液化天然氣LNG安全技術方案

液化天然氣LNG安全技術方案第一節(jié)概述天然氣屬于易燃易爆介質(zhì)，在天然氣的應用中，安全問題始終放在非常重要的位置。液化天然氣是天然氣儲存和運輸?shù)囊环N有效的方法，在實際應用中，液態(tài)天然氣也是要轉變?yōu)闅鈶B(tài)使用，因此，在考慮LNG設備或工程的安全問題時，不僅要考慮天然氣所具有的易燃易爆的危險性，還要考慮由于轉變?yōu)橐簯B(tài)以后，其低溫特性和液體特征所引起的安全問題。在考慮LNG系統(tǒng)的安全問題時，首先要了解液化天然氣的特性及其潛在的危險性，針對這些潛在的危險性，充分考慮對人員、設備、環(huán)境等可能造成的危害，考慮相應的防護要求和措施。其次是要了解相關標準，我國液化天然氣工業(yè)起步較晚，相關的標準還不太健全，對于不同的LNG系統(tǒng)，還必要參照一些液化天然氣工業(yè)比較發(fā)達的國家標準。如美國的NFPA59A、NFPA57、加拿大的49CFR193、英國的EN-1473、國際海事組織的（IMO）關于液化天然氣體船運規(guī)定等。對于液化天然氣的生產(chǎn)、儲運和氣化供氣各個環(huán)節(jié)，主要考慮的安全問題，就是圍繞如何防止天然氣泄漏，與空氣形成可燃的混合氣體，消除引發(fā)燃燒的基本條件以及LNG設備的防火劑消防要求；防止低溫液化天然氣設備超壓，引起超壓排放或爆炸；由于液化天然氣的低溫特性，對材料選擇和設備制作方面的相關要求；在進行LNG操作時，操作人員的防護等。多年來，LNG在世界上已經(jīng)大量應用，如發(fā)電、民用燃氣、汽車或火車的燃料等。在城市里布有天然氣的輸配管線，數(shù)以千計的LNG槽車在美國的高速公路上運輸，沒有發(fā)生過重大事故。與LNG或CNG作燃料的汽車，雖然發(fā)生過一些碰撞事故，但LNG燃料系統(tǒng)沒有發(fā)生重大損害，沒有引起LNG的泄漏和火災。作為汽車燃料，從某種角度上說，LNG比汽油和柴油還安全一些。當然，LNG的溫度很低，極易產(chǎn)生氣化，會引發(fā)一些低溫液化氣體帶來的安全問題。無論是設計還是操作，都應該像對待所有的易燃介質(zhì)那樣小心。了解和掌握天然氣不同相態(tài)的物理特性及其燃燒特性，可有助于天然氣的安全使用。第二節(jié)液化天然氣的有關安全特征液化天然氣是以甲烷為主的液態(tài)混合物，常壓下的沸點溫度約為-162℃，密度大約為424㎏/m3。LNG是非常冷的液體，在泄漏或溢出的地方，會產(chǎn)生明顯的白色蒸汽云。白色蒸汽云的形成，是空氣中的水蒸氣被溢出的LNG冷卻所致。當LNG轉變?yōu)闅怏w時，其密度為1.5kg/m3。氣體密度上升到-107℃時，氣體密度與空氣密度相當。意味著LNG氣化后，溫度高于-107℃時，氣體的密度比空氣小，容易在空氣中擴散。液態(tài)天然氣的容積大約是氣態(tài)的1/625。天然氣無毒、無味、無色，泄露到空氣中不易發(fā)覺，因此，通常在天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)中，有意地加入一種難聞的氣味，即加臭處理，以便氣體泄漏時易于發(fā)覺。2.1燃燒（爆炸）范圍天然氣與空氣的混合物在一定條件下是可燃的。眾所周知，產(chǎn)生燃燒需同時具備三個條件：可燃物、點火源、氧化劑（空氣）。必須盡量防止三個條件同時存在，如果三個條件同時出現(xiàn)，將產(chǎn)生燃燒，在密閉的空間內(nèi)的燃燒還有可能引起爆炸。