第25卷第6期煤气与热力vol. 25 no. 62005 年6月gas & heatjun. 2005设计与计算lng气化站的安全设计王蕾，李帆(华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074 )摘要:分析了lng的危险性,从围堰区、lng储罐、气化器、管道及管件、消防系统等方面对lng气化站的安全设计进行了讨论指出应尽快制定符合我国国情的lng规范。关键词:液化天然气;气化站;安全中图分类号: tu996文献标识码: b文章编号: 1000 -4416( 2005 )06 -0030 -04.safety design of lng vaporizing stationwang lei，li fan( school of enwironment science & engineering , huazhong university of science & technology，wuhan 430074 , china )abstract : hazards of lng are analyzed , and the safety design of lng vaporizing station is dis-cussed in aspects of impoundment area , lng tank ,vaporizer , piping and fttings ,fire control system etc. .it is pointed out that a lng code that accords with chinese basic conditions should be laid down as early aspossible.key words: lng ; vaporizing station ; safety随着全球经济的迅速增长和能源需求量的不断能下降导致更加严重的事故并对人体造成严重伤扩大液化天然气( liquefied natural gas ,lng )因具害。③虽然天然气毒性较小,但其中主要成分为甲有运输效率高、用途广、供气设施造价低、见效快、方烷泄漏后会造成窒息等人身伤亡事故。④天然气式灵活等特点1.21给世界lng工业的发展提供了与空气混合能形成爆炸性混合物爆炸下限(体积良好的基础。我国发展lng进口项目,建设lng分数)为3.6% ~6.5% ,爆炸上限(体积分数)为气化站3]弥补管输天然气的不足已成为目前城市13.0% ~17.0%[4。如果存在着火源,极易发生着燃气行业较为关注的焦点。火燃烧,甚至爆炸。同时气体燃烧产生的热辐射会1 lng 危险性分析对人身及装置造成极大危害。lng的成分中甲烷的摩尔分数为96%以上所可见lng气化站的安全至关重要。在设计过以lng和液体甲烷性质基本类似,若处理不当，极程中必须确定与lng装置有关的危险,根据相关易发生事故。从lng的特性出发危险性主要有:的标准和运行管理经验，对气化站的安全设计全面①不同时刻进入同一设备的lng由于成分和密度把关,使整个系统达到较高的安全水平。差异引起分层导致lng突然大量蒸发,压力骤升。2 lng 气化站的安全设计若压力超过设备的极限承压能力，会造成设备损坏目前我国尚未颁布针对城市燃气lng气化站和介质泄漏甚至爆炸。②lng的储存和操作都是设计的标准和规范。在已经建成或正在建设的在低温”下进行的,-旦发生泄漏低温会造成材料性lng项目中通常是专业人员借鉴国外的标准和国第6期王蕾等1ng气化站的安全设计第25卷内外的管理经验结合工程实际情况进行设计和施b.设置足够数量的安全阀，安全阀与罐体之间工。常用的国外标准主要有美国标准《液化天然气设手动截止阀,保证储罐工作压力在允许范围内。( lng )生产、储存和装卸标准》( nfpa 59a )日本内筒设安全放空阀连通火炬。外筒泄压装置将放部颁标准《一般高压瓦斯保安法则》等国内标准主空气体引至放空火炬。要有《石油化工企业设计防火规范》、《城镇燃气设e. 每个储罐的液相管上设2个紧急切断阀发计规范》、《火灾自动报警系统设计规范》等。生意外事故时切断储罐与外界的连通,防止罐内2.1 围堰区lng泄漏。围堰区是指用压实土、混凝土、金属等耐低温材d.每个储罐设2套相互独立的液位测量装置。料在lng储罐周围建造的堤防护墙或排液系统所e.在储罐真空夹套层设压力仪表测量压力是.围成的区域。其作用是当lng泄漏或溢出时将可否在合理范围内。燃液体限制在围堰区内防止进一步扩 散;消发生火f.多台储罐之间隔离阀的操作水平净距至少灾时阻止火焰向四周蔓延。因此确定围堰区容积为0.9 m。时应考虑lng储罐总容积、冬季积雪或其他原因导g.储罐投入运行时,设温度检测仪,用来监测致围堰区蓄液能力下降等多方面因素。温度或作为检查和校正液位计的工具。