LNG裝置安全設(shè)計(jì)探討2013.12南京

LNG裝置安全設(shè)計(jì)及規(guī)范探討

陜西省燃?xì)庠O(shè)計(jì)院

郭宗華

2013.12南京

水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設(shè)建造、檢驗(yàn)及作業(yè)安全

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目錄問題的提出2.LNG裝置危險(xiǎn)性分析3.LNG裝置安全設(shè)計(jì)的原則4.LNG裝置安全設(shè)計(jì)探討

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1.1安全的重要性及系統(tǒng)安全的思想1、問題的提出LNG工廠物料的低溫深冷特性、易燃易爆特性、低溫工況下工藝操作條件的苛刻性，決定了它的安全的重要性。

關(guān)于“安全”，美國(guó)安全工程師協(xié)會(huì)（ASSE）給出的定義是：安全意味著可以容忍的風(fēng)險(xiǎn)程度?！鞍踩笔窍鄬?duì)“風(fēng)險(xiǎn)”而言，世界上沒有絕對(duì)安全的事物，關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)就是關(guān)注安全，系統(tǒng)安全是指系統(tǒng)生命周期內(nèi)可以容忍的風(fēng)險(xiǎn)程度。

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1.2安全設(shè)計(jì)是系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)1、問題的提出一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)最小，或者說(shuō)系統(tǒng)達(dá)到最佳的安全狀態(tài)，在很大程度上取決于系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)，安全設(shè)計(jì)是系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)安全設(shè)計(jì)即是分析系統(tǒng)中人、物（物料和裝置）的不安全狀態(tài)、不安全行為、環(huán)境的不安全表現(xiàn)所帶來(lái)的危險(xiǎn)性以及消除這些危險(xiǎn)所采取的安全措施，將系統(tǒng)的安全置于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段。

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1.2安全設(shè)計(jì)是系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)1、問題的提出系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)基于系統(tǒng)生命周期中安全的兩個(gè)方面。（1）本質(zhì)化安全：

本質(zhì)化安全是系統(tǒng)安全的根本保證，從系統(tǒng)總成或組件的構(gòu)思開始就融入安全設(shè)計(jì)的思想，一是保證系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下本身是安全的，也就是系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)不依賴保護(hù)設(shè)備也能安全運(yùn)行；二是系統(tǒng)的故障安全，當(dāng)系統(tǒng)偏離正常的操作條件或控制系統(tǒng)失效時(shí)，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定或停止在安全的狀態(tài)下；（2）工程化安全：

工程化安全是對(duì)本質(zhì)化安全的補(bǔ)充，其主導(dǎo)思想是依靠工程安全設(shè)施作為后備保護(hù)，加強(qiáng)系統(tǒng)在生命周期內(nèi)的安全性。

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（1）.物料的危險(xiǎn)性①低溫過(guò)冷危險(xiǎn)特性

LNG的儲(chǔ)存溫度為－162℃，發(fā)生泄漏后的射流或冷蒸氣云，會(huì)使所接觸的一些材料變脆、易碎，或者產(chǎn)生冷收縮。特別是對(duì)LNG儲(chǔ)罐可能會(huì)引起外罐脆裂或變形，導(dǎo)致真空失效絕熱破壞，引發(fā)儲(chǔ)罐熱膨脹事故。過(guò)冷液體或氣體都會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生低溫灼燒、凍傷等危害。發(fā)生泄漏事故時(shí)，由于事故點(diǎn)溫度過(guò)低，搶險(xiǎn)人員不易靠近泄漏部位，增加施救難度，延誤施救時(shí)間。2.1物（物料和裝置）的不安全狀態(tài)2、LNG裝置危險(xiǎn)性分析水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設(shè)建造、檢驗(yàn)及作業(yè)安全

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（1）.物料的危險(xiǎn)性②LNG泄漏的特征

·溢出性泄漏時(shí)，由于LNG液體粘度小、流動(dòng)性強(qiáng)，泄漏的液體或者流淌火災(zāi)會(huì)四處流散、蔓延，流經(jīng)過(guò)的地面、防火堤、設(shè)備基礎(chǔ)等因冷凍而強(qiáng)度大大降低，甚至發(fā)生坍塌事故；·射流性泄漏時(shí)，由于液體帶壓而噴射距離較遠(yuǎn)，噴射火焰不易撲救；·快速相變形成冷蒸汽云團(tuán)，云團(tuán)被空氣加熱至溫度高于-107℃比空氣輕，迅速擴(kuò)散。

2.1物（物料和裝置）的不安全狀態(tài)2、LNG裝置危險(xiǎn)性分析水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設(shè)建造、檢驗(yàn)及作業(yè)安全

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（2）.裝置的危險(xiǎn)性

①熱膨脹和熱蒸發(fā)帶來(lái)的裝置超壓爆裂；②LNG儲(chǔ)罐的危險(xiǎn)性：超裝后隨著時(shí)間的推延可能超壓爆裂；③凈化不徹底致使換熱器堵塞或腐蝕；④管道振動(dòng)的危害性：壓縮機(jī)出口的振動(dòng)，節(jié)流膨脹引起的振動(dòng)，管道中水擊現(xiàn)象引起的振動(dòng)；⑤輸送物料時(shí)管道的靜電危害。2.1物（物料和裝置）的不安全狀態(tài)2、LNG裝置危險(xiǎn)性分析水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設(shè)建造、檢驗(yàn)及作業(yè)安全

