LNG液化天然氣泄漏事故的危害與處置

1、LNG液化天然氣泄漏事故的危害與處置2016年10月21日一LNG的泄露與危害特點二LNG泄露的預(yù)防措施三LNG泄露事故控制措施四結(jié) 語1、LNG泄露擴散規(guī)律 一般商業(yè)LNG的甲烷含量在92%98%,屬于中輕質(zhì)氣體。當(dāng)LNG發(fā)生少量泄漏時會迅速氣化并在大氣中較快揮發(fā)、稀釋,一般不會造成嚴(yán)重后果。但當(dāng)LNG發(fā)生事故性泄漏后,會在地面形成流淌液池,此時需要考慮其低溫特性和液體特征。 LNG傾倒在地面上起初迅速蒸發(fā),然后當(dāng)從地面和周圍大氣中吸收的熱量與LNG蒸發(fā)所需的熱量平衡時便衰減至某一固定的蒸發(fā)速度。該蒸發(fā)速度的大小取決于從周圍環(huán)境吸收熱量的多少。泄漏的LNG開始蒸發(fā)時,所產(chǎn)生的氣體溫度接近液體

2、溫度,其密度大于環(huán)境空氣。蒸發(fā)氣在未大量吸收環(huán)境中的熱量之前,沿地面形成一個流動層。當(dāng)從地面或環(huán)境空氣中吸收熱量后溫度升高,氣體也開始上升和擴散。形成的蒸發(fā)氣-空氣混合物在溫度繼續(xù)上升過程中逐漸形成密度小于空氣的云團。2、LNG泄露的危害性(1)燃燒爆炸 液化天然氣發(fā)生泄漏后就會立即蒸發(fā),最初液化天然氣比空氣重,在地面形成一個流動層,隨著時間的推移,逐漸地吸收熱量,當(dāng)溫度上升到-110時,蒸氣與空氣的混合物在溫度上升過程中形成一個比空氣輕的云團。同時由于LNG 溫度很低,其周圍大氣中的水蒸氣被冷凝成霧團,然后LNG再進一步跟空氣混合。這個混合氣的蒸氣云一旦遇到火源就很容易起火爆炸,并且迅速向蒸

3、發(fā)的液池回火燃燒,其爆炸極限為5%15%。LNG從液態(tài)變化到氣態(tài)其體積要膨脹大約600倍,并且LNG燃燒時會立即產(chǎn)生大量的熱輻射,儲罐及其周圍其它設(shè)施都容易遭到熱輻射的嚴(yán)重破壞。 若LNG液化天然氣泄漏引發(fā)蒸氣云爆炸,其后果可采用TNT當(dāng)量法和超壓準(zhǔn)則來預(yù)測: WTNT=1.8WLNGHLNG/HTNT (1)式中,WTNT為爆炸破壞的TNT當(dāng)量值（kg）;為蒸氣云當(dāng)量系數(shù),取0.04;WLNG為蒸氣云中的天然氣質(zhì)量（kg）;HLNG為LNG燃燒熱,取5.5104kJ/kg;HTNT為TNT爆炸熱,取4.5103kJ/kg。對于靠近地面的爆炸,由于地面反射作用使爆炸威力增加,需乘以系數(shù)1.8。

4、工程實例計算 傷害半徑：死亡半徑66.8m，重傷半徑110.9m，輕傷半徑216.4m，財產(chǎn)損失半徑253.4m。 凍傷的程度由接觸時間的長短以及皮膚與冷源之間的熱傳導(dǎo)率決定。另外如果皮膚表面潮濕,與其接觸后就會粘在低溫物體的表面,處理不當(dāng)將導(dǎo)致這部分皮膚撕裂。同時,低溫LNG對裝置設(shè)備也具有破壞性的影響,可能導(dǎo)致事故的進一步擴大。例如,一般的結(jié)構(gòu)連接件、焊接點和鋼結(jié)構(gòu)等。(2)低溫傷害 由于LNG是-162的深冷液體，一旦發(fā)生泄漏，泄漏出來的超低溫LNG液體和過冷蒸氣會對附近區(qū)域的人員安全產(chǎn)生威脅,接觸到皮膚造成低溫灼傷。LNG泄露的危害性LNG泄露的危害性(3)窒息作用 天然氣在空氣中的體

