LNG 储存安全问题分析及对策

lnglng 储存安全问题分析及对策储存安全问题分析及对策 液化天然气 lng 在储罐储存中可能发生涡旋 爆喷等 安全事故 1971 年 8 月 意大利 la spezia 的某 lng 储配站 在储罐充注 lng 约 18 h 后 储罐压力突然迅速升高 罐内 318 立方米的 lng 急剧汽化顶开安全阀全部放空 1993 年 10 月 英国燃气公司某储配站的 lng 储罐 压力突然上升 罐上两个安全阀被顶开 紧急泄放阀同时开启 罐内 150 t 天 然气全部被放空 无论 lng 液化厂还是接收站或气化站 均 需储存大量 lng 但 lng 储存温度极低 162 且易燃易 爆 必然遇到一些特殊的安全问题需要处理 因此 研究 lng 的储存特性具有重要意义 1 分层翻滚和间歇泉 1 1 分层翻滚的形成机理及预防 由不同气田的天然气生产的 lng 成分和密度可能不同 如果将其储存在同一储罐中 重的往下沉 轻的向上浮 因而 形成分层 由于储罐从外界吸热 上层 lng 中的轻组分首先 蒸发 密度增大 而下层 lng 虽然吸收外表热量 但因上层 lng 的压制 蒸发温度升高 导致下层液体形成独立的自由热 循环 能量不断积聚 温度升高 导致密度减小 当上下层 lng 密度接近时 下层 lng 突然上升而越过上层 lng 上层 lng 被下层温度高的 lng 加热而快速蒸发 下层 lng 翻上来 之后失去上层 lng 的压制 因压力降低而处于过热状态 进 而剧烈蒸发形成翻滚 翻滚时上下层 lng 的迅速混合加快了 罐内 lng 的流动 蒸发率骤升 导致储罐压力骤增 如果罐 内 lng 超过设计压力 大量 lng 将从安全阀喷出 导致安全 事故 同品种的 lng 也会产生分层和涡旋 这是因为 lng 在储 存中轻组分率先蒸发而导致密度变大 即所谓的 老化 老化 后的 lng 密度增大下沉 轻组分没有蒸发的下层 lng 上浮 产生分层 lng 中含氮越多老化越快 这是由于氮的常压沸点 为 195 8 低于甲烷的沸点 161 5 因此在 lng 中率先蒸 发 而在储存条件下 氮的密度约为 613 kg m3 是甲烷密度 425 kg m3 的 1 44 倍 氮蒸发后 lng 因密度减小而上浮 随着时间的延长 在液面上积聚一层密度较小的液层 使罐内 液体分层 可见 将不同成分或密度的 lng 分开储存 是防止 罐内 lng 分层的主要方法 1 2 间歇泉的形成机理及预防 向储存有 lng 的储罐中充入新的 lng 正确方法如下 使用喷嘴管或多孔管充注 较重的从上部充注 较轻的和等重 的从下部充注 在储罐内安装温度和压力传感器 当两层 lng 间温度差大于 0 2 k 或密度差大于 0 5 kg m3 时 罐内 lng 可 能已经发生分层 需要采用搅拌或用泵循环的方法消除 向空 罐注入 lng 前 可先用少量 lng 对其喷淋预冷 防止因罐壁 温度高而使 lng 蒸发 如果储罐底部存在很长且充满 lng 的 竖直管路 因管内流体受热而产生蒸发气体 可能定期发生 lng 突然喷发的现象 其原因是 管内的蒸发气体不能及时上 升到油面 因而温度不断升高 密度减小 当气体产生的浮力 足以克服 lng 液柱高度产生的压力时 气体就会突然喷发 气体上升时 同时将管内的 lng 也推入储罐 因竖管内的 lng 温度比储罐内的 lng 温度高 故使罐内 lng 大量气化 导致罐内压力迅速升高 如果竖直管路的底部存在较长的水平 管路 这种现象将更为加严重 管内 lng 被推入储罐后 管内 压力下降 储罐内的 lng 补充进去 重新开始能量集聚 经 过一段时间 再次喷发 这种间断性的喷发称为间歇泉 罐内压力骤然上升 可能 导致安全阀开启 竖管内的 lng 被周期性的减压和增压 导 致液体不断地排空和充注 管路中产生的甲烷蒸气被重新注入 的 lng 冷凝 形成水锤现象 产生很大的瞬间高压 这种高 压可能造成管路中小的垫圈和阀门损坏 为防止间歇泉现象 储罐内避免设置过长管路 若必须设置 应关闭竖管底部的截 断阀 2 lng 充注和压力控制 空储罐 或管路 设备 一般充满空气 充注 lng 前 需先用氮气 二氧化碳等惰性气体置换罐内空气 