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从LNG事故浅谈LNG站安全管理
燃气安全网 2015-05-19 阅读:1647

近年来,LNG在国内发展非常快,但相关LNG的安全管理制度还较滞后,由于液化天然气除具有天然气可燃性外,还具有低温性、扩散性,其这些特性都有可能引起相应的安全隐患,其可燃性可引起火灾、爆炸,LNG属于低温液体(温度一般为-162),能使相关设备脆性断裂和遇冷收缩,从而损坏设备和低温冻伤操作者,如果人长时间暴露在LNG气氛环境下,会引起意识模糊和窒息。另外LNG站泄漏后,由于其扩散性,能迅速挥发扩散,遇火源产生火灾等。因此LNG事故类型较多,主要体现为LNG储存分层及翻滚、快速相变(也叫冷爆炸)、间歇泉、低温灼伤、低温麻醉、窒息、火灾及爆炸等。

近几年随着世界LNG市场的不断扩大,同时也伴随着重大事故,举例美国1994年俄亥俄州克夫兰市LNG调峰站的爆炸事故、阿尔及利亚LNG液化厂爆炸事故、英国1993年曼彻斯特附近BG公司LNG调峰站储罐发生翻滚事故、意大利La Spezia-SNAM有终端接收站储罐发生分层翻滚事故等,通过这些事故案例经验教训,分析LNG典型事故的特征、机理以及防范措施。结合目前我司负责运行的LNG场站,分析LNG站几种典型事故的机理及防范措施来谈谈LNG站的安全管理。

1 LNG分层及翻滚

当不同组分的LNG混装或长期储存,上层LNG发生“老化”时,可能形成两个相对稳定的液面层,当外界热量传入罐内时,两个液相层引发传质和传热并相互混合,液层表面也开始蒸发,下层由于吸收了上层的热量,而处于“过热”状态。当二液相层密度接近时,可在短时间内产生大量LNG蒸发气体,使罐内压力急剧上升有可能引发爆炸。

事故案例:19718月,意大利La Spezia-SNAMLNG终端接收站,储罐充装完毕后18小时发生翻滚事故。整个过程历时2小时。事故后果导致排放损失LNG2000t。事故原因,充装的新LNG的密度比存液的密度大。形成分层;充装的新LNG的温度比存液的温度高。带入了较多热量,促进层间混合;充装量比存液量大得多;充装时间短,仅为18小时;在翻滚发生前4小时,由于控制阀的故障使槽内压力下降,增加了上层的蒸发量,使上层的密度加大,促进了两层的混合加快。

因此为了防止LNG储罐发生分层及翻滚情况,主要的防范措施有:

① 采用定期内部搅拌或输出部分液体的方法来消除分层;

② 控制装入储罐LNG组分和密度的变化范围;

③ 尽量使用一个储罐仅储存同一气源的LNG

目前我司运行有五个LNG场站,其中盐田LNG气化站、大工业区LNG气化站、梅林LNG应急调峰站、华美LNG站经常向管网供气,LNG站储存时间较短,发生LNG“老化”的概率较少,但是为了防止储罐LNG出现分层,日常运行安排供气时,应轮换安排所有储罐供气,防止某一个储罐储存时间较长,发生“老化”现象,同时值班人员应加强对储罐压力的监控、储罐安全放散系统的维护等安全防范措施。而永丰源LNG站目前长时间不向管网供气,LNG储存的时间较长,为防止发生LNG分层现象,应定期组织向管网供气,或定期进行倒罐等操作,对储罐内的LNG站进行搅动。另外目前供往LNG站的气源较多,分别有新疆广汇、海燃、大鹏澳大利亚等气源,由于LNG站组份不同,易产生分层现象,尽量不应混装,必须混装时,应注意采用正确的充装方法。特别对组分差异较大的气源(例如海南LNG),如果储存时间较长,要求用独立的储罐储存。

间歇泉、水锤现象

LNG充装管线较长,管路阀门处会有较多的漏冷,管内产生的BOG需要积聚到一定的压力然后上升到储罐液面,这部分BOG温度较高,上升时与液体进行热交换,液体大量闪蒸,使储罐内压力骤然上升,有可能导致储罐安全阀开启。在管内液体被BOG推向储罐的同时,管内空间被排空,罐内液体会迅速补充到管内,又重新开始BOG的积聚过程,一段时间后再次形成喷发,这种间歇式喷发成为间歇泉;管内液体被BOG排空与重注形成水锤现象。

因此要有效消除间歇泉、水锤现象,改善低温管线的保温效果措施明显,我国早期气化站低温管线采取聚氨酯PU保温材料,它的极限耐冷温度只有-65℃,在LNG的运行温度下其物理特性非常脆弱,它只能启到隔冷的作用。而现在新型保温材料三聚酯(PIR聚异三聚氰酸酯)其极限耐冷温度为-200℃,低温情况下物理性质稳定保温效果非常明显。目前,国内某些气化站已采用真空管保温,其保温效果更加突出,但由于其成本较高及施工难度较大只是在关键部位采用。三聚酯(PIR)与聚氨酯PU之间的9项物性比较,详见表1

