天然气的防火防爆

天然气的防火防爆天然气的防火防爆 天然气与空气混合物发生爆炸必备两个条件 一是要处于爆炸范围 二是混合 物温度达到着火温度 爆炸时的压力比常压大 6 7 倍 同时产生强烈冲击波 并且往往引起火灾 由于天然气中 h2 含量极低 点燃无爆鸣声 因此防止天然 气管道 管件 燃烧器泄漏是关键 天然气燃具都是高温设备 要采取绝热 隔热措施 与可燃材料保持规定距离 液化天然气气源气量大且比较集中 往往需要远距离输送 考虑经济性 则采 用较大的压力 天然气的储存不论采用哪种方式 其要求条件均比较高 尽管 在技术上都是成熟的 都应该高度重视其高压输配和储存的安全性 本节重点 对液化天然气站的防火防爆进行介绍 天然气属于易燃 易爆的介质 在天然气的应用中 安全问题始终是放在非常 重要的位置 液化天然气是天然气储存和输送的一种有效的方法 在实际应用 中 液态天然气也是要转变为气态使用 因此 在考虑 lng 设备或工程的安全 问题时 不仅要考虑天然气所具有的易燃易爆的危险性 还要考虑由于转变为 液态以后 其低温特性和液体特征所引起的安全问题 在考虑 lng 系统的安全 问题时 首先要了解液化天然气的特性及其潜在的危险性 针对这些潜在的危 险性 充分考虑对人员 设备 环境等可能造成的危害 考虑相应的防护要求 和措施 其次是要了解相关的标准 我国液化天然气工业起步比较晚 相关的 标准还不大健全 对于不同的 lng 系统 有必要参照一些液化天然气工业比较 发达的国家的标准 如美国的 nfpa59a nfpa57 英国的 en 1473 国际海事组 织的 imo 关于液化石油气体船运规定等 对于液化天然气的生产 储运和汽化 供气各个环节 主要考虑的安全问题 就是围绕如何防止天然气泄漏 与空气 形成可燃的混合气体 消除引发燃烧爆炸的基本条件以及 lng 设备的防火及消 防要求 防止低温液化天然气设备超压 引起超压排放或爆炸 由于液化天然 气的低温特性 对材料选择和设备制作方面的相关要求 在进行 lng 操作时 操作人员的防护等 一 基本常识一 基本常识 1 点火源 点火源包括明火 无遮挡的强光 点燃的香烟 电火花 物体撞击发出的火花 和静电 高温表面 发动机排气等 有关安全和消防部门都针对这些点火源制 定了相关的操作规程 总之 lng 设备和确定的危险区域应远离和避免上述点 火源 除了指定的安全区域 都应严格禁止吸烟和非工作必需的明火 工作流 程必须能确保安全区的安全 禁止吸烟 禁止明火 等标识必须明显标 志 如果非要在危险区使用明火 则必须使用可燃气体检测器来监控大气中可 燃气体的含量 静电 电力设备都有可能产生火花 金属或硬物之间的碰撞也可能产生热和火 花 如工具 机械零件掉落或撞击 尼龙类的衣服或鞋的摩擦等 也有可能产 生火花 铝制的工具在与生锈的钢铁撞击后 会产生铝热反应 该反应产生的 火花也有可能点燃天然气 使用安全的工具可以减少火花的产生 操作时应防 止工具的掉落或撞击 在使用工具或器具前 还应先接一下地或连接一些地线 等 化纤类的衣服容易产生静电 这种静电很难消除 进入工作区应穿安全的工作 服和棉制衣服 以减少静电的产生 电力开关或转换器在切断电源或接通电源时 会产生电火花 接线松动 电线 破裂等情况下 也会产生电火花 电流过大 导致电线或设备温度很高 也可 以起到点火源的作用 美国消防协会 nfpa 分别对危险区域和设备的安全等级做 了规定 应当充分保证这些设备的安全 操作人员应该认识到关闭电源时 有 可能会产生电弧 在危险区安装的插头和插座 都应经过安全的防爆设计 并 合理地使用 表面温度高于 9 的物体 可以点燃天然气和空气的混合物 因此 对表面温 度较高的部件 如燃烧型气化器 引擎的排放管路等 都应该当作明火来处理 内燃机和燃气轮机产生的火花 也是潜在的点火源 在山区工厂中 安装这些 设备必须遵循 nfpa37 的标准 工作人员也必须注意到危险区内卡车 驳船 终 端运输船等引擎产生的电火花 任何安装有发动机的设备 在危险区必须确认 周围没有可燃气体 否则不能使用 2 可燃物 引起火灾的第二个要素是可燃物的存在 对于 lng 系统 就是指 lng 蒸气与空 气的混合物 除了天然气和其他可燃制冷剂以外 还有油漆 纸和木材等 这 些可燃材料都不能存放在危险区内 3 氧化剂 空气本身就是一种氧化剂 其中含有体积分数为 21 的氧气 在燃烧的三要素 中 氧化剂是很难避免的 因为空气无处不在 但在发生火灾时 应设法减少 空气的对流 如 lng 储罐发生溢出后 对积存在围堰中的 lng 可用泡沫灭火 剂喷洒 