液化天然氣氣化站的安全設(shè)計(jì)

液化天然氣氣化站的安全設(shè)計(jì)1概述液化自然氣氣化站（以下稱LNG氣化站），作為中小城市或大型工商業(yè)用戶的燃?xì)夤┙o氣源站，或者作為城鎮(zhèn)燃?xì)獾恼{(diào)峰氣源站，近年來在國內(nèi)得到了快速進(jìn)展。LNG氣化站是一種小型LNG接收、儲存、氣化場所，LNG來自自然氣液化工廠或LNG終端接收基地，一般通過專用汽車槽車運(yùn)來。本文僅就LNG氣化站內(nèi)儲罐、氣化器、管道系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等裝置的安全設(shè)計(jì)進(jìn)展探討。2LNG儲罐2.1LNG儲罐的工藝設(shè)計(jì)LNG儲罐是LNG氣化站內(nèi)最主要的設(shè)備。自然氣的主要成分甲烷常溫下是永久性氣體，即在常溫下不能用壓縮的方法使其液化，只有在低溫條件下才能變?yōu)橐后w。LNG儲罐的工作壓力一般為0.3?0.6MPa,工作溫度約-1401，設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa,設(shè)計(jì)溫度為-196￡[1]。LNG氣化站內(nèi)150m3及以下容積的儲罐通常采納雙層真空絕熱構(gòu)造，由內(nèi)罐和外罐構(gòu)成，內(nèi)罐材質(zhì)為0Cr18Ni9不銹鋼，外罐材質(zhì)為16MnR壓力容器用鋼。內(nèi)罐和外罐之間是由絕熱材料填充而成的絕熱層。當(dāng)外罐外部著火時絕熱材料不得因熔融、塌陷等緣由而使絕熱層的絕熱性能明顯變差。目前生產(chǎn)廠家所用的絕熱材料一般為珠光砂，填充后抽真空絕熱。為防止周期性的冷卻和復(fù)熱而造成絕熱材料沉積和壓實(shí)，以致絕熱性能下降或危及內(nèi)罐，宜在內(nèi)罐外面包一層彈性絕熱材料（如玻璃棉等），以補(bǔ)償內(nèi)罐的溫度形變，使內(nèi)外罐之間的支撐系統(tǒng)的應(yīng)力集中最小化。支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)使傳遞到內(nèi)罐和外罐的應(yīng)力在允許極限內(nèi)。儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率反映了儲罐在使用時的絕熱性能，其定義為低溫絕熱壓力容器在裝有大于50%有效容積的低溫液體時，靜止到達(dá)熱平衡后，24h內(nèi)自然蒸發(fā)損失的低溫液體質(zhì)量與容器的有效容積下低溫液體質(zhì)量的比值。一般要求儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率W0.3%[1、2]。除絕熱構(gòu)造外，儲罐必需設(shè)計(jì)成可以從頂部和底部灌裝的構(gòu)造，以防止儲罐內(nèi)液體分層。2.2LNG儲罐的布局依據(jù)GB50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，儲罐之間的凈距不應(yīng)小于相鄰儲罐直徑之和的1/4，且不應(yīng)小于1.5m。儲罐組內(nèi)的儲罐不應(yīng)超過兩排，儲罐組的四周必需設(shè)置周邊封閉的不燃燒實(shí)體防護(hù)墻，儲罐根底及防護(hù)墻必需保證在接觸液化自然氣時不被破壞。LNG罐區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)通過攔蓄設(shè)施（堤）、地形或其他方式把發(fā)生事故時溢出的LNG引到安全的地方，防止LNG流入下水道、排水溝、水渠或其他任何有蓋板的溝渠中。儲罐防護(hù)墻內(nèi)的有效容積V應(yīng)符合以下規(guī)定:①對因低溫或因防護(hù)墻內(nèi)一儲罐泄漏、著火而可能引起的防護(hù)墻內(nèi)其他儲罐泄漏，當(dāng)儲罐實(shí)行了防止措施時，V不小于防護(hù)墻內(nèi)最大儲罐的容積。②當(dāng)儲罐未實(shí)行防止措施時,V不小于防護(hù)墻內(nèi)全部儲罐的總?cè)莘e。