燃燒范圍是指可燃氣體與空氣形成混合物，能夠產(chǎn)生燃燒或爆炸的濃度范圍。通常用燃燒下限（LEL）和燃燒上限（UEL）來界定其燃燒范圍，只有當燃料在空氣中的比例在燃燒范圍內(nèi)，混合物才可能產(chǎn)生燃燒。對于天然氣，在空氣中達到燃燒的比例范圍比較窄，其燃燒范圍大約在體積分數(shù)為5%-15%之間，即體積分數(shù)低于5%和高于15%都不會燃燒。由于不同產(chǎn)地的天然氣組分會有所差別，燃燒范圍的值也會略有差別。LNG的燃燒下限明顯高于其它燃料，柴油在空氣中的含量只需要達到體積分數(shù)0.6%，點火就會燃燒。在-162℃的低溫條件下，其燃燒范圍為體積分數(shù)6%-13%。另外，天然氣的認識速度相對比較慢（大約為0.3m/s）。所以在敞開的環(huán)境條件下，LNG和蒸汽一般不會因燃燒引起爆炸。天然氣燃燒產(chǎn)生的黑煙很少，導致熱輻射也少。LNG組分的物性見表6-1，碳氫化合物的燃燒極限比甲烷的低。如果LNG中碳氫化合物的含量增加，將使LNG的燃燒范圍的下限降低。天然氣與汽油、柴油等燃料的特征比較見表8-2。LNG與其它燃料的比較見表8-3。表8—1LNG主要組分物性氣體名稱相對分子質(zhì)量沸點/℃密度（kg/m3）液/氣密度比氣/空密度比汽化熱④/（kj/kg）氣體①蒸氣②液體③甲烷16.04-161.50.66641.8261426.096390.544509.86乙烷30.07-88.21.2494-562.254501.038489.39丙烷44.10-42.31.8325-581.473171.522425.89常溫常壓條件下（20℃，0.1Mpa）。、④常壓下的沸點（0.1Mpa）。在空氣中的體積分數(shù)。表8-2天然氣與汽油、柴油燃燒特性比較燃料氣種類天然氣汽油柴油燃燒極限（%）（體積分數(shù)）5-151.4-7.60.6-5.5自然溫度/℃450300230空氣中的最小點火能/10-3J0.2850.2430.243火焰峰值溫度/℃188419772054表8-3LNG與其它燃料的比較名稱LNG丙烷柴油汽油甲醇乙醇著火溫度/℃538493252257464423燃燒極限（%）（體積分數(shù)）5-153.4-13.80.6-5.51.4-7.66.7-363.3-19亮度（%）60601001000.033.0蒸汽密度/（kg/m3）0.601.52＞43.41.11.592.2著火溫度與燃燒速度自動著火溫度是指可燃氣體混合物，在達到某一溫度后，能夠自動點燃著火的最低溫度。自動著火溫度并不是一個固定值，它和空氣與燃料的混合濃度和混合氣體的壓力有關。在大氣壓條件下，純甲烷的平均自動著火溫度為650℃。如果混合氣體的溫度高于自動著火點，則在很短的時間內(nèi)，氣體將會自動點燃。如果溫度比著火點高得多，氣體將立即點燃。LNG的自動著火點溫度隨著組分的變化而變化，例如，若LNG中碳氫化合物的重組分比例增加，則自動著火溫度降低。除了受熱點火外，天然氣也能被火花點燃。如衣服上的靜電，也能產(chǎn)生足夠的能量點燃天然氣。因此，工作人員不能穿化纖（晴綸、尼綸等）類的衣服操作天然氣，化纖布比天然纖維更容易產(chǎn)生靜電。燃燒速度是火焰在空氣-燃料的混合物中的傳遞速度。燃燒速度也稱為點燃速度或火焰速度。天然氣燃燒速度較低，其最高燃燒速度只有0.3m/s。隨著天然氣在空氣中的比例增加，燃燒速度亦增加。LNG的低溫特性LNG既有可燃的特性，又有低溫的特性。低溫特性的處理和操作并不是一門新的技術。在許多標準中，低溫設備的操作有比較明確的要求。