液化天然气接收站安全分析

液化天然气接收站安全分析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 一 lnglng 的泄漏的泄漏 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 一一 lnglng 泄漏危害分析泄漏危害分析 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 表表 6 56 5 lnglng 和液氮在水面的蒸发量和热流范围和液氮在水面的蒸发量和热流范围 蒸发率 kg m2 s 热流密度 103w m2 蒸发条件 最大值平均值最大值平均值 lng 水面蒸发0 229 0 3030 146 0 195132 5 176 684 9 113 3 lng 冰上蒸发0 332 0 7320 171 0 190192 4 328 199 1 123 0 液氮水面蒸发0 11 0 3420 063 0 17130 3 68 112 62 34 1 二二 lnglng 泄漏后的蒸气扩散泄漏后的蒸气扩散 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 三三 lnglng 泄漏的预防泄漏的预防 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 需要充分考虑这种 泄漏的可能性应对措施 并安装必需的设备 另外 为了在冷 却过程中操作调节这些部件 应当准备相应的工具和服装 总 之 暴露在外部的 lng 设备上的阀门 可以通过阀门上异常结 霜来判断是否出现泄漏 日常的检测可以有效地防止液体的泄 漏 2 输送软管和连接处的泄漏 lng 从容器向外输送时 lng 在管路中流动 并有蒸气回流 由 于温度很低 造成管路螺纹或法兰连接处的泄漏 在使用软管 输送 lng 的情况下 软管本身也可能产生泄漏 柔软的软管必 须通过相关标准的压力测试 并在使用前对每根管路进行检查 尽量减少泄漏发生的可能性 当输送管万一发生泄漏时 应当采取适当的措施将泄漏处堵住 或切断输送 更换泄漏部件 同时 个人安全保护和防止蒸气 点燃等措施也要同时启动 3 气相管路的泄漏 在天然气液化 存储 气化等流程中 液化流程使用的制冷剂 也有可能产生泄漏 连接液化部分和储罐的管路 气体回流 管路及气化环路都可能产生漏泄 当气化器及其控制系统出现 故障时 冷气体和液体会进入普通温度下运行的管路 造成设 备的损坏 此时应当采取预防措施 使其能够迅速隔离产生泄 漏的管路和气化器 同时采取紧急控制措施 阻止液体继续流 入气化器 冷气体的泄漏主要发生在焊缝 阀门 法兰 接头和容器与管 路的连接处 在一个封闭空间中 大量的泄漏有可能使工作人 员产生窒息的危险 当冷气体泄漏后 应当像处理液体泄漏一样采取应对措施 这 些措施包括 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 在离火源很近的区域 如使用燃烧设备的气化器 应当设置快 速关闭系统 除了安装自动装置防止冷气体或液体进入外输管 路系统外 气化器还应当安装可燃气体检测器 燃烧传感器 自动干粉灭火器等设备 四四 lnglng 泄漏的控制泄漏的控制 如果 lng 蒸气在室内发生泄漏 通风和消除点火源是首要的措 施 lng 工厂中使用通风机连续的通风 将 lng 蒸气排出 除 了引出蒸气外 风机可以使蒸气与周围的空气加速混合 因此 促进了蒸气团的受热与扩散 在封闭区域 当使用 co2 灭火系 统进行灭火时 要关闭通风的风机 维护结构和溢流通道可以 抑制蒸气的扩散 lng 溢出如果发生 应该首先控制溢出的液 体和闪蒸的蒸气 控制 lng 液体的迁移和抑制已点燃的火源的 扩散 维护结构和溢流通道的设计 由溢流区域和溢流产生危 险的可能性来确定 当 lng 蒸气云团中没有点火源 操作人员和设备只有被低温液 体损害的危险 这是比较理想的情况 如果 lng 流到未包复防 护材料的设备或构件表面 将快速气化 lng 在表面流动几分 钟 物体被冷却以后 lng 的蒸发率会有所降低 还可以采用混凝土或泥土等材料建造围堰 或修成沟渠 或其 他形式的防护结构 将溢出的 lng 限制在一定的范围内 不让 其任意流淌 可以大幅度地减少 lng 的蒸发 溢出的 lng 被限制在围堰或沟渠之内 减小暴露的 lng 表面与 空气的对流换热 也可以降低蒸发量 采用高膨胀率泡沫灭火 剂喷洒到 lng 液面 使 lng 的液面与空气隔离 能有效地降低 lng 表面的气化率 lng 的气化速度降低 可以减小可燃气体覆 盖的范围 然而 采用这些方法以后 也将延长 lng 存在的时 间 根据溢出的 lng 是否靠近火源和是否会产生一些潜在的低 温伤害等因素 综合考虑是否有必要采用泡沫灭火剂 在少数场合 溢出的 lng 数量较多的情况下 如果周围是比较 安全的地带 也许有必要特意将它们点燃 使它们快速气化 当然需要分析清楚短期加速气化和长期缓慢气化不同的危险性 二 火灾爆炸危险性二 