LNG泄露危害及其水幕緊急處理

1、LNG泄露危害及其緊急處理摘要：隨著大型LNG液化裝置效率的提高和耐低溫材料的研制突破，LNG產(chǎn)業(yè)在世界范圍內(nèi)得到了快速的發(fā)展。然而，LNG泄漏很難避免，相關(guān)危害事件時(shí)有發(fā)生。目前，噴射水幕被廣泛認(rèn)為是最有效且最具前景應(yīng)用的控制和降低LNG泄露危害的技術(shù)。本文對(duì)LNG泄露危害和緊急處理做了簡(jiǎn)單介紹。關(guān)鍵詞：LNG;泄漏檢測(cè)；重氣云水幕；機(jī)械作用Abstract:Keywords：LiquefiedNaturalGas；spillagedetection；heavygascloud;watercurtain；mechanicaleffects1引言為了便于天然氣的儲(chǔ)存于運(yùn)輸，可以采用常壓降溫到-

2、162C使其液化，液化后體積為原體積的1/600,大大降低了占用的體積。天然氣液化裝置一般由天然氣預(yù)處理流程、液化流程、儲(chǔ)存系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及消防系統(tǒng)等組成。現(xiàn)在常用的液化流程有階式液化流程、混合冷劑液化流程、丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程以及帶膨脹機(jī)液化流程。常溫下天然氣的分子量遠(yuǎn)比空氣小，但由于以低于大氣壓的沸點(diǎn)溫度儲(chǔ)存，一旦泄露接觸周圍暖空氣是迅速閃蒸，形成了夾帶液滴的混合蒸汽云團(tuán)。使得蒸氣密度高于空氣密度，造成重氣效應(yīng)。2.1.1 LNG泄露LNG泄露的特征LNG蒸汽云團(tuán)LNG泄漏到地面后，最初會(huì)猛烈沸騰蒸發(fā)，其蒸發(fā)的速率迅速衰減至一個(gè)固定值，蒸發(fā)氣沿地面形成一個(gè)層流，從環(huán)境中吸收熱量，逐

3、漸上升擴(kuò)散，同時(shí)將周圍的空氣冷卻至零點(diǎn)以下，形成一個(gè)可見的云團(tuán)，我們稱這種可見云團(tuán)為重氣云，由于重力的存在，使其擴(kuò)散過程與非重氣云的擴(kuò)散過程存在本質(zhì)的區(qū)別，重氣云的擴(kuò)散是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，這種擴(kuò)散與大氣穩(wěn)定度、空氣的相對(duì)濕度、地表粗糙度有著密切的關(guān)系。正是這種重氣效應(yīng)的存在，使得云團(tuán)不易稀釋和擴(kuò)散，增加了燃燒和爆炸的潛在危險(xiǎn)性。此外，這種重氣云是蒸發(fā)氣移動(dòng)方向的指南，也可以作為重氣云團(tuán)可燃性的指標(biāo)。2.1.2 LNG泄露蒸發(fā)的過程LNG大量溢出后，在地表形成一個(gè)小的液池。國(guó)外MorshedA.Rana,M.SamMannan等人做過LNG泄露到混泥土池中擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)，來研究其擴(kuò)散的特性。LNG

4、蒸發(fā)過程如下圖1:Windum/sLNG“931/minfrH|kg/sj/"lashedvpokg/sCLiquaXrom曄L建fVR-Sv-«田,Arvvr-4-WFVLN。砰B41+v2)如Evaporarfedvapor/.my2kg/s1.52inXl.52niX0.l5menclosedspilllocationConcreteground圖1FormationofLNGcloudfromcontinuousliquidreleaseLNG連續(xù)泄露重氣云形成過程LNG從管中泄出后，會(huì)迅速閃蒸一部分，一般認(rèn)為，這部分蒸發(fā)量大概是出口流量的5-15%;接著LNG與地

5、表接觸瞬間，相互換熱，這期間乂蒸發(fā)了部分；剩下主要是自然蒸發(fā)，太陽的輻射和空氣的流動(dòng)加速了表層LNG的蒸發(fā),蒸發(fā)氣就在順風(fēng)的方向形成了上述提到的重氣云團(tuán)。2.2 LNG泄漏的危害甲烷本身是一種低蠹性的窒息性氣體，而LNG泄漏后形成的低溫蒸汽云團(tuán)乂有別丁普通的甲烷氣體。其危害性主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：LNG泄漏后，就開始大量氣化，迅速膨脹擴(kuò)散形成云團(tuán)狀。如果是在狹小的空間內(nèi)，如LNG貨艙，船上的船員、應(yīng)急人員都可能會(huì)暴露在LNG云團(tuán)中，來不及逃脫，就會(huì)造成窒息危害。人員一旦接觸到液態(tài)的LNG，皮膚會(huì)造成低溫灼傷；同時(shí)低溫LNG對(duì)丁鋼結(jié)構(gòu)和一般船舶結(jié)構(gòu)連接件，如焊接等具有破壞性影響。LNG船上出現(xiàn)泄漏

