第27卷第7期煤氣與熱力Vol.27 No.72007年7月GAS & HEATJul. 2007液化天然氣LNG氣化站的安全設計朱昌偉'，馬國光'，李剛2(1.西南石油大學，四川成都610500; 2.中海石油管道輸氣公司，海南?？?70105)摘要:簡述了LNG的危險性和我國LNG氣化站的發(fā)展現狀,從設計標準、 總平面布置、圍堰區(qū)、儲罐、氣化器、LNG輸送管道以及消防等方面論述了LNG氣化站的安全設計。關鍵詞:液化天然氣; 氣化站; 儲罐;安全中圖分類號: TU996文獻標識碼: B文章編號: 1000 -4416(2007 )07 -0020 -04Safety Design of LNG Vaporizing StationZHU Chang-wei'，MA Guo-guang'，LI Gang2(1. Southwvest Petroleum Uniersity, Chengdu 610500, China; 2. CNOOC Gas Pipelining Co,Lud, Haikou 570105，China)Abstract: The hazard of LNG and the current development status of LNG vaporizing station in Chi-na are introduced briefly. The safety design of LNG vaporizing station is discussed in aspects of designstandards，general arrangement, impounding area, storage tanks, vaporizer, LNG transmission pipeline,fire control and so on.Key words: LNG; vaporizing station; storage tank; safety1概述中國LNG供氣的序幕。1.1 LNG 的危險性["]目前國內已建成使用的LNG氣化站逾30座。①低溫的危險 性:LNG的儲存和操作都在低隨著新疆廣匯LNG廠于2004年投產，以及廣東沿溫下進行,一-旦發(fā)生泄漏,會使相關設備脆性斷裂和海LNG接收終端的建成投產,LNG供應在我國將形遇冷收縮,從而破壞設備,引發(fā)事故。并且,低溫成南、中、西的供應格局。加之LNG氣化工程的關LNG能凍傷操作人員。鍵設備如低溫儲罐、氣化器、低溫閥門及運輸設備的②火災危險性:天然氣與空氣混合能形成爆國產化，可以預見,在未來5年我國將會迎來LNG炸性混合氣體,爆炸極限(體積分數)為5% ~ 15%。氣化站建設的高峰。如果存在火源,極易著火燃燒，甚至爆炸。2 LNG氣化站的安全設計③對人體的危害:雖然 LNG蒸氣無毒,但是2.1設計標準如果吸進純的LNG蒸氣,人會迅速失去知覺,幾分設計時可參考的國外標準主要有美國的NF-鐘后死亡;當大氣中氧的含量逐漸減少時,工作人員PA59A《液 化天然氣(LNG)生產、儲存和裝卸標可能警覺不到而慢慢地窒息。準》、NFPA57《LNG汽車燃料系統(tǒng)》等;國內標準1.2我國LNG氣化站的發(fā)展現狀有:GB 50028- -2006《城 鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》; GB2001年,中原油田建成了我國第一座生產型的50183- -2004《石油天然氣工程 設計防火規(guī)范》,《建LNG裝置,淄博LNG氣化站同時建成投產,揭開了筑設計防火規(guī)范》等。20.www. watergasheat. com朱昌偉,等:LNG氣化站的安全設計第27卷第7期2.2總平面布置[1.21切斷裝置,它應與全部的控制計量儀表分開設置。LNG氣化站總平面布置設計要合理地確定站e.為了避免儲罐內形成空氣與天然氣的混合氣內各作業(yè)區(qū)和設備的位置，以確保氣化站有一個安導致事故,儲罐在首次使用或停止使用進行內部檢全的環(huán)境。對于LNG的濫出，總希望能夠預測LNG修時,要進行惰化處理。蒸氣量與溢出距離和溢出時間的函數關系，這樣可f.