺部伤害、窒息等。当蒸气云团被点燃发生火灾时，热辐射也将对人体造成伤害。如果系统或设备发生LNG溢出或泄漏，LNG在短时间内将产生大量的蒸气。与空气形成可燃的混合物，并将很快扩散到下风处。于是，产生LNG溢出的附近区域均存在发生火灾的危险性。 LNG蒸气受热以后，密度小于空气，有利于快速扩散到高空大气中。蒸气扩散的距离与初始溢出的数量、持续的时间、风速和风向、地形，以及大气的温度和湿度有关。从对LNG溢出的研究表明：风速比较高时，能很快地驱散LNG蒸气云团；风速较低(或无风)时，蒸气云团主要聚集在泄漏点附近。移动的蒸气云团容易产生燃烧的区域，主要是在可见气团的周围，因为这些区域内的部分混合气体处于燃烧范围之内。

LNG泄漏属于一种比较严重的事故，由设备的损坏或操作失误等原因引起。正确评估LNG的溢出以及蒸气云的产生与扩散，是有关安全的一个重要问题。溢出的LNG蒸发速度非常快，形成大量的蒸气云。蒸气云将四处扩散，比较危险的情况是遇到火源产生火灾。因为蒸气的数量多，溢出的LNG能不断地蒸发和扩散。在蒸气扩散的过程中，如果遇到有风的情况，火灾可能迅速蔓延。而且火灾本身也能产生强劲的空气对流。因此，在考虑人员和设备的安全问题时，应重视风和火相互作用的影响。最危险的情况是由于燃烧产生强烈的空气对流，能对LNG设备造成进一步的损坏，扩大事故的严重性。 (一) LNG泄漏危害分析

LNG的泄漏可以分为泄漏到地面和水面两种情况。 1. LNG泄漏到地面

主要是指陆地上的LNG系统，因设备或操作原因，使LNG泄漏到地面。由于LNG与地面之间存在较大的温差，LNG将吸收地面的热量迅速气化。这是一个非常快速的气化过程，初期的气化率很高，只有当土壤中的水分被冻结以后，土壤传递给LNG的热量逐渐地减少，气化速率才开始下降。另外，周围空气的传导和对流，以及太阳辐射也会增加LNG的气化速率。在考虑系统或设施的安全性问题时，应考虑两方面的问题：首先是设备本身，在万一发生泄漏的情况下，设备周围应具备有限制LNG扩散的设施(围堰或蓄液池)，应使LNG影响的范围尽

可能缩小；其次是LNG溢出后，抑制气体发生的速率及影响的范围。

围堰是用于液化天然气储罐发生泄漏时，防止LNG扩散的设施。围堰内的容积应足够容纳储罐内的液态天然气。在某些设计中，则在储罐周围的地面采用低热导率的材料，如用具有隔热作用的水泥围起来，以减少蒸发的速率。另一种减少蒸发速率的安全措施是围绕围堰，安装有固定的泡沫发生器，在发生LNG溢出时，泡沫发生器喷出泡沫，泡沫覆盖在围堰中的LNG上面，可以减少来自空气的热量，降低LNG蒸气产生的速率。目前有一些新的设计理念，储罐周围不设围堰。LNG储罐安装在一钢筋混凝土的扑壳内，内罐通常使用9Ni钢制造。如果内罐发生溢出或泄漏，泄漏的液体包含在水泥外壳的内部，液体表面暴露于空气的面积相对很小，气体产生的速度比LNG在围堰内要小得多。

比较危险的是LNG气体在飘散的过程中，可能在途中遇到点火源，然后产生燃烧，火焰顺着蒸气云往回蔓延到蒸气发生点，对设施具有潜在的毁坏作用。 2. LNG泄漏到水面

LNG在水面上产生溢出时，水面会产生强烈的扰动，并形成少量的冰。气化的情况与LNG泄漏到地面差不多，当然，溢出到水面的蒸发速度要快得多。而且水是一个无限大的热源，水的流动性为LNG的气化提供了稳定的热量。有关的LNG工业机构和航运安全代理机构，对LNG在水上泄漏的情况进行了深入地研究。根据有关的报道，LNG泄漏到水面的蒸发速率0.181kg/(m2·s)，基本上不受时间的影响。

LNG泄漏到水面上，最重要的安全问题是蒸气云的形成和引起火灾的可能性。在空旷的地方，LNG产生的蒸气云一般不会产生爆炸，但有可能引起燃烧和快速蔓延的火灾。蒸气云产生以后，主要有两个方面的问题：一是蒸气云随着风向的扩散，如果在下风方向存在高温热源或火源，就有可能点燃这些可燃气体的云团；二是天然气云团被点燃后，火焰的扩散及火焰产生的热流将点燃飘逸的天然气云团。