對于安全的考慮，主要是在低溫條件下一些材料會變脆、易碎。使設備產(chǎn)生損壞，引起LNG的泄露。如今低溫液體應用較為廣泛。液氮液氧的應用更為廣泛。LNG的溫度還沒有液氮和液氧的溫度低。從低溫介質(zhì)安全操作的角度，與液氮和液氧的安全考慮基本是一致的，主要是防止低溫條件下材料的脆性斷裂和冷卻收縮對設備引起的危害。操作時主要是防止低溫流體對人體的低溫灼傷。對生理上的影響曾經(jīng)有過報道，人員暴露在甲烷的體積分數(shù)為9%的氣氛中沒有什麼不良反應。如果吸入含量更高的氣體，會引起前額和眼部有壓迫感，但只要恢復呼吸新鮮空氣，就可消除這種不適的感覺。如果持續(xù)地暴露在這樣的氣氛環(huán)境下，會引起意識模糊和窒息，甲烷是一種普通的窒息物質(zhì)。LNG與外露的皮膚短暫地接觸，不會產(chǎn)生什麼傷害，可是持續(xù)的接觸，會引起嚴重的低溫灼傷和組織損壞。天然氣在空氣中的體積分數(shù)大于40%時，如果吸入過量的天然氣會引起缺氧窒息。如果吸入的是冷氣體，對健康是有害的。若是短時間內(nèi)吸入冷氣體，會使呼吸不舒暢，而長時間的呼吸冷氣體，將會造成嚴重的疾病。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，幾分鐘后死亡。當大氣中的氧的含量逐漸減少時，工作人員有可能警覺不到，慢慢的窒息，待到發(fā)覺時已經(jīng)晚了。緩慢窒息的過程分成四個階段，見表8-4。表8-4窒息的生理特征的四個階段第一階段氧氣的體積分數(shù)14%-21%，脈搏增加，肌肉跳動影響呼吸。第二階段氧氣體積分數(shù)10-14%，判斷失誤，迅速疲勞，對疼痛失去知覺年。第三階段氧氣體積分數(shù)6%-10%，惡心，嘔吐，虛脫，造成永久性腦部傷害。第四階段氧氣體積分數(shù)＜6%,痙攣，呼吸停止，死亡。當空氣中氧氣體積分數(shù)低于10%，天然氣的體積分數(shù)高于50%，對人體會產(chǎn)生永久性的傷害。在這種情況下，工作人員不能進入LNG蒸汽區(qū)域。第三節(jié)LNG安全檢測設備在有可燃氣體、火焰、煙、高溫、低溫等潛在危險存在的地方，安裝一些必要的探測器，對危險狀況進行預報，可以使工作人員能及時采取警級處理措施。LNG工廠中通常用以下幾種檢測器：甲烷氣體檢測器，火焰檢測器，高低溫檢測器，煙火檢測器。除了低溫檢測器外，其它幾種檢測器都是必備的設備。每一個檢測器都要與自動停機系統(tǒng)相連，在發(fā)現(xiàn)危險時能自動起作用。3.1可燃氣體檢測器（CGD）防火控制系統(tǒng)必須對LNG的泄露進行檢測?？梢酝ㄟ^觀察、檢測儀器或兩者綜合使用。白天LNG發(fā)生溢出，可以通過產(chǎn)生的蒸汽云團看見。然而，在晚上或照明不好的情況下就不容易看清楚。如果僅僅靠人工觀察來檢測泄露，顯然是不夠的。對于比較大的LNG裝置，應當安裝可燃氣體檢測裝置，對系統(tǒng)進行連續(xù)的檢測。在最有可能發(fā)生泄露的地方安裝傳感器。當檢測系統(tǒng)探測到空氣中可燃氣體的含量達到最低可燃范圍下限（LFL）的10%-25%時，將向控制室發(fā)出警報?？刂剖业娜藛T確定應對措施并發(fā)出控制命令。在一些關鍵的地方，當含量達到燃燒下限（LFL）的25%時，會自動切斷整個系統(tǒng)?？紤]到LNG裝置有限的人員配備和可燃氣體的存在，有必要設置適時的檢測系統(tǒng)，連續(xù)的進行監(jiān)控，消除人為的疏忽和大意的可能性。