火灾爆炸危险性 一一 火灾爆炸危险性分析火灾爆炸危险性分析 液化天然气卸船 接收 储存及气化过程的火灾危险性为甲类 液化天然气火灾的特点有 火灾爆炸危险性大 火焰温度高 辐射热强 易形成大面积火灾 具有复燃 复爆性 火灾爆炸 多因泄漏引起 液化天然气卸船 储存 输送 装车及气化过 程中存在的主要泄漏事故包括 lng 船上储罐管道及阀门发生 泄漏 lng 卸船作业过程中发生的泄漏 lng 储罐罐顶管道及阀 门发生的泄漏 低压 高压泵和高压外输设备发生的泄漏 lng 装车过程中发生的泄漏 接收站及码头上 lng 输送管线发生的 泄漏 液化天然气一旦从储罐或管道泄漏 一小部分立即急剧气化成 蒸气 剩下的泄漏到地面 沸腾气化后与周围的空气混合成冷 蒸气雾 在空气中冷凝形成白烟 再稀释受热后与空气形成爆 炸性混合物 形成的爆炸性混合物若遇到点火源 可能引发火 灾及爆炸 液化天然气泄漏后形成的冷气体在初期比周围空气浓度大 易 形成云层或层流 泄漏的液化天然气的气化量取决于土壤 大 气的热量供给 刚泄漏时气化率很高 一段时间以后趋近于一 个常数 这时泄漏的液化天然气就会在地面上形成一种液流 若无围护设施 则泄漏的液化天然气就会沿地面扩散 遇到点 火源可引发火灾 事故状态时设备的安全释放设施排放的液化 天然气遇到点火源 也可能引发火灾 液化天然气卸船 储存 输送及气化过程中产生的火灾爆炸事 故主要包括 1 lng 大量泄漏到地面或水面上形成液池后 被点燃产生的 池火灾 2 lng 储罐 输送设施 管线内 lng 泄漏及天然气管道泄漏 时被点燃产生的喷射火灾 3 lng 天然气泄漏后形成的 lng 蒸气云被点燃产生的闪火 4 障碍 密闭空间内 如外输装置区 lng 蒸气云被点燃产生的 蒸气云爆炸事故 lng 接收站的海水电解过程的火灾危险性也属于甲类 由于海 水电解过程中会产生易燃易爆的氢气 若氢气泄漏到操作环境 中 遇到点火源可能引起火灾爆炸危害 二二 火灾危险分类火灾危险分类 接收站各区域的生产类别及建筑物定类见表 6 6 表表 6 66 6 生产装置的火灾危险分类生产装置的火灾危险分类 项目名称主要易燃易爆物料火灾危险类别 接收站工艺部分 lng 卸料 lng 甲 bog 返回lng 天然气甲 lng 储存 lng 甲 bog 回收天然气甲 lng 输送 lng 甲 低压泵 lng 甲 高压泵 lng 甲 再冷凝器 lng 甲 高压气化lng 天然气甲 装车系统 lng 甲 高压天然气送出天然气甲 火炬天然气 燃料气系统天然气甲 公用工程 工艺海水系统戊 生产水系统戊 生活水系统戊 仪表空气及压缩空气系统戊 氮气系统戊 污水处理系统戊 供配电系统丙 辅助工程 行政楼民用建筑 控制楼丙 总变电所丙 码头控制及配电室丙 维修间及仓库丁 储油库丙 化学品库戊 废品库戊 消防站及医疗中心民用建筑 食堂民用建筑 门卫民用建筑 三三 爆炸危险区域划分爆炸危险区域划分 接收站输入的液化天然气 经气化后将气态天然气通过输气干 线向各用户送气 液化天然气为气态爆炸性混合物属于 a 级 温度组别为 b 根据 gb 50058 92 爆炸和危险环境电气装置设计规范 及 iec 79 10 ip15 的规定 液态和气态天然气在处理 转运和 储存过程中产生燃烧 爆炸 窒息的危险 考虑其出现的泄漏 频繁程度和持续时间及通风条件下来划分爆炸危险区域 由于工艺措施 设备制造及自动化水平较高 在日常运行时很 少出现爆炸危险气体混合物 即使出现也仅为短时存在 另外 由于采用露天化布置 通风情况良好 按相关规范的规定 lng 储罐及容器内为爆炸危险区域 0 区 储存 lng 的容器及输送 lng 的泵 管线的周围一定范围内为爆炸危险区域 1 区及 2 区 四四 主要火灾爆炸危险物料的危害特性主要火灾爆炸危险物料的危害特性 主要火灾爆炸危险物料的危害特性见表 6 7 表表 6 76 7 主要火灾爆炸危险物料的危害特性主要火灾爆炸危险物料的危害特性 物质名称自燃点 沸点 相对密度 爆炸极限 体 积 最易燃爆 浓度 体 积 火灾危险 分类 天然气 5 3 15 甲类 氢气 510 0 0899 4 1 74 2 24 甲类 三 低温 噪声及其他危害分析三 低温 噪声及其他危害分析 一一 低温危害低温危害 液化天然气是以 162 的低温储存 因此在液化天然气的储存 装车及输送过程中可能造成的低温危害包括 1 人体接触泄漏的液化天然气可因低温而造成冻伤 2 泄漏的低温液化天然气可造成设备或建筑物材料损坏而导 致次生灾害 3 液化天然气存储设备由于吸热 液态天然气气化后可能引 起设备超压而带来危险 二二 噪声危害噪声危害 接收站生产过程中的主要噪声源包括 1 压缩机以及泵运转时所产生的机械振动噪声 2 电机所产生的电磁噪声 3 气体在开停车以及事故放空时所产生的噪声 4 高速气流或两相管路所引起的管道振动噪声 5 调节阀引起的噪声 噪声源详细情况见表 6 8 表表 6 86 8 噪声源一览表噪声源一览表 主要噪声源数量噪声级 db a 发生规律治理措施 bog 压缩机 2 90 110连续隔声 消声 高压输送泵 6 80 9