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（1）.運(yùn)行時(shí)的誤操作

①LNG儲(chǔ)罐液位超限：進(jìn)液時(shí)由于液位儀表的失靈或人為誤讀，使儲(chǔ)罐超裝。②操作程序有誤：操作程序有誤時(shí)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行甚至發(fā)生事故。

（2）.事故狀態(tài)的誤操作①處理泄漏事故時(shí)未切斷儲(chǔ)罐根部閥，導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大。②發(fā)生泄漏時(shí)未切斷電源、火源，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故發(fā)生。2.2人的不安全行為2、LNG裝置危險(xiǎn)性分析

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(1)

雷電雷電災(zāi)害引起以下三方面的效應(yīng)：·熱效應(yīng)：強(qiáng)大的雷電流在瞬間轉(zhuǎn)換成熱能，造成金屬熔化飛濺。雷電的放電火花或瞬時(shí)高溫引燃泄漏的天然氣。·機(jī)械效應(yīng)：熱效應(yīng)也可導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)的液體劇烈蒸發(fā)，蒸發(fā)氣體膨脹的機(jī)械作用可使容器爆裂。·電磁效應(yīng)：雷電感應(yīng)的過(guò)電壓可毀壞用電設(shè)備；脈沖電磁輻射會(huì)毀掉微電子技術(shù)的設(shè)備如信息系統(tǒng)等，值得注意的是脈沖電磁輻射作用在三維空間，不是單一的采用設(shè)備接地方法能解決的。(2)地震地震力可對(duì)LNG造成如下破壞：·儲(chǔ)罐基礎(chǔ)坍塌，儲(chǔ)罐傾斜或罐體撕裂引發(fā)大量泄漏·管口斷裂引發(fā)泄漏事故2.3環(huán)境的不安全表現(xiàn)2、LNG裝置危險(xiǎn)性分析

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（1）即自我約束，自我控制安全。如工藝過(guò)程中設(shè)計(jì)的自動(dòng)糾錯(cuò)系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、安全泄放系統(tǒng)等，以不發(fā)生熱膨脹、不發(fā)生泄漏事故及不產(chǎn)生火源為目標(biāo)。

（2）完善的后備安全設(shè)計(jì)及消防措施，對(duì)可能發(fā)生的事故（包括人為事故和環(huán)境事故）設(shè)置安全措施，事故發(fā)生時(shí)采取何時(shí)得當(dāng)?shù)膿岆U(xiǎn)安全措施及消防技術(shù)。

3.1本質(zhì)化安全和工程化安全的原則3、LNG裝置安全設(shè)計(jì)的原則

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（1）注重操作者行為，“靜”、“動(dòng)”相結(jié)合的原則靜態(tài)的裝置設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)的操作者行為相結(jié)合，設(shè)置聯(lián)鎖，防止誤操作。（2）注重工作程序的原則

設(shè)置完善的工作程序，使工藝流程有條不紊的進(jìn)行，當(dāng)操作者的不當(dāng)操作與程序相背時(shí)或者物料參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，能報(bào)警提示或鎖定程序，使系統(tǒng)停止在安全狀態(tài)。

3.2關(guān)注操作者行為和工作程序的原則3、LNG裝置安全設(shè)計(jì)的原則

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（1）所謂“一指化”就是在設(shè)定功能目標(biāo)后，一“鍵”按下去就能使得流程按順序正確運(yùn)行。（2）所謂“簡(jiǎn)單化”就是流程的設(shè)計(jì)勿復(fù)雜化，簡(jiǎn)單意味著組成系統(tǒng)的設(shè)備少、單元少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、容易操作、容易判斷故障處理事故。3.3一指化、簡(jiǎn)單化設(shè)計(jì)原則3、LNG裝置安全設(shè)計(jì)的原則

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以LNG儲(chǔ)罐和攔蓄區(qū)為安全設(shè)計(jì)的重心，以防止災(zāi)難性泄漏和事故為第一目標(biāo)，下列設(shè)計(jì)措施應(yīng)予以重視：（1）容器根部設(shè)計(jì)切斷閥；（2）儲(chǔ)罐區(qū)、裝卸區(qū)設(shè)計(jì)、集液池及攔蓄區(qū)；（3）儲(chǔ)罐基礎(chǔ)及防火堤設(shè)計(jì)：因目前國(guó)內(nèi)尚未開發(fā)出耐低溫建筑材料，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)及防火堤的設(shè)計(jì)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮短時(shí)間內(nèi)承受低溫；儲(chǔ)罐底部設(shè)計(jì)測(cè)溫元體，混凝土基礎(chǔ)設(shè)置自然通風(fēng)；管口法蘭、閥門、焊縫盡量離開基礎(chǔ)，防止這些易泄漏部位泄漏后凍壞基礎(chǔ)；防火堤的培土設(shè)計(jì)：防火堤可采用混凝土中間加培土。3.4關(guān)注重點(diǎn)部位的原則3、LNG裝置安全設(shè)計(jì)的原則