使泡沫覆盖在 lng 的液面上 减少空气与 lng 的接触面积 同时也可 降低 lng 的蒸发速率 二 二 lnglng 溢出或泄漏溢出或泄漏 lng 溢出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 在意外情况下 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溢出附近 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 溢出或泄漏是属于一种比较严重的事故 由于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 蒸气云将四面扩 散 比较危险的情况是遇到火源易产生火灾 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 应重视风和火的相互作用的影响 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 lng 的溢出可分溢出到地面和水面两种类型 1 lng 溢出到地面 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汽化 这是一个非 常快速的汽化过程 初期的汽化率很高 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 汽化速率才开始下降 另外 周围空气的传 导和对流 以及太阳辐射也会增加 lng 的汽化速率 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 尽可能减小 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 既可以减少来 自空气的热量 又可以降低 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外壳内 内罐通常使用 9ni 钢制造 如果内罐发生溢出或泄漏 溢出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 溢出到水面 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 汽化的 情况与 lng 溢出到地面差不多 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 的汽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 在水上溢出的情况进行了深入的研 究 根据有关的报道 lng 溢出到水面的蒸发速率是 0 181kg m2 s 基本上 不受时间的影响 lng 溢出到水面上 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 点着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 点燃飘逸的天然气云团 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 三 三 lnglng 溢出或泄漏的预防溢出或泄漏的预防 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条件特殊设计 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 并在使用前对每一 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 汽化等流程中 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 气体回流管路及汽化环路都可能产生泄漏 当气化器及其控制系统出现故障 冷气体和液体进入普通温度下运行的管路 造成设备的损坏 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 阻止液体继续流人气化器 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 4 lng 溢出的控制方法 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 co 