2.3儲罐抗震、防雷、防靜電設(shè)計(jì)GB50223—2004《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，20X104人以上城鎮(zhèn)和抗震設(shè)防烈度為8、9度的縣及縣級市的主要燃?xì)鈴S的儲氣罐，抗震設(shè)防類別劃為乙類。美國NFPA59A《液化自然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)》(2001年版)規(guī)定，LNG氣化站內(nèi)設(shè)施及構(gòu)筑物的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮操作基準(zhǔn)地震(OBE)和安全停運(yùn)地震(SSE)兩種級別地震的影響。操作基準(zhǔn)地震(OBE)是指設(shè)施在其設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)可承受的可能發(fā)生的地震，即在該級別地震發(fā)生時，設(shè)備將保持運(yùn)行。安全停運(yùn)地震(SSE)是指氣化站所在地罕見的劇烈地震，設(shè)施設(shè)計(jì)應(yīng)能保存LNG并防止關(guān)鍵設(shè)備消失災(zāi)難性故障，不要求設(shè)施在發(fā)生SSE后保持運(yùn)行。LNG罐區(qū)防護(hù)墻及其他攔蓄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至少在空載時能承受SSE級別的荷載，要求在發(fā)生SSE之后，LNG儲罐可能會消失故障，但防護(hù)墻和其他攔蓄系統(tǒng)必需保持完好。但凡失效之后可能會影響到LNG儲罐完整性的系統(tǒng)和構(gòu)件，以及隔離儲罐并保證它處在安全停運(yùn)狀態(tài)所需要的系統(tǒng)組件，必需能承受SSE而不發(fā)生危急O(jiān)LNG儲罐應(yīng)根據(jù)0BE進(jìn)展設(shè)計(jì)，并根據(jù)SSE進(jìn)展應(yīng)力極限校核。在工廠內(nèi)制造的儲罐，其設(shè)計(jì)安裝應(yīng)符合ASME《鍋爐和壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》(2007年版)的要求，儲罐和支座的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮地震力和操作荷載的組合作用，使用儲罐或支座設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的許用應(yīng)力增量。LNG氣化站的儲罐區(qū)設(shè)置地下避雷接地網(wǎng)，LNG儲罐的支柱與避雷接地網(wǎng)連接，LNG儲罐上無須設(shè)置防雷愛護(hù)裝置。站區(qū)的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB50057—94《建筑物防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（2000年版）中“其次類防雷建筑物”的有關(guān)規(guī)定。防靜電設(shè)計(jì)應(yīng)符合HG/T20675—1990《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求。3氣化器和管道系統(tǒng)LNG氣化站使用的氣化器一般分為環(huán)境氣化器（空溫式氣化器）和加熱氣化器（水浴式氣化器、電加熱氣化器）。各氣化器的出口閥及出口閥上游的管件和閥門，設(shè)計(jì)溫度應(yīng)按-1681計(jì)算。氣化器的出口須設(shè)置測溫裝置，并設(shè)自動掌握閥門，當(dāng)氣化后進(jìn)入燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的氣體溫度高于或低于輸配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度時，自動掌握閥門應(yīng)能自動切斷自然氣的輸出。氣化器或其出口管道上必需設(shè)置安全閥，安全閥的泄放力量應(yīng)滿意以下要求：①環(huán)境氣化器的安全閥泄放力量必需滿意在1.1倍的設(shè)計(jì)壓力下,泄放量不小于氣化器設(shè)計(jì)額定流量的1.5倍。