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（1）LNG站場(chǎng)（廠）的場(chǎng)地的標(biāo)高一定要低于周邊地區(qū)，防止泄漏后的大量LNG流入到周邊區(qū)域，如水域、道路、周邊企業(yè)等，引發(fā)更大的事故；

（2）盡量地利用自然地形，圈定泄漏的LNG；

（3）階梯式布置時(shí)，LNG儲(chǔ)罐區(qū)儲(chǔ)罐區(qū)布置在高處時(shí)，儲(chǔ)罐區(qū)防火堤外局部區(qū)域標(biāo)高要低于周邊，形成局部低洼，并有防止LNG從高處向低處流淌的措施。（4）切斷站場(chǎng)（廠）與外部管道、管溝聯(lián)系，為了防止泄漏的LNG竄入市政或外部管道，LNG站場(chǎng)（廠）的排水系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)一段明渠或者敞口水池再排到外部，LNG儲(chǔ)罐攔蓄區(qū)和集液池必須設(shè)置檢漏報(bào)警裝置。4.1場(chǎng)地安全是裝置安全的最后一道屏障4、LNG裝置安全設(shè)計(jì)探討

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4.2遠(yuǎn)程（人工）切斷系統(tǒng)是自動(dòng)切斷的后備保護(hù)4、LNG裝置安全設(shè)計(jì)探討（1）不能完全依賴DCS系統(tǒng)和ESD系統(tǒng)，自控系統(tǒng)在事故狀態(tài)下可能失靈，人工切斷是自動(dòng)切斷系統(tǒng)的后備保護(hù)。切斷點(diǎn)應(yīng)是：·停止相關(guān)旋轉(zhuǎn)設(shè)備

·儲(chǔ)罐根部閥；

·裝（卸）處的槽車管路；

·原料氣的進(jìn)口。（2）泄漏發(fā)生后的狀況，如液體的射流噴濺、過(guò)低的環(huán)境溫度、冷蒸氣云團(tuán)的擴(kuò)散或者火災(zāi)發(fā)生，使得操作人員不能接近事故點(diǎn)，所以人工切斷按扭一定要遠(yuǎn)離泄漏的地方，遠(yuǎn)程操作。

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4.3水在LNG事故中的作用及水幕系統(tǒng)的設(shè)置4、LNG裝置安全設(shè)計(jì)探討（1）.水在LNG事故中的作用水不能撲滅LNG火災(zāi)，也有可能加速LNG氣化，不發(fā)生火災(zāi)時(shí)盡量不用水，水的作用是：泄漏但未發(fā)生火災(zāi)時(shí)：①霧狀水槍的驅(qū)趕作用，將LNG蒸氣向相對(duì)安全的方向驅(qū)趕；②搶險(xiǎn)需關(guān)閉閥門時(shí)提升溫度，使搶險(xiǎn)人員容易接近事故點(diǎn)③水可以中和導(dǎo)走靜電；④微量泄漏時(shí)加速氣化，以利擴(kuò)散；⑤提升溫度防止凍壞常溫設(shè)備。發(fā)生火災(zāi)時(shí)：①給著火罐或相鄰罐噴淋降溫降溫，冷卻儲(chǔ)罐，防止儲(chǔ)罐熱膨脹；②噴淋的水簾隔絕火焰直接烘烤，降低火焰熱輻射強(qiáng)度；③與熊熊燃燒的大火相比水加速氣化的作用不大。

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4.3水在LNG事故中的作用及水幕系統(tǒng)的設(shè)置4、LNG裝置安全設(shè)計(jì)探討（2）.水幕系統(tǒng)的設(shè)置除儲(chǔ)罐本體設(shè)備固定噴淋系統(tǒng)外EN1473《液化天然氣設(shè)備：陸上裝置設(shè)計(jì)》要求設(shè)置水幕系統(tǒng)，即在儲(chǔ)罐區(qū)周圍、裝置區(qū)周圍一定距離設(shè)置架空的水幕系統(tǒng)，其作用一是在對(duì)LNG蒸氣圍堵，防止蒸氣擴(kuò)散，事故擴(kuò)大化。二是水幕系統(tǒng)對(duì)LNG火災(zāi)與周邊設(shè)施起到隔離作用，降低LNG火災(zāi)的熱輻射強(qiáng)度，保護(hù)周邊居民的人身安全。

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4.4冷劑壓縮機(jī)廠房的安全設(shè)計(jì)4、LNG裝置安全設(shè)計(jì)探討（1）混合冷劑泄漏后，比重小的組分上浮比重大的組分可能下沉，然后隨著空氣加熱再上浮到廠房頂部，故應(yīng)設(shè)置低式和高式并舉的可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警裝置。（2）自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)結(jié)合的原則，要以自然通風(fēng)為重，下進(jìn)冷風(fēng)，上出熱風(fēng)。

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4.5大型儲(chǔ)罐選擇原則4、LNG裝置安全設(shè)計(jì)探討（1）大型儲(chǔ)罐的管口盡量從