LNG氣化站的安全設計概述魏凱天津市燃氣熱力規(guī)劃設計院天津市300191摘要:簡述了囯內、外LNG氣化站的發(fā)展現(xiàn)狀和LNG的危險性,從設計標準、總平面布置圍堰區(qū)、LNG儲罐、汽化器、LNG管道及附件、消防系統(tǒng)等方面論述了LNG氣化站的安全設關鍵詞:液化天然氣;氣化站;安全設計中圖分類號:TU714文獻標識碼:A1LNG氣化站的發(fā)展現(xiàn)狀液化天然氣與天然氣相比,溫度低、密度大,且具有運輸效率高,用途廣泛、供氣設施造價低、收效快、方式靈活等特點2,這些都為LNG工業(yè)的發(fā)展提供了良好的基礎。目前國內已建成多個LNG工廠,提供了充足的氣源保證。因此,在各地區(qū)的中心城鎮(zhèn)已建起了數十座LNG氣化站,向城鎮(zhèn)居民及工業(yè)企業(yè)用戶提供天然氣。此外,為了降低燃油汽車尾氣排放帶來的城市大氣污染,國家正積極推動LNG汽車及加氣站的研究開發(fā)工作。我國發(fā)展LNG進口項目,建設LNG氣化站,彌補管輸天然氣的不足,已成為目前城市燃氣行業(yè)較為關注的焦點。2LNG的危險性分析1.1低溫的危險性:LNG的儲存和操作都在低溫下進行,一旦發(fā)生泄漏,會使相關設備脆性斷裂和遇冷收縮,從而破壞設備,引發(fā)事故,并對人體造成嚴重傷害。1.2爆炸的危險性:不同時刻進入同一設備的LNG,由于成分和密度差異引起分層,導致LNG突然大量蒸發(fā),壓力驟升。若壓力超過設備的極限承壓能力,會造成設備損壞和截止泄漏,甚至爆炸。1.3泄漏的危險性:天然氣與空氣容易形成易燃易爆的混合物,LNG溢岀是比一般的天然氣泄漏更為嚴重的事件。它可能導致重大的安全事故、人員傷中國煤化工災或CNMHG爆炸1.4對人體的危害性雖然LNG蒸汽無毒,但其中含有體積分數82%~98%的甲烷,一旦發(fā)生泄漏人如果吸入純的LNG蒸汽會迅速失去知覺,幾分鐘之后便會死亡;當大氣中氧氣的含量較低時,人員可能在毫無察覺的情況下慢慢窒息而亡。可見,LNG氣化站的安全至關重要。在設計過程中,必須確定LNG裝置相關的危險性,根據相關的標準和運行管理經驗,對氣化站的安全設計全面考慮,使整個系統(tǒng)達到較高的安全水平。3LNG氣化站的安全設計3.1設計標準我國液化天然氣工業(yè)起步比較晩,相關規(guī)范與標準相對比較滯后。在已建成的LNG項目中,通常是專業(yè)人員借鑒國外的標準和國內、外的管理經驗,結合工程實際情況進行設計和施工。常用的國外標準主要有:美國的NFPA59A《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝卸標準》等,國內的標準主要有:GB/T20368-2006《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運》、GB/T1!9204-2003《液化天然氣(LNG)的一般特性》、jB/T4780-2002《液化天然氣①LNG)罐式集裝箱》等。3.2總平面布置LNG氣化站總平面布置設計要合理地確定站內各作業(yè)區(qū)和設備的位置,以確保氣化站有一個安全的環(huán)境。站址的選擇既要從城市的總體規(guī)劃和合理布局出發(fā),同時也應考慮有利生產、方便運輸、保護環(huán)境等因素3.3圍堰區(qū)圍堰是指用壓實土、混凝土、金屬等耐低溫材料在LNG儲罐、工藝區(qū)、氣化區(qū)和轉運區(qū)等有可能發(fā)生溢出的區(qū)域周圍建造的防護堤、圍墻或排液系統(tǒng)所圍成的區(qū)域。其作用是阻攔溢出的LNG四處流淌,防止進一步擴散:當發(fā)生火災時,阻止火焰向四周蔓延。圍堰區(qū)容積的確定,應按照儲罐的容量和儲罐的數量進行考慮;同時還要考慮排水和積雪等因素的影響,需要適當增加一定的裕量。3.4LNG儲罐LNG儲罐按設置方式可分為地下儲罐和地上儲罐,按結構形式可分為球形罐、單容罐、雙容罐、全容罐及膜式罐。其中單容罐、中國煤化工雙層CNMHG罐(即由內罐和外罐組成,在內、外罐間充填有保冷材料)。LNG氣化站采用何種形式的儲罐,主要決定于儲存量,同時要求安全可靠,投資低、壽命長、便于制造、整個系統(tǒng)操作費用低等3。3.5汽化器LNG汽化器按其熱源不同,分為加熱汽化器、環(huán)境汽化器和工藝汽化器3類其中,加熱汽化器的汽化熱源是燃料燃燒、電力、鍋爐或內燃機廢熱等;環(huán)境汽化器的汽化熱源來自自然環(huán)境,如大氣、海水、地熱水等;工藝汽化器的汽化熱源來自其他熱動力過程、化學過程、有效利用LNG的制冷過程。