6、，可能會(huì)降低運(yùn)輸船舶的結(jié)構(gòu)完整性并損壞附屆的設(shè)備。泄漏后形成的蒸汽云團(tuán)與空氣混合，形成爆炸性混合物。而甲烷的爆炸極限為5%-15%(體積分?jǐn)?shù))，-旦混合物中甲烷的濃度在爆炸極限范圍內(nèi)，就會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)，爆炸的壓力達(dá)到0.68Mpa。燃燒起來后，火焰的溫度高，輻射熱強(qiáng)，易形成大面積火災(zāi)。一般說來，氣體的燃燒和爆炸可產(chǎn)生熱負(fù)荷和壓力負(fù)荷。通常用火災(zāi)造成的熱輻射損害的等級(jí)來建立火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)。對(duì)丁熱負(fù)荷。美國(guó)國(guó)防防火協(xié)會(huì)推薦用5kW/肘的熱通量值來制定人員的防火距離。在此范圍內(nèi)，穿著適當(dāng)工作服的人員緊急操作持續(xù)幾分鐘而不造成傷害?；馂?zāi)熱輻射不同損害的等級(jí)顯示在表1中。表1熱輻射在通常情況下的損害等級(jí)表事

7、故熱通量(kW/m2)損害類型35-37.5對(duì)于工藝設(shè)備包括鋼罐，化學(xué)工藝設(shè)備，或者機(jī)器的損害25在無明火和不確定長(zhǎng)期暴露的情況下點(diǎn)燃木頭所需要的最小的能量18-20暴露的塑料電纜絕緣層退化12.5-15有明火是點(diǎn)燃木頭所需要的最小能量；融化塑料管道5允許員工在穿著適當(dāng)工作服的情況下緊急操作持續(xù)幾分鐘注：事故熱通量值基于平均暴露時(shí)間位10min。此外，當(dāng)?shù)蜏氐腖NG和一種熱液體(比如水)接觸而被突然加熱的時(shí)候，就可能出現(xiàn)LNG的快速沸騰氣化現(xiàn)象，導(dǎo)致局部超壓釋放，這種現(xiàn)象的影響僅局限在溢出源附近，會(huì)對(duì)設(shè)備和構(gòu)筑物造成廣泛的損害。2.3 LNG的泄漏檢測(cè)方法鑒丁LNG泄漏的危害之大，在液化天然氣

8、廠，液化天然氣調(diào)峰車間，LNG運(yùn)輸船等環(huán)境中，需安裝各種LNG的泄漏檢測(cè)裝置，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)和緊急處理。國(guó)內(nèi)外使用的檢測(cè)方法主要有以下幾種：可燃性氣體檢測(cè)可燃?xì)怏w測(cè)定儀一般為紅外線型(Infra-Red),gfi使用一種氮?dú)鈾z測(cè)儀，可以測(cè)出氮?dú)猓淄楹土蚧瘹錃怏w的濃度。這種測(cè)定儀一般安裝在危險(xiǎn)地柵欄和開放的通道旁邊，并附帶有遠(yuǎn)傳的信號(hào)報(bào)警裝置，便丁控制室人員作出緊急處理。溫度檢測(cè)利用低溫傳感器來檢測(cè)，例如溫敏電阻型和光纖檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)的信號(hào)也能遠(yuǎn)傳?；鹧嫣綔y(cè)器一旦LNG泄漏后引起火災(zāi)，就可以用火焰探測(cè)儀來檢測(cè)。該儀器經(jīng)標(biāo)定后可預(yù)測(cè)火焰的類型和大小，此探測(cè)器一般為紫外線型()或紅外線型。也有信號(hào)

9、遠(yuǎn)傳的功能。除此之外，還有熱檢測(cè)，煙霧檢測(cè)等等，以上各類檢測(cè)儀都有信號(hào)遠(yuǎn)傳的功能，所用檢測(cè)到的信號(hào)都集中到控制室的CCTV(閉路電視監(jiān)控)，頃工作人員作出判斷和分析。3 LNG泄露的緊急處理3.1 水幕(watercurtain)技術(shù)3.1.1 噴射水幕以阻止有蠹?xì)怏w和可燃性氣體泄露帶來的危害在工業(yè)上已得到了應(yīng)用。在LNG泄漏后，向形成的重氣云團(tuán)中噴射水幕，能夠大大降低LNG蒸氣的體積濃度，從而減少泄露的危害。因此，水幕技術(shù)被認(rèn)為是處理LNG泄露最經(jīng)濟(jì)、最有效和最具前景應(yīng)用的技術(shù)。水幕是水管中的高壓水通過各種噴頭散射出來，形成SMD(SauterMeanDiameter)為580微米左右的細(xì)小霧狀液體。一般使用圓錐形噴嘴和扁扇形噴嘴來形成水幕。Rana,Cormier,Suardin和Mannan在2008就做了下面的水幕實(shí)驗(yàn)。如圖2.ab圖2水幕圖(a,圓錐形噴嘴;b,扁扇形噴嘴)研究表明，水幕可以通過4種作用機(jī)制來控制和降低LNG重氣云的體積濃度：L小水滴通過機(jī)械作用向重氣云傳遞動(dòng)量，并在云團(tuán)周圍形成一層壁壘，阻礙云團(tuán)的繼續(xù)擴(kuò)散。ii. 水幕通過裹入空氣而稀釋了蒸發(fā)氣的濃度。iii. 通過重氣云團(tuán)、小水滴和空氣之間強(qiáng)化換熱，提高了蒸