液化天然气接收站安全分析.doc

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/(m2s)，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6-5LNG和液氮在水面的蒸发量和热流范围蒸发条件蒸发率kg/(m2s)热流密度/(103W/m2)最大值平均值最大值平均值LNG水面蒸发0.2290.3030.1460.195132.5176.684.9113.3LNG冰上蒸发0.3320.7320.1710.190192.4328.199.1123.0液氮水面蒸发0.110.3420.0630.17130.368.112.6234.1(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)LNG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(一)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)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6-6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)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GB5005892爆炸和危险环境电气装置设计规范及IEC79-10、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)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6-7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5.315甲类氢气5100.08994.174.224甲类三、低温、噪声及其他危害分析(一)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)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6-8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290110连续隔声、消声高压输送泵68095连续减震高压海水泵68095连续隔声、减震生产生活水泵380连续隔声、减震高