汽化器安全設計主要從一下幾個方面考慮12a.除非導熱介質不可燃,否則汽化器及其熱源與其他任何火源之間的水平凈距至少為15m,整體加熱汽化器到圍墻的水平凈距至少為30mb.汽化器到LNG、可燃制冷劑或可燃氣體儲罐的水平凈距至少為15π,到控制大樓、辦公室、車間等有人的重要建筑物的水平凈距至少為15m。C.站內布置多臺加熱汽化器時,各汽化器之間的水平凈距至少為1.5m。d.安裝在距LNG儲罐15m之內的任何環(huán)境汽化器或加熱汽化器,均應在液體管道上設置自動切斷閥,此閥應設置在距離汽化器至少3m處。e.每臺汽化器應提供一種距汽化器至少15m的切斷熱源的方式。f.為防止泄漏的LNG進入備用汽化器,可安裝2個進口閥門,并采取安全措施排空積存在兩個閥門之間的LNG或蒸發(fā)氣體。g.設置自動裝置,防止LNG或其蒸氣在異常溫度下進入輸配系統(tǒng)。應與僅用于緊急情況的管路閥門配合使用3.6LNG管道及管件在進行LNG管道及管件設計中,不僅要考慮低溫液體的隔熱要求,還應考慮到大溫差和溫度變化對材料性能的不良影響。因此,對LNG管道應包裹防水、隔熱、阻燃的隔熱層,對支撐結構也應采取相應措施,防止因傳熱造成的管道結冰或支撐鋼材脆化。同時,LNG管道的熱補償也是設計中的一個重要問題。兩個固定點之間,由于冷收縮產生的應力可能遠遠超過材料的屈服極限。通常可采用金屬波紋管、管環(huán)式補償器或選用熱膨脹系數小的管材等方法解決中國煤化工CNMHG在液相管道的兩個切斷閥之間設置安全閥,防止管道超壓造成事故。在氣相總管上設緊急放空裝置,當誤操作或設備超壓時,安全閥自動開啟,保護氣相管道的安全,降低對管道及管件的破壞程度3.7消防系統(tǒng)消防系統(tǒng)的安全設計原則是:盡量切斷氣源,控制泄露:對儲罐及臨近儲罐的設備進行冷卻保護,避免設備超壓造成更大的災害;將泄露的LNG引至安全地帶汽化,避免燃燒擴大。根據以上原則,消防系統(tǒng)安全設計主要包括分布控制系統(tǒng)、緊急關閉系統(tǒng)、火災和泄漏探測報警系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、干粉泡沫滅火系統(tǒng)和其他一些安全措施4結語世界LNG工業(yè)經過幾十年發(fā)展的經驗,安全防護和監(jiān)測技術的不斷發(fā)展,加之相應的法規(guī)和技術規(guī)范逐漸地完善,使得LNG生產和應用的各個環(huán)節(jié)更加安全。盡管如此,LNG畢竟屬于易燃易爆的危險品,能量又非常集中,無論是工廠設計、施工建設,還是工廠生產或是下游使用,都必須把安全放在第一位同時,為適應我國LNG工業(yè)需求的高速發(fā)展,應盡快頒布國內LNG相關設計、施工規(guī)范,以指導LNG應用領域的設計、施工和運行管理。參考文獻:[1]劉新領.液化天然氣供氣站的建設[J].煤氣與熱力,2002,22(1)2]徐正康,吳洪松.液化天然氣在燃氣工業(yè)中的應用[J].煤氣與熱力1998,18(5):27-293]何貴龍,楊起華,等.小區(qū)液化天然氣供氣站的探討[J.煤氣與熱力2003,23(1):50-52[4]江金華,金穎,馮春強.液化天然氣在城市燃氣的應用[J].煤氣與熱力,2003,23(1):53-54、575]劉新領.LNG供氣站的建設[J.煤氣與熱力,202,22(1):35-36.[6]吳佩英.LNG汽車加氣站技術的發(fā)展和應用[J].煤氣與熱力,2003,23(10):629-630[7]顧安忠,魯雪生等.液化天然氣技術手冊[M.第1版.北京:機械工業(yè)出版社,2010[8]NFPA59A,液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝卸標準[S]9]周偉國,阮應君,藤汜穎.液化天然氣儲罐中翻滾現(xiàn)象及預防措施探討煤氣與熱力,[J,2002,22(4):294-296中國煤化工[10]林文勝,顧安忠,李品友.液化天然氣的分層HCNMHG空與低溫,2000,(6):125-132[11]朱文建,張同,王海華.液化天然氣冷能利用的原理及方法[J].煤氣與熱力,1998,18(2):33-35[12]GB50028-2006,城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范[S中國煤化工CNMHG