根據地質氣象等資料，分析發(fā)生地震、風災、以通過溢出的流量和時間來預測可能產生危險的區(qū)雪災等自然災害的可能性及其特征,考慮儲罐的抗域。震和抵御風雪載荷的能力。NFPA59A已經對氣化站邊界線以外的人身和②LNG渦旋現象的預防財產的影響做了明確的安全要求，這些要求限制了渦旋現象[4)( Rollover) ,也稱翻滾,通常出現在在邊界線的熱輻射量?，F在各種計算機軟件能夠模多組分的液化天然氣中,是由于向已裝有LNG的低擬LNG儲存設施周圍的火災輻射和氣體擴散濃度,溫儲罐中充注新的LNG ,或由于LNG中的氮優(yōu)先蒸例如LNGFTRE( LNG燃燒的熱輻射模型)和DE-發(fā)而使儲罐內的液體發(fā)生分層而引起。在已有的一GAIS(氣體擴散濃度程序)。些研究中,對該問題的解釋是:密度較大的液體積聚2.3圍堰區(qū)在儲罐底部,而密度較小的液體處于儲罐頂部,底部圍堰區(qū)是指用混凝土、金屬等耐低溫材料在液體因受到上面液體重力的作用,壓力高于上部液LNG儲罐周圍建造的堤防、防護墻或排液系統(tǒng)所圍體,對應的蒸發(fā)溫度相應提高，且底部LNG具有一成的區(qū)域。LNG儲罐周圍必須設置圍堰區(qū),以將儲定的過冷度,蒸發(fā)速度較上部液體慢。外界熱量總罐發(fā)生事故時對周圍設施造成的危險降低到最小程是不斷由外向內傳遞,底部液體獲得熱量,其溫度升度。高，密度減小，當底部液體密度小于上部液體密度2.4 LNG儲罐時,分層平衡將被破壞,形成渦旋現象,引起液體蒸LNG儲罐按結構形式可分為地下儲罐、地上金發(fā)率劇增。屬儲罐和金屬-預應力混凝土儲罐3類,地上LNG計算機模型已經發(fā)展到能夠預測渦旋發(fā)生的時儲罐又分為金屬子母儲罐和金屬單罐2種。LNG間、分層和氣體釋放率，然而,渦旋發(fā)生時氣體釋放氣化站采用何種儲罐，主要取決于其儲存量。儲存率的峰值很難精確預測。因此,為避免渦旋的發(fā)生，量為1200~5000m3時可采用金屬子母儲罐帶壓在設計時預防非常必要?？梢酝ㄟ^測量LNG儲罐儲存和常壓罐儲存。儲存量為1 200 m3以下的城內垂直方向上的溫度和密度來確定是否存在分層，市LNG氣化站,基本采用金屬單罐帶壓儲存。當分層液體之間的溫差>0.2 K,密度差>0.5 kg/①LNG 儲罐的安全措施(.m3時,一般認為發(fā)生了分層。防止發(fā)生渦旋現象的a.為保證儲罐及連接部件在LNG及其冷蒸氣方法有":下能正常工作,儲罐材料必須滿足低溫性能要求。a.將不同產地、不同氣源的LNG分開儲存,可暴露的儲罐隔熱層應防火、防水、阻燃、阻LNG蒸避免因密度差而引起的分層。b.根據需儲存的氣,并且在消防水的沖擊力作用下不會移動。LNG與儲罐內原有LNG的密度差異，選擇正確的充b.儲罐之間需要有適當的凈距便于設備的安注方式。c.使用混合噴嘴和多孔管向儲罐中充注裝、檢查和維護。NFPA59A中的表2.2.4. 1明確規(guī)LNG。d. 檢測LNG的蒸發(fā)速度,LNG分層會抑制定了LNG儲罐之間的最小凈距和布置要求[2]。LNG的蒸發(fā)速度,使出現渦旋前的蒸發(fā)速度比通常c.儲罐的液相管上安裝緊急切斷閥,發(fā)生意外情況下的蒸發(fā)速度低。事故時切斷儲罐與外界的連通,防止儲罐內的LNG③儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率泄漏。每臺儲罐應設2套相互獨立的液位測量裝儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率能較為直觀地反映儲罐在使用置,在選擇測量裝置時應考慮密度的變化。在儲罐時的絕熱性能,其定義為低溫絕熱壓力容器在裝有真空層設壓力儀表,用于測量真空層的絕對壓力。大于有效容積的1/2的低溫液體時,靜止達到熱平d.儲罐應當設置一個高液位報警器,使操作人衡后,24h內自然蒸發(fā)損失的低溫液體質量和容器員有足夠的時間停止進料。儲罐應設置高液位進料有效容積下低溫液體質量的比值。LNG 氣化站大第27卷第7期煤氣與熱力www. watergasheat. com多采用50m'及100 m'帶壓LNG儲罐,文獻[5.6]料的屈服極限。