5、積分?jǐn)?shù)大于40%時,吸入過量會導(dǎo)致缺氧窒息。如果吸入的是冷氣體,會使呼吸不暢,長時間會導(dǎo)致嚴(yán)重疾病。雖然LNG蒸汽是無毒的,如果吸進純的LNG蒸汽會迅速失去知覺,幾分鐘后便死亡。當(dāng)空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)低于10%,天然氣的體積分?jǐn)?shù)高于50%,對人體會產(chǎn)生永久性傷害,在此情況下,消防員進入必須佩戴空氣呼吸器。LNG泄露的危害性LNG泄露的危害性（4）快速相變 若LNG泄漏到水中會發(fā)生快速相變(RPT)的現(xiàn)象,俗稱冷爆炸。在某些情況下,當(dāng)兩種溫差很大的液體直接接觸時,過熱液體將通過復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機制在短時間內(nèi)激烈的沸騰和蒸發(fā),并伴隨大的響聲、噴出水霧，以爆炸的速度產(chǎn)生蒸氣。盡管不發(fā)生燃燒,但是這種現(xiàn)

6、象具有爆炸的所有其他特征。在處置該類事故時,此特點應(yīng)引起高度重視,防止二次事故的發(fā)生。LNG泄露的危害性（5）其他傷害 甲烷是大氣中一種有破壞作用的溫室效應(yīng)氣體，對大氣層的臭氧起著重要作用，據(jù)研究它使全球變暖的可能性是CO2的22倍，所以從環(huán)保的角度出發(fā)，也要注意控制甲烷的泄漏。 LNG泄漏也有可能引起觸電及機械傷害事故。1、LNG工藝的安全設(shè)計 要對LNG泄漏進行有效的防止，首先應(yīng)從設(shè)計階段的工藝措施開始。其中比較重要的包括儲罐、管線及消防系統(tǒng)的設(shè)計。（1）儲罐的設(shè)計 用于制造LNG儲罐的材料最關(guān)鍵是能滿足LNG低溫性能的要求。對于雙層結(jié)構(gòu)的儲罐內(nèi)罐不僅要承受LNG的低溫,又要承受介質(zhì)的工作

7、壓力,因此必須采用機械性能好又耐低溫的材料,常選用0Cr18Ni9（不銹鋼金屬）。外罐則可選用16MnR（普通低合金剛）。儲罐的設(shè)計 LNG儲罐內(nèi)的壓力必須控制在允許的范圍內(nèi),壓力過高或者出現(xiàn)負壓對儲罐都是潛在的危險。因此儲罐內(nèi)必須安裝壓力控制系統(tǒng),同時還應(yīng)配備有壓力安全閥和真空安全閥。壓力安全閥防止儲罐出現(xiàn)超壓,真空安全閥能感受當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?以判斷罐內(nèi)是否出現(xiàn)真空,產(chǎn)生負壓。此外在儲罐的液相管上應(yīng)該設(shè)有緊急切斷閥,每個儲罐兩個,以便在裝置發(fā)生意外時切斷儲罐與外界的通道,防止儲罐內(nèi)的LNG泄漏。儲罐內(nèi)罐設(shè)安全放空閥,連通火炬;外罐設(shè)泄壓設(shè)施,放空氣體引至高點排放。（2）管件及閥門LNG管件材料

8、的選擇同樣要滿足LNG的低溫選擇,而且還要考慮材料的阻燃性能。同時由于LNG管道及管件內(nèi)外表面接觸的物質(zhì)溫度差較大,設(shè)計管道及其支撐結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮到大溫差和溫度變化對材料性能的不良影響。因此,需要對管道包裹防水,隔熱,阻燃的隔熱層,對支撐結(jié)構(gòu)采取措施,防止因傳熱造成的管道結(jié)冰或支撐鋼材脆化。管件及閥門設(shè)備和管道最容易發(fā)生泄漏的地方是法蘭連接處,因此在設(shè)計中盡量采用焊接管道和閥門。除管材不同,設(shè)備連接或維修部位等必要處以外,盡可能少使用螺紋連接和法蘭連接,工藝系統(tǒng)閥門應(yīng)該同時滿足輸送LNG的壓力、流量和低溫的要求。此外,還要注意焊縫質(zhì)量,應(yīng)考慮焊接程序和焊條的選擇。（3）消防系統(tǒng)LNG站的消防系統(tǒng)