對于比較小的裝置，由于系統(tǒng)相對簡單，產(chǎn)生泄露的可能性較小，因此沒有必要安裝過多的自動報警系統(tǒng)。經(jīng)驗證明，工作人員的誤操作，經(jīng)常引起這些系統(tǒng)誤報警，發(fā)出一些不必要的報警。應正確分析報警器及傳感器的安裝位置和可燃氣體源的位置，并對報警系統(tǒng)進行有效的定期保養(yǎng)。每一個可燃氣體檢測系統(tǒng)發(fā)出的報警，控制室或操縱臺的工作人員都要能聽得到或看得見，除此以外，氣體泄漏的區(qū)域也應能聽得報警聲。氣體檢測系統(tǒng)安裝后要進行測試，并符合有關的要求。有LNG設備或管道等設施的建筑都應安裝可燃氣體檢測系統(tǒng)，當可燃氣體在空氣中的含量達到一定的程度就能發(fā)出警報?？扇細怏w傳感器的靈敏度要有合適的等級。安裝區(qū)域和相關的檢測器靈敏度等級分類如下：1）沒有可燃氣體設備的區(qū)域。主要是辦公區(qū)。這些區(qū)域的檢測器應當非常靈敏，當檢測到可燃氣體后發(fā)出報警。2）可能含有被檢測氣體的區(qū)域。這里的傳感器在較低含量下（最低可燃極限的10%-20%）發(fā)出報警。這種區(qū)域主要是在一般操作時，可能含有可燃氣。3)很有可能含有被檢測氣體的區(qū)域。在這些區(qū)域中，當氣體達到危險程度（最低可燃極限的20%-50%）時發(fā)出報警。該工作區(qū)可能有自動切斷系統(tǒng)，因此在檢測到可燃性氣體后有兩種選擇：每隔30s發(fā)出一聲報警，并切斷整個設備運行;或者只是發(fā)出報警，警告工作人員。這些區(qū)域主要是安裝壓縮機的氣體渦輪機的廠區(qū)、LNG車補給燃料處和汽車發(fā)動機等部位。在一些危險性比較大的區(qū)域，應合理地安裝檢測器，這些區(qū)域如下：1）靠近LNG或天然氣的設備。特別是容易發(fā)生泄漏的設備周圍。2）靠近火源或火源的空氣入口處，如建筑和鍋爐的進風口。3）地勢較低區(qū)域。受熱的LNG蒸汽將聚集在這些地方，LNG蒸汽在受熱上升前，將向地形較低的區(qū)域聚集。4）地勢高的區(qū)域。受熱的LNG蒸汽將聚集在這些地方，包括泄露設備上方的封閉區(qū)域的天花板下。主要是靠近有LNG或LNG蒸汽泄露危險的區(qū)域。因此建筑物應沒有空氣不易流通的死角。3.2火焰檢測器火焰檢測器有紫外線（UV）火焰檢測器和海王星（IR）火焰檢測器，檢測熱輻射產(chǎn)生的熱量?；鹧娈a(chǎn)生的輻射能通過紫外線和紅外線探測器的波長信號來檢測。當輻射達到一定的程度后，會發(fā)出報警。應該注意的是某些光源可能導致誤報警，如焊接產(chǎn)生的電弧光和太陽光的反射等，也能產(chǎn)生紫外線或紅外線。解決誤報警的方法如下：使用不同類型的檢測器。如同時使用紫外線和紅外線檢測器來檢測。檢測系統(tǒng)中，信號必須通過兩種波長的同時確認。這樣可減少誤報警。多點檢測。在危險區(qū)域內(nèi)設置的傳感器，有可能被一個輻射源激活，但該輻射源不能激活多個傳感器。還有一種情況是工作人員接到一個報警信號，但自動切斷和消防系統(tǒng)不起作用，只能收到確認信號后才能動作。確認信號是通過多數(shù)的檢測器的檢測結果來確定的。延遲報警。檢測系統(tǒng)在有連續(xù)的火焰信號后，才能發(fā)出報警。3.3高溫檢測器高溫檢測器對固定溫度和溫度上升的速度都很靈敏。檢測器對溫度上升速度的檢測，可以避免由于溫度波動產(chǎn)生的誤報警。高溫檢測器中有一個可熔化的鋼絲，在高溫下熔化（如82℃）。熔化后可以觸發(fā)報警、使設備關閉、或啟動消費系統(tǒng)。