2.2 lng 储罐④给设计压力高于100 kpa的储罐配备相关lng储罐安全设计主要有以下几方面内容:装置预防lng充注过量、液体受热膨胀造成液位①根据储罐容积合理确定安全间距,见表超高以及罐内压力达到安全阀启动值时液体淹没安1[5]。全阀进口。表1围堰墙与站区围墙 之间、储罐之间的水平净距⑤为避 免罐内形成空气与天然气的混合物导tab. 1 horizontal distances from impoundment area to致事故,储罐在首次充注lng之前，或停止使用内station and between tanks部检修后需要用惰性气体将罐内的空气或天然气置换出来进行惰化处理8]。储罐容积| 围堰墙到站区围墙的 储罐之间水平v/m2水平净距最小值/m净距最小值/m :⑥根据地质、 气象等资料分析发生地震、风v/m' <0.50.0灾、雪灾等自然灾害的可能性及其特征考虑储罐的0.5≤v/m'<1.93.01.0抗震和抵御风雪载荷的能力。1.9≤v/m'<7.6 .4.61.52.3 气化器7.6≤v/m'<56.87.6美国标准nfpa 59a[5]将lng气化器分为加热|56.8≤v/m' <114.015.0114.0≤v/m≤265.023.0相邻储罐公称直气化器、环境气化器和工艺气化器3类。其中加热，265.0< v/m2储罐公称直径的0.7|径之和的1/4且气化器的气化热源是燃料燃烧、电力、锅炉或内燃机|倍但不小于30.0m。 最小为1.5 m。废热等环境气化器的气化热源来自自然环境，,如大②为保证储罐及其连接部件在lng及其冷气海水、地热水等;江艺气化器的气化热源来自其蒸气温度下仍能正常工作,罐体材料必须满足低温他热动力过程、化学过程、有效利用lng的制冷过性能要求。暴露的储罐隔热层应防火、阻燃阻蒸程9。气化器安全设计主要有以下2方面内容:气、防水,且在消防水的冲击力作用下不会移动。储①保证安全间距。除非导热介质是不可燃罐内外筒之间填充的不可燃隔热材料不仅要适应的,否则气化器及其主热源与其他任何火源之间的lng及冷蒸气性质,而且当外筒遇火灾事故时,能.水平净距至少是15m。加热气化器到站区围墙的确保内筒材料的导热性能稳定61。水平净距至少是30m到以下地点的水平净距至少③合理设计、 配置阀门等附件主要包括:是15 m a. lng、可燃液体、可燃制冷剂或可燃气体a.储罐进液系统设顶部、底部两个进液阀,当储罐危险液体的装卸设备接头及含有危险液体的充注液体与储罐中原有液体物理性质有差异时,通不动火工艺设备。b. 控制大楼、办公室、商店、居民过不同部位的进液减少混合液体分层的可能性减楼等建筑物。布置有多个气化器时，各气化器之间小事故发生率”]。的水平净距至少为1.5 m。.第6期煤气与热力第25卷②合理设置阀门等附件主要包括:分布控制系统( distribute control system ,dcs )a.每台气化器都应设置进口、出口切断阀和安用于显示和控制lng装置的温度、压力、液位、流量全阀。等主要和重要的控制参数10]。b.为防止泄漏的lng进入备用气化器,可安装②紧急关闭系统2个进口阀门并采用安全措施排空积存在两个阀紧急关闭系统( emergency shut down ,esd )与门之间的lng或蒸发气体。dcs系统相互独立在lng装置发生紧急状况时启c.在与气化器的水平净距为15m的lng管路.动用于隔离和关断lng或其他可燃危险物质的来上安装切断阀,该阀门可由现场操作或远程控制且源并关闭那些如果继续运行可能维持或加剧灾情有一定保护措施预防阀门因温度过低而失效。的设备。d.在液体管路上设自动控制切断阀,该阀门到③火灾和泄漏探测报警系统气化器的水平净距至少是3 m，且在液体流量过大、该系统包括在工艺设备特别是lng储罐附近设备周围温度异常、气化器出口处温度过低时能自设置的可燃气体浓度检测报警器,在生产区设置的动关闭。火焰探测器、火灾报警器以及用来检测lng是否泄e.加热气化器应配备切断热源的装置,可 由现漏的过冷检测器。检测信号均送入dcs系统,与设场操作或远程控制。定报警值比较。部分重要信号再送入esd系统,便f.设置自动装置防止lng或其蒸气在异常温于单元设备停机或全站联锁停车。度下进入输配系统。这些装置应与仅用于紧急情况④消防水系统的管路阀门配合使用。消防水系统由消防泵房、消防水池、消防管道及g. 设置温度检测仪测量lng、蒸发气体和加消火栓、消防水炮等组成主要用于冷却储罐等设备热介质的进出口温度。和管道,而不是控制和扑灭火焰。相对于lng而，2.4 lng管道及管件言,水是热源,为lng气化提供热量。特别是在lng管道及管件内、外表面接触的物质温度差lng溢出后危险最大的初期内接触到水这样的湿较大，设计管道及其支撑结构时应考虑到大温差和热表面,会提高lng气化速率,加快燃烧速度。但温度变化对材料性能的不良影响。因此，对lng管水的射流可以冷却着火区周围未着火的设备和管道包裹防水、隔热、阻燃的隔热层，,对支撑结构采取道吸收和控制火灾产生的热量,阻止火的蔓延,保措施防止因传热造成的管道结冰或支撑钢材脆化。护消防人员和站区工作人员。