9、一般包括消防水系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)和移動式滅火器材幾個部分。 消防水系統(tǒng)由消防泵房、消防水池、消防管道及消火栓、消防水泡等組成。值得強調(diào)的是消防水是用來冷卻設(shè)備而不是用來控制和撲滅火焰的。因為相對于LNG而言,水是高溫物體,如果水與泄漏的LNG接觸會提高其蒸發(fā)速率,從而加快燃燒速度,使危險性更大。水主要起著降溫作用,吸收和控制火災(zāi)產(chǎn)生的熱量,減輕熱輻射對設(shè)備的影響,降低設(shè)備的閃燃危險。消防系統(tǒng)LNG裝置的滅火系統(tǒng)一般采用干粉滅火和泡沫滅火兩種。干粉滅火系統(tǒng)干粉滅火劑是撲滅高壓力、大流量天然氣火災(zāi)的最有效措施,對泄漏量較少的火災(zāi),可以用干粉、二氧化碳、鹵代烷滅火劑撲滅,滅火后應(yīng)立即切

10、斷氣體來源,阻止氣體溢出,否則可能復(fù)燃。泡沫滅火系統(tǒng)采用高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng),噴出大量泡沫覆蓋在泄漏的上面,減少來自空氣的熱量,有效降低蒸氣產(chǎn)生的速率,減小可燃氣體覆蓋的范圍。2、安裝監(jiān)測裝置 在可能產(chǎn)生天然氣泄漏的區(qū)域以及儲罐、氣化器等關(guān)鍵設(shè)備的適當(dāng)部位均應(yīng)安裝監(jiān)測報警裝置;一旦有氣體泄漏或發(fā)生火災(zāi),才能及早發(fā)現(xiàn)并采取措施。 LNG站安裝的監(jiān)測裝置根據(jù)所監(jiān)測的對象不同一般可分為氣體監(jiān)測裝置,火焰監(jiān)測裝置和低溫監(jiān)測裝置三種。 氣體監(jiān)測裝置主要是監(jiān)測大氣中甲烷的濃度,最常用的監(jiān)測器基于發(fā)熱電阻絲與不同氣體含量的大氣接觸是其阻值將發(fā)生變化的原理。安裝監(jiān)測裝置 溫監(jiān)測裝置實質(zhì)是一種溫度傳感器,利用LN

11、G的低溫性,一旦空氣中有泄漏出的LNG時,敏感元件將會被降溫。 報警裝置內(nèi)所有的探測信號均送入DCS系統(tǒng)。DCS為自動監(jiān)視控制系統(tǒng),有異常發(fā)生時及時報警并通過ESD(緊急停車)快速切斷使各部設(shè)備處于安全狀態(tài)。 火焰監(jiān)測器有紅外輻射和紫外線輻射監(jiān)測器兩種。紅外輻射監(jiān)測器裝備有一個光電元件,利用紅外線輻射改變其阻值的原理而起到監(jiān)測作用。紫外線輻射監(jiān)測器裝備有一個石英管并供給交流電,通過光子的作用激發(fā)。3、加強日常安全檢查與考核 LNG固有的危險性要求我們不僅要有合理的設(shè)計工藝和流程,同時也需要加強對設(shè)備日常的安全性檢查和考核。日常安全檢查內(nèi)容主要有以下方面。 LNG儲罐要檢查外觀是否清潔,是否存在