這些檢測器直接安裝在有著火危險的區(qū)域或設備上。危險性高的設備不僅安裝高溫檢測器，有時還需安裝可燃氣體檢測器。3.4低溫檢測器低溫檢測器在LNG或冷蒸汽泄露時發(fā)出報警。這些檢測器的傳感器主要是熱電偶或熱電阻。隨著溫度的變化，其電特性也會變化，因此可以間接的測量溫度。低溫檢測器安裝在LNG設備的底部，以及產(chǎn)生溢流后，可能聚集液體和蒸汽的底部位置。3.5煙火檢測器煙火檢測器主要是來檢測煙霧和火焰。LNG蒸汽燃燒時產(chǎn)生的煙很少。因此，這些檢測器主要用來檢測電器設備和儀器是否著火。這些設備著火是會產(chǎn)生煙。除了高溫檢測器外，采用煙火檢測器是因為少量的煙火，有可能產(chǎn)生不了足夠的熱量來觸發(fā)高溫檢測器。主要用于防止火焰延伸到LNG設備。煙火檢測器通常安裝在控制室的電器設備和其它有可能產(chǎn)生煙火的設備上面。3.6缺氧檢測設備可采用多通道的氣體檢測系統(tǒng)，對不同區(qū)域是否缺氧進行檢測。氣體檢測器使用一個內(nèi)置式的取樣泵，抽取來自不同區(qū)域的氣體樣品，通過氣體成分分析，指示是否缺氧及缺氧的程度。檢測系統(tǒng)應具有同時指示可燃氣體含量和缺氧狀況的功能。第四節(jié)：LNG溢出或泄漏LNG溢出能使現(xiàn)場的人員處于非常危險的境地。這些危險包括低溫灼傷、凍傷、體溫降低、肺部傷害、窒息等。當蒸汽云團被點燃發(fā)生火災時，熱輻射也將對人體造成傷害。在意外情況下，如果系統(tǒng)或設備發(fā)生LNG溢出或泄漏，LNG在短時間內(nèi)將產(chǎn)生大量的蒸汽，與空氣形成可燃的混合物，并將很快擴散到下風處。于是，產(chǎn)生LNG溢出的附近區(qū)域均存在發(fā)生火災的危險性。LNG蒸汽受熱以后，密度小于空氣，有利于快速擴散到高空大氣中。蒸汽擴散的距離與初始溢出的數(shù)量、持續(xù)的時間、風速和風向、地形，以及大氣溫度和濕度有關。從對LNG溢出的研究表明：風速比較高時，能很快地驅散LNG蒸汽云團；風速較低（或無風）時，蒸汽云團主要聚集在溢出附近。移動的蒸汽云團容易產(chǎn)生燃燒的區(qū)域，主要是在可見氣云團的周圍，因為這些區(qū)域內(nèi)的部分混合氣體處于燃燒范圍之內(nèi)。LNG溢出或泄漏是屬于一種比較嚴重的事故，由設備的損壞或操作失誤等原因引起。正確評估LNG的溢出，以及蒸汽云團的產(chǎn)生與擴散，是有關安全的一個重要問題。溢出的LNG蒸發(fā)速度非?？?，形成大量的蒸汽云。蒸汽云將四面擴散，比較危險的情況是遇到火源產(chǎn)生火災。因為蒸汽的數(shù)量多，溢出的LNG能不斷地蒸發(fā)和擴散。在蒸發(fā)和擴散過程中，如果遇到有風的情況，火災可能迅速蔓延。而且火災本身也能產(chǎn)生強勁的空氣對流。因此，在考慮人員和設備的安全問題時，應重視風和火的相互作用的影響。最危險的情況是由于燃燒產(chǎn)生強烈的空氣對流，能對LNG設備造成進一步的損壞，擴大事故的嚴重性。LNG的溢出可分為溢出到地面和水面兩種類型。4.1LNG溢出到地面主要是指陸地上的LNG系統(tǒng)，因設備或操作原因，使LNG泄漏到地面。由于LNG與地面之間存在較大溫差，LNG將吸收地面的熱量而迅速氣化，這是一個非?？焖俚臍饣^程，初期的氣化率很高，只有當土壤中的水分被凍結以后，土壤傳遞給LNG的熱量逐漸地減少，氣化速率才開始下降。另外，周圍空氣的傳導和對流，以及太陽輻射也會增加LNG的氣化速率。