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 这是种比较理想的情况 如果 lng 流到未包覆防护材料的设备或构件表面 将 快速汽化 lng 在表面流动几分钟后 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 可以大幅度地减缓 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 表面的汽化率 lng 的汽化速度降低 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 使它们快速汽化 当然需要分析清楚短期加速汽化和长期缓慢汽化不同的危险性 四 四 lnglng 溢出或泄漏的防火技术溢出或泄漏的防火技术 通过制定行之有效的安全计划和强化操作人员的安全意识 将大大减少发生事 故的可能性 然而 尽管有预防措施 事故有时还是有可能发生 操作人员应 当受到应付紧急情况的训练 工作人员必须对 lng 的特性和紧急处理措施有个 基本的了解 尽量减少人员伤害和财产损失 控制 lng 的安全排放和控制火灾 需要有良好的组织和计划 流程图应当标识 清楚需要关闭的阀门 危险检测器位置 撤离路线 安全设备和紧急物资的安 放地点 定期演练紧急情况的应对措施 应急设备和物资应放置在很容易取用 的地方 工厂应该与当地消防部门 安全部门 急救部门和医疗部门保持联络 如果只是少量的 lng 泄漏或排放 将很快地蒸发 有时甚至形成不了可见的蒸 气雾团 不会产生积聚 当 lng 的排放量大于 lng 的蒸发量时 纯液体会喷出来 接触到地面后会产生 剧烈的沸腾 地面变冷后 lng 的气化率逐渐下降 最后稳定在较低的气化率 状态 气化率主要由空气和地面的温度 风速 溢流液体流过的距离 液体聚 集后的表面积所决定 通常 lng 溢出后危险最大的时刻是在最初的几分钟内 在这几分钟内 冷液体接触的是热表面 气化速率很快 为了控制 lng 溢出和预防火灾 紧急反应主要有火源的控制 泄漏点的检测 紧急系统关闭及灭火四个方面 1 着火源控制 lng 供气站区内禁止吸烟和非工艺性火源 如果必须进行焊接 切割及类似的 操作 则只能在特别批准的时间和地点进行 有潜在火源的车辆或其他运输工具 禁止进入围堰区或装有 lng 可燃液体或 可燃制冷剂的储罐或设备的 15m 范围内 控制排放出的 lng 或火势 可以减少财产的损失和人员的伤亡 排放出的 lng 应当被引到没有点火源和不会受低温液体伤害的区域 可以通过围堰 壤沟 坡槽或其他方法来控制 lng 的排放 用高膨胀率的泡沫可以控制 lng 的气化率 2 探测 快速鉴定 lng 排放 液体或者蒸汽 的类型 溢出位置 溢出后的扩散情况 lng 蒸气或火势的移动方向 这些都是很重要的 可以通过人工检查或探测器来确 定 lng 泄漏 另外通过声音 液体或气体的流动 沸腾 结霜 气味 如果加了 气味的话 可以帮助工作人员检查到 lng 泄漏 可能发生可燃气体聚集 lng 或可燃制冷剂泄漏 以及发生火灾的地区 包括 封闭的建筑物 均应进行火灾和泄漏监控 连续监控低温传感器或可燃气体监测系统 应在现场或经常有人在的地点发出 警报 当监控的气体或蒸气的浓度超过它们的燃烧下限的 20 时 监测系统应 启动一个可听或可视的警报 火灾警报器应在现场或经常有人的地点发出警报 另外 应允许火灾警报器与 紧急关闭系统连锁联动 3 紧急关闭系统 当 lng 系统发生泄漏时 停止设备运转可以阻止 lng 进一步泄漏 当监测系统 发出警报时 设备会自动关闭或由工作人员关闭 并控制不要产生点火源 发 生事故的区域要进行隔离 每个 lng 设备都应加上紧急关闭系统 esd 该系统可隔离或切断 lng 可燃液 体 可燃制冷剂或可燃气体的来源 并关闭一些如继续运行可能加大或维持灾 情的设备 紧急关闭系统应有失效保护 或者采取保护措施 使其在紧急情况时失效的可 能性降到最小 没有失效保护的紧急关闭系统距设备 15m 以内的全部部件 应 安装或设置在不可能暴露到火焰中的地点 或者应保证暴露在火灾中时 能安 全运行至少 10min 紧急关闭系统的启动可以手动 自动或两者兼有 手动调节 器 开关 应设在紧急情况发生时可接近的地点 距其保护的设备至少 15m 远 并且有显著的标志来显示它们的指定功能 4 灭火 灭火的首要措施是控制可燃物 防止其扩散 这主要依靠 lng 工厂的设计 建 造和安全操作 其次是在 lng 溢流发生后与控制管理人员联系 启动消防系统 