使罐内含氧 量达到安全规定 再用 lng 蒸气置换罐内惰性气体 之后进 行冷却降温和充注 lng 如储罐需进行内部检修 应先用惰性 气体置换 lng 再用空气置换惰性气体 相关指标达到安全规 定后才能进入 lng 受热膨胀 因此向储罐内充注 lng 时 必须留有膨 胀空间 最大充装容量可以根据储罐安全阀设定压力和充注压 力查图确定 图 1 lng 储罐一般装有两套独立的液位测量 装置 同时配有高液位报警器 用以监视和控制液位 由于罐壁和底部吸热 充注 lng 时的扰动 大气压力下 降及误操作均可能引起罐内 lng 蒸发 导致压力上升 正常 操作情况下 压力控制系统会将罐内过多的气体送至燃气管网 再液化系统或燃料供应设备 但当压力上升过快而达到安全阀 设定值时 安全阀打开 将多余的气体引至放空系统 当向罐 外输送 lng 过快时 罐内压力将下降 当压力下降至设定值时 安全装置应向罐内补充 lng 蒸气 在 lng 储罐和安全阀或真 空阀之间需要安装截断阀 在非维修时期保持常开状态 3 低温特性及安全措施 金属管道 储罐或设备充注 lng 后 会产生剧烈的收缩 一般金属在低温下会发生冷脆 lng 管道和设备使用的是耐低 温金属 但有的金属充注 lng 后收缩率高达 3 金属管道 和设备的两个固定点之间的冷收缩力可能超出材料的屈服应力 设计 lng 管道时一般采用弯管或膨胀节来补偿 但是 当温 度变化过快时 仍然可能导致破坏 因此 在将 lng 充注到 管路 储罐和设备之前 必须先进行预冷操作 对间歇性操作 的设备和管路还要进行保冷 管道 储罐 设备预冷时 冷却 速度控制在 50 min 以下 金属冷却收缩后 焊缝 阀门 法兰 与储罐连接的管路接头 软管都是泄漏的高发区 因此 需要加强对 lng 管道及其设备连接处的检查与维护 并检查 设备与管路保冷层的状况 当发生泄漏时 温度会下降至空气 露点以下 因此在泄漏处可见雾团或霜冻 发现泄漏后 需立 即采取措施 包括关闭系统 隔绝泄漏区域 保护人身安全 隔离火源并尽快将蒸气云团驱散等 lng 泄漏后将吸收空气中的热量转变为气态 当 lng 转 变为气体时 其密度为 1 5 kg m3 当 lng 气体温度上升至 107 时 其密度与空气密度相当 当 lng 气体温度高于 107 时 其向高空飘散 但当 lng 气体温度低于 107 时 低 温 lng 气体或液体在低处存积 人体与之接触将会冻伤 如 果人员吸入 lng 气体 将导致伤害甚至死亡 如果人体接触 到保温层已经破坏的 lng 管道和设备 可能被冻结粘紧 这 时可用热水融化 可见 操作人员应该佩戴护目镜 面罩 手 套 靴子 工作服应该用专用材料制成 且要宽大 易于低温 液体溅落到上面时快速脱下 同时 所有金属设备 管道 阀 门应该有良好的保冷 并有防止人员触碰的措施 4 储罐区安全与防火建议 储罐 汽化器等天然气装置按标准保持一定距离 lng 储罐需设置围堰 单个储罐的围堰不小于储罐总容积 若有措 施防止单个储罐泄漏造成的低温或火灾引起其他储罐泄漏时 多个储罐区的围堰不小于最大储罐的容积 若没有措施防止单 个储罐泄漏造成的低温或火灾引起其他储罐泄漏时 多个储罐 区的围堰不小于所有储罐的容积之和 围堰表面隔热系统应不 易燃烧并可长久使用 既能承受极端温度下产生的应力和载荷 又能承受事故状态下的热力 应力及载荷 管道和设备应有良好的绝热和防火材料保护 接头禁用铝 铜和铜合金等材料 与容器连接的管路 若管径大于 25 mm 应装备至少一个能自动关闭的阀门 或能远程控制的快速截止 阀 lng 管道支架应有相应的保护措施 以避免火灾或溢出的 低温液体破坏 设置各种检测报警设施 如温度 压力 液位检测设施 以及安全阀等泄压设施 设置紧急事故停车系统 用于事故时 紧急切断关键的阀门及设备 罐区和生产装卸区设置 lng 泄 漏接收池 并安装高倍数泡沫消防发生装置 当有 lng 泄漏 时 该装置喷射泡沫灭火液覆盖 lng 液面 以减缓气化速度 lng 罐区 工艺区和码头设置可燃气体检测 火灾检测器 低 温探测器 火灾报警按钮等 将信号传送至控制系统 并进行 报警 以便操作人员或控制仪表采取必要措施 如进行消防喷 淋