三聚酯(PIR)与聚氨酯PU的物性比较

 物性

单位 

三聚酯PIR/技术参数 

聚氨酯PU/技术参数 

测试标准 

 温度范围

 

-200~+120(按照Cini 2.7.01标准) 

 -65~+80(按照SH3010-2000

 

 密度

kg/m³ 

40 

 38~40

ASTM D1622 

 导热系数

W/m·K 

 0.0231+40℃)

 0.027(常温下)

 

 0.0218+20℃)

 

 0.0212+10℃)

 

 0.02050℃)

 

 0.0199-10℃)

 

 0.0193-20℃)

 三聚酯按照ASTM C177标准,需要测试-160℃时的导热系数,但聚氨酯未作要求

 0.0186-30℃)

 

 0.0173-50℃)

 

 0.0142-100℃)

 

 0.0130-120℃)

 

 0.0105-160℃)

 

 吸水率

2.5 

 4

ASTM C534 

水蒸气透湿率(50%R·H 

g/(㎡·h 

0.8 

 聚氨酯未作要求

 ASTM96

 抗压强度

kPa 

 各方向≥20023℃)

 150(常温下)

 ASTM D1621

 

 

 各方向≥280(-165℃)

  150(常温下)

 ASTM D1621

 

 线性热膨胀系数

m/m·K 

 70×10-623℃)

 140×10-623℃)

 ASTM D696

 

 氯离子含量

PPm 

43.95 

聚氨酯未作要求 

ASTM C871 Procedure 2 

 

 燃烧性能

 火焰燃烧速率

 

 聚氨酯未作要求

 ASTM84

 

 烟密度发散等级

 

 聚氨酯未作要求

 ASTM84

 

 氧指数

 %

 32B1 

26但<30B2

GB8624 

 

 垂直燃烧

 

 三聚酯未作要求 

 平均燃烧时间≤20S

平均燃烧高度≤150mm

 GB8333

 

 烟密度

 

三聚酯未作要求 

 50

 GB8627

 

急冷和水击的危害

急冷和水击是由于LNG的低温和液体特征引起的。急冷的结果是挠曲现象。它是由于在管道的顶部和底部形成温度梯度,导致管道在支架间挠曲,由于应力高,挠曲现象可导致事故。水击是由于阀门的快速关闭、开启或停泵时产生一个瞬时的流体压力,致使流体的流速突然发生改变而造成的。

为避免类似事故产生我们主要采取:

设计施工阶段充分考虑LNG低温性造成的管道收缩,采取合理的补偿方式以及在合理的管段设置补偿点;

运行过程中严格执行设备预冷制度,严禁热态直接进液;

低温设备、管线采用低温截止阀等行程较长类型阀门,避免开启速度过快。

快速相变(冷爆炸)

LNG大量泄漏,遇到水时(集液池中的雨水)LNG的密度比水小,因此LNG浮在水面上,由于水与LNG间有非常高的热传递速率,水与LNG间的接触面激烈地蒸发,几乎不受时间的影响,使得其接触面压力迅速升高发生冷爆炸。

因此,虽然我们目前LNG都设置有消防水系统,只能用来灭储罐周边火灾、降温或水幕墙隔离防止大量LNG扩散的功能。在场站管理中如遇到储罐区大量的LNG泄漏,严禁用水直接喷淋到LNGLNG蒸气上。我们日常管理中,应加强员工教育,逐步改变员工一遇到火灾或燃气泄漏就用水喷淋的思维定势,应分清情况,不同情况、不同地点采取不同的应急措施。

低温冻伤、低温麻醉

LNG的温度一般在-162℃左右,在LNG站进行LNG低温操作或者LNG发生泄漏时,由于其低温性引发的人员低温冻伤、低温麻醉。当人体直接接触时,皮肤表面会粘在低温物体表面上。皮肤及皮肤以下组织冻结,很容易撕裂,并留下伤口。另外人体在低温10℃下待久后,就会有低温麻醉的危险产生,LNG对人窒息的生理特征阶段(氧气的体积分数)

第一阶段(14%21%):脉搏增加,心跳加快,影响呼吸;第二阶段(10%14%):  判断失误,迅速疲劳,对疼痛失去知觉;第三阶段(6%10%)恶心,呕吐,虚脱,造成永久性脑部伤害;第四阶段(<6%)痉挛,呼吸停止,死亡。

LNG站运行中,焊缝、阀门、法兰和与储罐壁连接管路等,是LNG容易发生泄漏的地方。因此,在日常LNG站运行操作中,一方面应注意检查焊缝、阀门、法兰等处,尽量与这些关键位置保持一定的距离;另外在处理与低温液体或蒸汽相接触或接触过的任何东西时,都应戴上无吸收性、宽松、干燥的手套(PVC或皮革制成)和面罩或护目镜等防护用具。

以上几种事故类型是LNG除具有天然气其他性质外,特有的可能的事故类型,在LNG站日常运行管理中,除应掌握天然气易燃易爆的特性外,还应对LNG以上可能发生的事故机理熟悉,并能采取相应的处理措施。

参考文献

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