使用高膨胀率 低密度的泡沫覆盖减少 lng 蒸气的扩散 减少空气与 lng 蒸气 混合形成可燃物 通常情况下 气体产生的大火 包括 lng 在燃料源未被切断前 首先应该设法 切断燃料源 在大火不会再次造成破坏的情况下 应当让大火烧完 然而 当 人员处于危险境地 气体阀门处在火焰中或大火的热量能通过设备传热对人体 造成间接伤害时 应当将火立即扑灭 将火扑灭可以减少火灾产生的损失及防 止火焰的扩散 对于小型设备 如 lng 的容量少于 400l 的设备 如果发生火灾 在火灾被扑灭之前 溢出的 lng 就可能燃烧得差不多了 对于大型设备产生的 火灾 首要的目的是控制火焰的传播 天然气在点着的瞬间 火焰很大 在开 始燃烧后 火焰的大小由气化率决定 在某些场合 控制 lng 的火焰比灭火的效果好 使其不能再点燃更大的天然气 云团 应在上风口的位置控制火焰 灭火剂顺着风向向火焰流动 并使消防人 员远离火焰 1 消防给水灭火在气化区应提供消防水源和消防水系统 消防水系统的作用 是保护暴露在火灾中的设备 冷却容器 装备和管道 并控制尚未着火的泄漏 和溢流 消防用水的供应和分配系统应能满足系统中各固定消防系统同时使用的要求 使它们在可能发生的最大单个事故时 能在正常的设计压力和流量下供水 同 时设计流量还应再加上 63l s 的余量 以满足手持软管喷水 连续供水时间应 不少于 3h 2 灭火设备灭火灭火可以减少火灾造成的损失 扑灭时间越短 造成的损害 越少 化学干粉灭火剂和二氧化碳灭火剂 都可以用于扑灭 lng 产生的火焰 泡沫和水灭不了 lng 产生的大火 lng 工厂中用得最多的是化学干粉灭火剂 在一些大型的 固定的工厂中 都安装了便携式化学干粉灭火剂 在大型工厂 中 也有移动式或车装载的化学干粉灭火设备 使用灭火剂扑灭 lng 产生的火灾时 灭火剂必须快速工作 灭火剂的量要根据 对火灾规模的预计来确定灭火剂的量 1 化学干粉灭火化学干粉灭火是通过干粉与火焰接触时产生的物理化学作用 灭火 干粉颗粒以雾状形式喷向火焰 大量吸收火焰中的活性基团 使燃烧反 应的活性基团急剧减少 中断燃烧的连锁反应 从而使火焰熄灭 干粉喷向火 焰时 像浓云似的罩住火焰 减少热辐射 干粉受高温作用 会放出结晶水或 产生分解 不仅可以吸收火焰的部分热量 还可以降低燃烧区内的氧含量 在封闭和开放的区域 可以用化学干粉灭火剂扑灭 lng 产生的火灾 但使用需 要有一定的技巧 化学干粉灭火剂喷到火焰上后 可以破坏燃烧链 但如果化 学干粉灭火剂喷到了不均匀的表面 lng 液面有可能再次被点燃 操作化学干 粉灭火剂时 应站在火焰的上风口 将灭火剂均匀喷洒到火焰上 将整个房间 或封闭区域都喷上灭火剂 可以将 lng 产生的火焰扑灭 但应防止再次点燃残 存的蒸气 使用化学千粉灭火剂扑灭 lng 产生的火灾时 灭火剂应当有足够的量 灭火剂 的数量与火焰燃烧时间的长短 火灾区建筑物结构等因素有关 操作人员如果 对灭火器操作比较熟练 一个 30l 的化学干粉灭火器能扑灭 2m2 范围内的火焰 化学干粉灭火器也可以用来扑灭其他气体产生的火灾 但这要看火灾的形势和 操作人员的能力 化学干粉灭火方法不太适合于规模很大的火灾 可以移动的 350l 化学干粉灭火器 可扑灭 14m2 范围的大火 然而 操作人员 必须受过良好的训练 在操作灭火器时没有障碍或不会将火星喷出火焰区 由 于这些灭火剂喷出后存在时间较短 当灭火剂扩散后 火焰有可能回扑 灭火 剂扩散或耗尽后 暴露的设备由于被火焰加热了 因而有足够的热量将可燃蒸 气或 lng 重新点燃 对于一些重点防火的地方 需要安装固定的灭火系统 固定的灭火系统可以迅 速启动灭火 而移动的灭火器则有一定的操作时间 灭火剂也有可能对人员产生伤害 如降低可视度 造成短暂的呼吸困难 虽然 在使用灭火器的时候 这不是一个重要的问题 但对于固定灭火系统 当控制 区域内有人员时 不得不考虑这个问题 一般是先发出警报 灭火系统适当延 迟启动 使人员有时间撤离 不利的是损失了灭火的最好时间 因为火灾发生 后 灭火越早扑灭越容易 在考虑 lng 设备和装置的灭火系统时 必须充分考虑到灭火系统的能力 2 高膨胀率泡沫灭火高膨胀率的泡沫可用来抑制 lng 产生的火焰扩散 并降 低火焰的辐射 该灭火剂最好的膨胀效果是 600 1 当泡沫喷到液态天然气表 面后 lng 的蒸发率会有所增大 蒸气不断受热并穿过泡沫上升 而不是在地 面扩散 在使用高膨胀率泡沫后 lng 蒸气扩散范围可明显减小 当泡沫喷到已点燃的 lng 表面时 它能抑制热量的传递 降低蒸发率和火