蒸气云团在大气中的扩散是个令人关注的问题。一旦发生类似的事故以后，需要利用气象学方面的技术，对可能扩散到的区域提前进行预报，预先采取防火和防空气污染的措施。表6-5列出了LNG和液氮在水面的蒸发量和热流范围。 表6-5 LNG和液氮在水面的蒸发量和热流范围

蒸发条件

蒸发率[kg/(m 2 ·s)] 热流密度/(10 3 W/m 2 )

最大值 平均值 最大值 平均值

LNG水面蒸发 0.229～0.303 0.146～0.195 132.5～176.6 84.9～113.3

LNG冰上蒸发 0.332～0.732 0.171～0.190 192.4～328.1 99.1～123.0

液氮水面蒸发 0.11～0.342 0.063～0.171 30.3～68.1 12.62～34.1

(二) LNG泄漏后的蒸气扩散

对LNG的泄漏，希望能够预测LNG蒸气量与溢出距离和溢出时间的函数关系。这样可以通过用溢出的流量和时间来预测可能产生危险的区域。

预测首先要估计溢出发生时产生的蒸气量，有突然溢出和逐步溢出之分。突然溢出后，LNG的蒸发速率随着时间的增加而减少。逐步溢出的LNG则像在溢出到没有限制的水面上一样，蒸发很快。特别要考虑温度较低的蒸气，因密度比空气大，流出围堰后会四处弥散。LNG蒸

气充满围堰后，然后会流出围堰，所需的时间要等于或大于达到稳定蒸发的时间。蒸气在达到稳定蒸发后流出围堰区。蒸气也有可能在充满围堰前，密度就已经减小，能上升扩散到空气中，这是比较理想的情况。

泄漏后蒸气量与泄漏距离和溢出时间的关系由LNG蒸气的产生速率、围堰等限制建筑的结构形式、大气条件，包括风速、垂直温度梯度及湿度等决定。

LNG蒸气的扩散与空气流动的情况有关。无风条件下的扩散，比较重的LNG蒸气受热上升前，只有少量的LNG蒸气与空气混合。蒸气从与之接触的地面、太阳辐射中获取能量，同时冷凝和冻结大气中的水分。湿空气形成了可见的蒸气团。在无风条件下模拟LNG蒸气扩散的数学模型显示：高含量的LNG蒸气聚集在溢出点附近，随后由于温度上升，密度减小，空气的浮力作用使之扩散。溢出流量比较小的情况下，蒸气逐渐扩散和消失，而溢出流量很大时，蒸气扩散越来越严重。当蒸气受热后，开始上升，在上升过程中与空气混合。有风的条件下扩散时，LNG蒸气团被流动的空气带走，向下风方向移动。空气将LNG蒸气从溢出处带走的过程很复杂。在大气中，空气与温度很低的LNG蒸气混合，以及LNG蒸气被空气加热和混合气体变轻的过程也是很复杂的，和风速、垂直温度梯度、障碍物情况有关。虽然过程比较复杂，但也可以用数学模型来模拟。有些研究人员用数学模型模拟了大型围堰区LNG溢出后，产生的蒸气顺风扩散的情况。同样，在水面上的无限制泄漏的情况也可以模拟。风速和垂直温度梯度的共同作用，影响LNG蒸气的水平和垂直的扩散。LNG蒸气在扩散的过程中，温度倒置(指空气上部的温度比靠近地面的温度高)，较低的风速将使混合过程变慢，并增加顺风方向的漂移距离。

(三) LNG泄漏的预防

焊缝、阀门、法兰和与储罐壁连接的管路等，是LNG容易产生泄漏的地方。当LNG从系统中泄漏出来时，冷流体将周围的空气冷却至露点以下，形成可见雾团。通过可见的蒸气云团可以观测和判断有LNG的泄漏。

当发现泄漏后，应当迅速判断装置是否需要立即停机，还是在不停机的情况下可将泄漏处隔离和修复，事先应当制定评估泄漏的标准并决定相应的措施。另外，安全规程中必须防止人员接近泄漏的流体或冷蒸气，并尽量减少蒸气接近火源。工厂应当安装栅栏、警告标志、可燃气体检测器等设备。 1. 管路阀门的泄漏

阀门是比较容易漏泄的部件。虽然LNG系统的阀门都是根据低温惫件设计的，但当系统在工作温度下被冷却后，金属部分会产生严重的收缩，管路阀门可能产生泄漏。需要充分考虑这