在考慮系統(tǒng)或設備的安全問題時，應考慮兩方面的問題：首先是設備本身，在萬一發(fā)生泄漏的情況下，設備周圍應具備有限制LNG擴散的設備（圍堰或蓄液池），應使LNG影響的范圍盡可能縮小；其次是LNG溢出后，抑制氣體發(fā)生的速率及影響的范圍。圍堰是用于液化天然氣儲罐發(fā)生泄漏時，防止LNG擴散的設施。圍堰內(nèi)的容積應足夠容納儲罐內(nèi)的液態(tài)天然氣。在某些設計中，則在儲罐周圍的地面采用低熱導率的材料，如用具有隔熱作用的水泥圍起來，以減少蒸發(fā)的速率。另一種減少蒸發(fā)速率的安全措施是圍繞圍堰，安裝有固定的泡沫發(fā)生器，在發(fā)生LNG溢出時，泡沫發(fā)生器噴出泡沫，泡沫覆蓋在圍堰中的LNG上面，即可以減少來自空氣的熱量，降低了LNG蒸發(fā)產(chǎn)生的速率。目前有一些新的設計理念，儲罐周圍不設圍堰。LNG儲罐安裝在一鋼筋混凝土的外殼上，內(nèi)罐通常使用9Ni鋼制造。如果內(nèi)罐發(fā)生溢出或泄漏，逸出的液體包含在水泥外殼的內(nèi)部，液體表面暴露于空氣的面積相對很小，氣體產(chǎn)生的速度比LNG圍堰內(nèi)要小得多。比較危險的是LNG氣體在飄散的過程中，可能遇到點火源，然后產(chǎn)生燃燒，火焰順著蒸汽云往回蔓延到蒸汽發(fā)生點，對設施具有潛在的毀壞作用。4.2LNG溢出到水面LNG溢出到水面上時，水面會產(chǎn)生強烈的擾動，并形成少量的冰。氣化的情況與LNG溢出到地面差不多，當然，溢出到水面的蒸發(fā)速度要快的多。而且水是一個無限大的熱源，水的流動性為LNG的氣化提供了穩(wěn)定的熱量。有關的LNG工業(yè)機構和航運安全代理機構，對LNG在水上溢出的情況進行了深入的研究。根據(jù)有關報道，LNG溢出到水面的蒸發(fā)速率為0.18㎏/m3.s,基本上不受時間的影響。LNG溢出到水面上，最重要的安全問題是蒸汽云的形成和引起火災的可能性。在空曠的地方，LNG產(chǎn)生的蒸汽云一般不會產(chǎn)生爆炸，但有可能引起燃燒和快速蔓延的火災。蒸汽云產(chǎn)生以后，主要有兩個方面的問題：一是隨著蒸汽云的擴散方向，如果在下風向存在高溫熱源或火源，就有可能點著這些可燃氣體云團；二是天然氣云團被點著以后，火焰的擴散及火焰產(chǎn)生的熱流，點燃飄逸的天然氣云團。蒸汽云團在大氣中的擴散是個令人關注的問題。一旦發(fā)生類似的事故以后，需要利用氣象學方面的技術，對可能擴散到的區(qū)域，提前進行預報，預先采取防火和防空氣污染的措施。表8-5LNG和液氮在水面上的蒸發(fā)量和熱流范圍。蒸發(fā)條件蒸發(fā)率/（㎏/㎡.s）熱流密度/（103W/㎡）最大值平均值最大值平均值LNG在水面蒸發(fā)0.229-0.3030.146-0.159132.5-176.684.9-113.3LNG在冰上蒸發(fā)0.332-0.7320.171-0.190192.4-328.199.1-123.0LN2在水面蒸發(fā)0.151-0.3420.063-0.17130.3-68.112.62-34.14.3LNG儲罐處于火災情況下的傳熱計算在設計時，要充分考慮火災情況下對儲罐的影響，絕熱儲罐周圍發(fā)生火災時絕熱結構要經(jīng)得起消防滅火劑的沖擊，不會有移動，溫度高達5380C時不溶化，如果絕熱材料不能滿足這些標準，將不能允許用作儲罐的絕熱。當LNG儲罐暴露在火災條件下，為防止儲罐內(nèi)的壓力過高，應釋放儲罐內(nèi)的氣體。氣體排放的量按照傳熱進行估算。