通常可采用金屬波紋管、管環(huán)式補對其靜態(tài)蒸發(fā)率的要求見表1。償器以及熱膨脹系數小的管材等方法解決"。國家現行標準中沒有給出LNG儲罐蒸發(fā)率的2.7氣化站的消防上限標準,設計時可以參考液氮的標準。消防系統(tǒng)的安全設計原則是:盡量切斷氣源,控表1 立式和臥式低溫絕熱容器的靜態(tài)蒸發(fā)率制泄漏;對儲罐及鄰近儲罐的設備進行冷卻保護,避Tab.1 Static evaporation rate of vertical and horizontal免設備超壓造成更大的災害;將泄漏的LNG引至安cryogenic adiabatic vessels全地帶氣化,避免燃燒擴大。根據以上原則,消防系絕熱形式|容積/m2’液氮靜態(tài)蒸發(fā)率(.上限)/%統(tǒng)安全設計主要包括以下幾個部分[5.7.B]:固定罐移動罐罐式集裝箱①緊急關閉系統(tǒng)高真空500. 1500.240 .每個LNG設備上都應裝備緊急關閉系統(tǒng)多層絕熱1000.095真空粉末50. 3500. 2400. 380(ESD) ,該系統(tǒng)可隔離或切斷LNG、可燃液體、可燃0.250制冷劑和可燃氣體的來源,并關閉一些如繼續(xù)運行2.5 氣化器可能加大或維持災情的設備。LNG氣化器按其熱源的不同,可分為加熱氣化②火災和泄漏監(jiān)控系統(tǒng)器、環(huán)境氣化器和工藝氣化器,其安全設計主要考慮該系統(tǒng)主要包括:設置在氣化器里的碳氫化合以下因素[1-3):物泄漏檢測器和設置在大氣中的可燃氣體檢測器，①除非導熱介質不可燃,否則氣化器及其熱在氣化區(qū)、儲罐區(qū)、外送泵區(qū)設置的紫外線或紅外線源與其他任何火源之間的水平凈距至少為15 m,整火焰探測器，在控制室、電氣室以及消防泵房設置的體加熱氣化器到圍墻的水平凈距至少為30 m。煙氣檢測器以及用來檢測LNG是否泄漏的低溫檢②氣化器到LNG、可燃制冷劑或可燃氣體儲測器。罐的水平凈距至少為15 m,到控制大樓、辦公室、車③消防水系統(tǒng)間等有人的重要建筑物的水平凈距至少為15 m。消防水系統(tǒng)由消防泵房、消防水池、消防給水管③站內布置多臺加熱氣化器時， 各氣化器之道 及消火栓、消防水槍等組成。水可用來控制LNG間的水平凈距至少為1.5 m。產生大火,但不是滅火。如果將水噴到LNG表面，④安裝在距LNC儲罐15 m之內的任何環(huán)境會使LNG的蒸發(fā)率增大,從而使LNG的火勢更大。氣化器或加熱氣化器,均應在液體管道上設置自動因此，不能用水直接噴淋到LNG或LNG蒸氣上。.切斷閥,此閥應設置在距離氣化器至少3 m處。用水的目的主要是將尚未著火而火焰有可能經過的⑤每臺氣化器應提供一-種距氣化器至少15地方淋濕，使其不易著火。m的切斷熱源的方式。④干粉滅火系統(tǒng)⑥為防止泄漏的LNG進入備用氣化器,可安干粉滅火劑是撲滅高壓力、大流量天然氣火災裝2個進口閥門,并采取安全措施排空積存在兩個的最有效措施。由于干粉滅火劑對燃燒物的冷卻作閥門之間的LNG和蒸發(fā)氣體。用很小，在撲滅較大規(guī)模的火災時，如滅火不完全或⑦應設置恰當的自動化設備,以避免LNG及因火場中熾熱物的作用,容易發(fā)生復燃。其蒸氣在異常情況下進人輸配系統(tǒng)。⑤泡沫滅火系統(tǒng)2.6 LNG 輸送管道泡沫滅火劑可分為化學泡沫滅火劑、空氣泡沫在進行LNG管道設計中,不僅要考慮低溫液體滅火劑、氟蛋白泡沫滅火劑、水成膜泡沫滅火劑等。的隔熱要求,還應特別注意因低溫引起的熱應力、防LNG氣化站常采用高倍數泡沫滅火系統(tǒng)，滅火器噴止水蒸氣滲透、避免出現冷凝和結冰、管道泄漏的探出大量泡沫覆蓋在泄漏的LNG上面,減少來自空氣測方法以及防火等問題。的熱量,有效降低LNG蒸氣產生的速度。LNG管道和其他低溫液體輸送管道一-樣, 管道⑥移動式滅火器材的熱補償是-一個需要細心考慮的重要問題。兩個固根據《建筑滅火器配置設計規(guī)范》( GB 50140-定點之間，由于冷收縮產生的應力可能遠遠超過材2005 的規(guī)定,生產區(qū)為嚴重危險級場所,設置手提