②加熱氣化器的安全閥泄放力量必需滿意在1.1倍的設(shè)計(jì)壓力下，泄放量不小于氣化器設(shè)計(jì)額定流量的1.1倍。LNG氣化站內(nèi)使用溫度低于-201的管道應(yīng)采納奧氏體不銹鋼無縫鋼管，工藝管道上的閥門應(yīng)能適用于液化自然氣介質(zhì)，液相管道采納加長閥桿的長柄閥門，連接宜采納焊接。工藝管道采納自然補(bǔ)償?shù)姆绞?，不宜采納補(bǔ)償器進(jìn)展補(bǔ)償。LNG管道上的兩個相鄰的截?cái)嚅y之間，必需設(shè)置安全閥，防止形成完全封閉的管段。液化自然氣儲罐必需設(shè)置安全閥，選用奧氏體不銹鋼彈簧封閉全啟式安全閥；單罐容積為100m3及以上的儲罐應(yīng)設(shè)置2個或2個以上安全閥。管道和儲罐的安全閥都應(yīng)設(shè)置放散管并集中放散。液化自然氣集中放散設(shè)施的匯合總管應(yīng)安裝加熱器，低溫自然氣經(jīng)過加熱器加熱后變成比空氣輕的氣體前方可放散。4安全檢測、掌握裝置LNG氣化站儲罐區(qū)、氣化區(qū)以及有可能發(fā)生液化自然氣泄漏的區(qū)域，一般應(yīng)安裝低溫檢測報(bào)警裝置，爆炸危急場所應(yīng)設(shè)置燃?xì)鉂舛葯z測報(bào)警裝置。LNG儲罐都應(yīng)設(shè)置檢測液位的報(bào)警裝置，可以設(shè)置儲罐低液位報(bào)警、超低液位報(bào)警、高液位報(bào)警、超高液位報(bào)警，以提示工作人員準(zhǔn)時處理。氣化站內(nèi)還應(yīng)設(shè)置事故緊急迫斷裝置，當(dāng)事故發(fā)生時，應(yīng)切斷或關(guān)閉液化自然氣來源，還應(yīng)關(guān)閉正在運(yùn)行、可能使事故擴(kuò)大的設(shè)備。切斷系統(tǒng)應(yīng)具有手動、自動或手動自動同時啟動的性能，手動啟動器應(yīng)設(shè)置在事故時工作人員便利到達(dá)的地方，并與所愛護(hù)設(shè)備的間距不小于15m。5消防系統(tǒng)LNG氣化站的消防系統(tǒng)主要包括消防供水和髙倍數(shù)泡沫系統(tǒng)。LNG儲罐消防用水量應(yīng)根據(jù)儲罐固定噴淋裝置和水槍用水量之和計(jì)算?？?cè)莘e超過50m3或單罐容積超過20m3的液化自然氣儲罐或儲罐區(qū)應(yīng)設(shè)置固定噴淋裝置。LNG立式儲罐固定噴淋裝置應(yīng)在罐體上部和罐頂勻稱分布。生產(chǎn)區(qū)防護(hù)墻內(nèi)的排水系統(tǒng)應(yīng)實(shí)行防止液化自然氣流入下水道或其他頂蓋密封的溝渠中的措施。需要說明的是，水既不能掌握也不能熄滅LNG液池火災(zāi)，水在LNG中只會加速LNG的氣化，進(jìn)而加快其燃燒速度,對火災(zāi)的掌握只會產(chǎn)生相反的結(jié)果。因此，LNG氣化站的消防用水大量用于冷卻、愛護(hù)受到火災(zāi)輻射的儲罐和設(shè)備，以削減火災(zāi)升級和降低設(shè)備的危急。這一點(diǎn)在制定和實(shí)施LNG氣化站事故應(yīng)急救援預(yù)案時必需留意。液化自然氣火災(zāi)多是由于儲罐、管道或其他連接處裂開、損壞，使液化自然氣噴出或外溢而引起的，一般歸結(jié)為以下兩種因素：①液化自然氣在破口處噴出時產(chǎn)生靜電釀成火災(zāi)，形成噴火現(xiàn)象；②液化自然氣泄漏后會快速氣化變成蒸氣，與空氣混合形成爆炸性氣體，在受熱后溫度上升或接觸其他明火時發(fā)生爆炸。高倍數(shù)泡沫掩蓋了泄漏燃燒的液化自然氣，一方面其封閉效應(yīng)使得大量的高倍數(shù)泡沫以密集狀態(tài)封閉了火災(zāi)區(qū)域，防止新奇空氣流入，使火焰熄滅。另一方面其蒸汽效應(yīng)（指火焰的輻射熱使其四周的高倍數(shù)泡沫中的水蒸發(fā)，變成水蒸氣，汲取大量的熱量）阻擋了火焰對泄漏液化自然氣的熱傳遞，從而降低了液化自然氣的氣化速度，到達(dá)有效掌握火災(zāi)的目的。倍數(shù)過低的泡沫含水量大，當(dāng)其析液接觸泄漏的液化自然氣時，往往會加快液化自然氣的氣化速度；倍數(shù)過高的泡沫反抗燃燒力量差，泡沫裂開速度快，不能起到有效的封閉作用。GB50196—93《高