這種特殊情況下的總熱流可按下列公式計算：=71000FA0.82+式中,為總的流量(W);為液化天然氣儲罐的正常熱損失(W);A為儲罐所暴露的濕表面面積(M2);F為環(huán)境系數(shù),見表8-6.表8-6環(huán)境系數(shù)基礎環(huán)境系數(shù)有地基的儲罐1.0有水的設備1.0減壓或放空的設備1.0地下儲罐0有熱保護的設備F=K(904-Tf)/71000注:K為絕熱系統(tǒng)在Tf至9040C溫度之間的平均傳熱系數(shù)[W/(M2.K)];TFw為儲罐內(nèi)的介質(zhì)在排氣條件下的溫度(0C).排氣量按下式計算:Qm=B/r式中，qm為排氣量；r為排氣時的壓力和溫度條件下的氣化潛熱。4.4LNG泄漏或溢出后的蒸汽擴散對LNG的溢出，希望能夠預測LNG蒸汽量與溢出距離和溢出時間的函數(shù)關系。這樣可以通過用溢出的流量和時間來預測可能產(chǎn)生危險的區(qū)域。預測首先要估計溢出發(fā)生時產(chǎn)生的蒸汽量，有突然溢出和逐步溢出之分.突然溢出后,LNG的蒸發(fā)速率隨著時間的增加而減少.逐步溢出的LNG則像在溢出到?jīng)]有限制的水面上一樣,蒸發(fā)很快.特別要考慮溫度較低的蒸氣,因密度比空氣大,流出圍堰后會四處彌散.LNG蒸氣充滿圍堰后,然后會流出圍堰,所需的時間要等于或大于達到穩(wěn)定蒸發(fā)的時間.蒸氣在達到穩(wěn)定蒸流出圍堰區(qū).蒸氣也有可能在充滿圍堰前,密度就已經(jīng)減小,能上升擴散到空氣中,這是比較理想的情況.溢出后蒸氣量與溢出距離和溢出時間的關系有下類因素決定:1)LNG蒸氣的產(chǎn)生速率.2)圍堰等限制建筑的結構形式.3)大氣條件,包括風速、垂直溫度梯度及濕度。LNG蒸氣的擴散與空氣的情況有關。無風條件下的擴散，比較重的LNG蒸氣受熱上升前，只有少量的LNG蒸氣與空氣混合。蒸氣從與之接觸的地面、太陽輻射獲取能量，同時冷凝和凍結大氣中的水分。濕空氣形成了可見的蒸氣團。在無風條件下模擬LNG蒸氣擴散的數(shù)學模型顯示：高含量的LNG蒸氣聚集在溢出點附近，隨后由于溫度上升，密度減少，空氣的浮力作用使之擴散。溢出流量比較小的情況下，蒸氣逐漸擴散和消失，而溢出流量很大是，蒸氣擴散越來越嚴重。當蒸七受熱后，開始上升，在上升過程中與空氣混合。有風的條件下擴散時，LNG蒸氣團被流動的空氣帶走，向下風方向移動?？諝鈱NG蒸氣從溢出處帶走的過程很復雜。在大氣中，空氣與溫度很低的LNG蒸氣混合，以及LNG蒸氣被空氣加熱和混合氣體變輕的過程也是很復雜的，和風速、垂直溫度梯度、障礙物情況有關。雖然過程比較復雜，但也可以用數(shù)學模型來模擬。有些研究人員用數(shù)學模型模擬了大型圍堰去LNG溢出后，產(chǎn)生的蒸氣順風擴散的情況。同樣，在水面上的無限制溢出的情況也可以模擬。風俗和垂直溫度梯度的共同作用，影響LNG蒸氣的水平和垂直的擴散。LNG蒸氣在擴散的過程中，溫度倒置（指空氣上部的溫度不靠近地面的溫度高），較低的風速將使混合過程變慢，并增加順風方向的漂移距離。4．5LNG泄露或溢出的預防焊縫、閥門、法蘭和與儲罐壁連接的管路等，是LNG容易產(chǎn)生泄露的地方。當LNG從系統(tǒng)中泄露時，冷流體將周圍的空氣冷卻至露點以下，形成可見霧團。通過可見的蒸氣云團可以觀測和判斷有LNG的泄露。當發(fā)現(xiàn)泄露后，應當迅速判斷裝置是否需要立即停機，還是在不停機的情況下可將泄露處隔離和修復，事先應當制定評估泄露的標準并決定相應的措施。另外，安全規(guī)程中必須防止人員接近泄露的流體或冷蒸氣，并盡量減少蒸氣接近火源。