12、腐蝕現(xiàn)象和結(jié)霜、冒汗等情況,安全附件是否完好等。 氣化器應(yīng)檢查外觀是否清潔,氣化是否均勻,焊口是否有開裂泄漏現(xiàn)象,各組切換自動是否正常,安全附件是否正常完好等。 工藝管線應(yīng)檢查裝卸車管線及儲罐出液管線保溫層是否完好,裝卸車及出液氣化過程中工藝管線伸縮情況是否正常,是否有焊口泄漏現(xiàn)象,工藝管線上的閥門特別是低溫閥門是否有泄漏現(xiàn)象,法蘭連接處是否存在泄漏現(xiàn)象,安全附件是否完好等。加強日常安全檢查與考核1、圍堰堵截，防止流淌 為了降低LNG發(fā)生泄漏時產(chǎn)生的危害,在處置該類事故時應(yīng)在儲罐周圍設(shè)置圍堰或臨時構(gòu)建攔蓄區(qū)。其作用在于限制泄漏形成的液池發(fā)生流淌和進一步擴散?？衫脙拗車延械姆阑鸬?、防護墻或

13、者排液系統(tǒng),一般采用夯實土、混凝土、金屬等耐低溫材料搭建?？紤]到由于冬季積雪或其他原因可能導(dǎo)致圍堰區(qū)蓄液能力下降等因素,其容積一般應(yīng)大于儲罐的總?cè)莘e。對于有可能產(chǎn)生泄漏的閥門,接頭處應(yīng)該設(shè)置擋板,防止LNG的噴射,下方則設(shè)置集液盤,收集泄漏的LNG并通過排液管引入集液池。然后用高倍數(shù)泡沫覆蓋,使其安全氣化。2、泡沫覆蓋，降低蒸發(fā) 當(dāng)LNG發(fā)生泄漏時,泄漏的低溫液體與周圍物體接觸,將會產(chǎn)生強烈的氣化,如果蒸氣濃度過高就有可能引起火災(zāi)或爆炸。為了減小這種危險性,我們應(yīng)該設(shè)法降低其蒸發(fā)率,同時加快蒸氣的擴散速度。 使用含水量較低的高倍數(shù)泡沫覆蓋隔絕泄漏的LNG是降低其氣化的有效手段。同時能夠?qū)π纬傻?/p>

14、沉積云團起到一定抬升作用,降低地面可燃氣體濃度,從而降低了起火爆炸的可能性。 同時可以在LNG的自由表面放置一些密度低、熱容量小的材料,使其浮在液體表面,以減少液體表面直接與空氣接觸的面積。如果這些材料做成網(wǎng)絡(luò)形狀,還可以降低液體表面空氣的流速。泡沫玻璃熱導(dǎo)率低,不燃燒,在這種場合使用還具有很好的防火作用。泡沫覆蓋，降低蒸發(fā)3、火災(zāi)控制與撲救 預(yù)防LNG泄漏后發(fā)生火災(zāi)首先應(yīng)該嚴(yán)格控制火源,天然氣在空氣中的最小點火能為0.285mJ（明火、靜電火花、煙頭、電火花等都高于0.285mJ）。在高危區(qū)域任何火焰,高溫?zé)狳c以及可能產(chǎn)生火花的設(shè)備都應(yīng)該禁止。 LNG泄漏后應(yīng)立即切斷氣源,控制泄漏。如不能有效控制堵住泄漏,可允許泄漏氣體穩(wěn)定燃燒,防止大量氣體擴散造成二次危害?；馂?zāi)控制與撲救 當(dāng)需要對著火罐進行滅火時可采用干粉滅火系統(tǒng),它是撲救高壓力、大流量天然氣火災(zāi)的最有效措施,對泄漏量較小的火災(zāi),可用二氧化碳、鹵代烷進行撲救,滅火后應(yīng)立即切斷氣源,阻止氣體溢出,防止復(fù)燃的發(fā)生。 此外還要對著火罐及鄰近罐和設(shè)備進行冷卻保護,固定式冷卻設(shè)備失效時應(yīng)迅速采用消防水炮等移動式設(shè)備進行冷卻,避免儲罐受熱發(fā)生超壓爆炸造成更大災(zāi)害。其次要控制泄漏出的LNG流淌,可筑堤堵截或挖導(dǎo)向溝,將