在液相管道的两个切断阀之间设置安全阀防⑤干粉灭火系统止管道超压造成事故。在气相总管上设紧急放空装干粉灭火剂是扑灭高压力、大流量天然气火灾置当误操作或设备超压时，安全阀自动开启，保护的最有效措施。对泄漏量较少的火灾可以用干粉、气相管道的安全降低对管道及管件的破坏程度。二氧化碳、卤代烷灭火剂扑灭灭火后应立即切断气公称直径不大于50mm的管道采用螺纹连接、体来源阻止气体溢出否则可能复燃。焊接或法兰连接均可;公称直径大于50 mm的管道⑥泡沫灭火系统采用焊接或法兰连接。除管材不同、设备连接或维采用高倍数泡沫灭火系统喷出大量泡沫覆盖修部位等必要处以外尽可能少使用螺纹连接和法在泄漏的lng上面减少来自空气的热量,有效降兰连接。低lng蒸气产生的速率,减小可燃气体覆盖的范2.5 消防系统围。若条件允许还可设置固定式低倍数泡沫灭火消防系统安全设计的原则是尽量切断气源控系统在储罐、管道等重要设备上方设置泡沫喷淋灭制泄漏对着火罐及邻近罐和设备进行冷却保护避火装置。免设备超压造成更大灾害将泄漏的lng引至安全⑦移动式灭火器材地带气化避免燃烧扩大。根据这3个原则消防系在lng设备和汽车槽车等处属于严重危险级统安全设计包括以下几个部分:别的关键位置设便携式或手推式灭火器。控制室、①分布控制系统;变配电室内配置手提式二氧化碳灭火器,以保证迅第6期王蕾等1ng气化站的安全设计第25卷速有效地扑灭初期火灾。进入厂区的机动车辆应设备的能力但如何在投入使用前对其产品进行安全至少1个便携式干粉灭火器其容量不低于9 kg。质量测评没有可操作的依据。2.6 其他④部分厂家一味追求先进技术、高质量是否①合理进行功能分区将储存区、生产及辅助会因个别产品质量标准过高而造成不必要的浪费。区和办公区分开设置。综合考虑防火间距、消防车在关注我国进口lng项目探讨lng工艺流道及防火防爆要求。程及节能措施开发lng新产品、新技术、新设备的②选择与防爆区 域等级相适应的电气设备,同时应着眼于我国城市燃气行业现状本着安全供保证站区供电系统的安全可靠性。气的原则制定和颁布可靠、可行、可依的lng规范③设专用放空火炬高30 ~40 m ,lng储罐、是当务之急。罐顶蒸发气boiloffgas,bog)储罐、工艺管道和各生产工段的超压泄放装置均引至火炬,避免在站内参考文献:形成爆炸性混合物。[ 1 ]刘新领。液化天然气供气站的建设[ j]煤气与热④设有lng工艺设备的建构筑物应采取机力2002 22(1 )35-36.械排风、自然排风或多种方式相结合的通风措施使[2]徐正康,吴洪松.液化天然气在燃气工业中的应用危险气体聚积所具有的潜在危害性降到最低。如果[j]煤气与热力,1998 ,18(5)27 -29.蒸发气体密度大于空气应在其聚积部位最低处设[ 3 ]刘建海何贵龙杨起华等小区液化天然气供气站的探讨[j]煤气与热力,2003 23(1)50-52.通风装置。⑤对工作人员进行定期培训使其了解lng[4 ]王忠lng站消防设计探讨[ j]消防科学与技术,2001 (4 )10-12.特性及可能产生的危害和影响、防护用品的作用及[ 5 ] nfpa 59a ,standard for the production , storage , and正确的使用方法。给工作人员配置必需的防护服、handling of liquefied natural gas ( lng ) 2001 edition头盔、面罩、手套、靴子和呼吸用具等装备并存放在[s]便于取用的位置。[ 6]沈惠康.液化天然气的工艺与设备[ j]煤气与热⑥站内生产装置及辅助设施、工业建筑物均力,1996 16(6)25 -28.安装避雷装置。[7]周伟国阮应君,藤汜颖.液化天然气储罐中翻滚现⑦确保站内的消防用电及通信设施正常工象及预防措施探讨[ j]煤气与热力,2002 22( 4 ):作。消防控制系统、消防水泵等主要用电设备有备294 - 296.用电源站内控制室设外线报警电话。.[8]江金华金颖冯春强，液化天然气在城市燃气的应3结语用[j]煤气与热力,2003 23( 1 )53-54 57.纵观世界lng工业的发展历程我国尚未进入[9]朱文建张同,王海华.液化天然气冷能利用的原理及方法j]煤气与热力, 1998 ,18(2)33-35.高度发达阶段,国内也未颁布关于lng气化站设计[10]向宇lng装置的危险分析及安全设计探试j]上和施工的规范,在工程设计中普遍以美国、欧洲国海煤气2002(5)40-45.家、日本的标准作为参考,但这样的做法存在如下问题:作者简介王蕾( 1980- ), 女，北京人，硕士，①国内厂家生产的设备质量是否符合美国防从事燃气输配管网安全评价系统的研究工火协会标准nfpa59a尚未确定。作。②强制性标准和规范的空缺 ,使得lng气化电话( 027 )87546570站在建设中可能留下安全隐患。e - mail bujiuer@ sohu. com③国内已有企业具备生产lng及其相关设收稿日期2004-11 -26