工廠應當安裝柵欄、警告標志、可燃氣體檢測器等設備。管路閥門的泄露閥門是比較容易泄露的部件。雖然LNG系統(tǒng)的閥門都是根據(jù)低溫條件特殊設計的，但當系統(tǒng)在工作溫度下冷卻后，金屬部分會產(chǎn)生嚴重的收縮，管路閥門可能產(chǎn)生泄露。需要充分考慮這種泄露的可能性應對措施，并安裝必需的設備。另外，為了在冷卻過程中操作調(diào)節(jié)這些部件，應當準備相應的工具和服裝?？傊?，暴露在外部的LNG設備上的閥門，可以通過閥門上異常結霜來判斷是否出現(xiàn)泄露。日常的檢測可以有效地防止液的泄露。輸送軟管和連接處的泄露LNG從容器向外輸送時，LNG在管路中流動，并有蒸氣回流。由于溫度很低，造成管路螺紋或法蘭連接處的泄露。在使用軟管輸送LNG的情況下，軟管本身也可能產(chǎn)生泄露。柔軟的軟管必須通過相關標準的壓力測試，并在使用前對每一根管路進行檢查，盡量減少泄露發(fā)生的可能性。當輸送管萬一發(fā)生發(fā)生泄露時，應當采取適當?shù)拇胧⑿孤短幎伦。蚯袛噍斔停鼡Q泄露部件。同時，個人安全保護和防止蒸氣點燃等措施也要同時啟動。3．氣相管路的泄露在天然氣液化、存儲、汽化等流程中，液化流程使用的制冷也有可能產(chǎn)生泄露。連接液化部分和儲罐的管路、氣體回流管路及汽化環(huán)路都可能產(chǎn)生漏泄。當汽化器及其控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，冷氣體和液體進入普通溫度下運行的管路，造成設備的損壞。應當采取預防措施，使其能夠迅速隔離產(chǎn)生泄露的管路和汽化器，同時采取緊急控制措施，阻止液體繼續(xù)流入汽化器。冷氣體的泄露主要發(fā)生在焊縫、閥門、法蘭、接頭和容器與管路的連接處。在一個封閉空間中。大量的泄露有可能是工作人員產(chǎn)生窒息的危險。當冷氣體泄露后，應當像處理液體泄露一樣采取應對措施。這些措施包括：關閉系統(tǒng)、隔絕泄露區(qū)域、保護人身安全、隔離火源并盡快將蒸氣云團驅散。在離火源很近的區(qū)域（如使用燃燒設備的汽化器），應當設置快速關閉系統(tǒng)。除了安裝自動裝置防止冷氣體或液體進入外輸管路系統(tǒng)外，汽化器還應當安裝可燃氣體檢測器、燃燒傳感器、自動干粉滅火器等設備。第五節(jié)LNG溢出與防火技術5．1概述通過制定行之有效的安全計劃和強化操作人員的意識，將大大減少發(fā)生事故的可能性。然而，盡管有預防措施，事故有時還是有可能發(fā)生。操作人員應當受到應付緊急情況的訓練。工作人員必須對LNG的特性和緊急處理措施有個基本的了解，盡量減少人員傷害和財產(chǎn)損失?？刂芁NG的安全排放和控制火災，需要有良好的組織和計劃。流程圖應當標志清楚需要關閉的閥門、危險檢測器位置、撤離路線、安全設備和緊急物資的安放地點。定期演練緊急情況的應對措施。應急設備和物資應放置在很容易取用的地方。工廠應該與當?shù)叵啦块T、安全部門、急救部門和醫(yī)療部門保持聯(lián)絡。如果只是少量的LNG泄漏或排放，將很快地蒸發(fā)，有時甚至形成不了可見的蒸氣霧團，不會產(chǎn)生積聚。當LNG的排放量大于LNG的蒸發(fā)量時，純液體會噴出來，接觸到地面后會產(chǎn)生劇烈的沸騰。地面變冷后，LNG的汽化率逐漸下降，最后穩(wěn)定在較低的氣化率狀態(tài)。汽化率主要由空氣和地面的溫度、風速、溢流液體流過的距離、液體聚集后的表面積所決定。通常LNG溢出后危險最大的時刻是在最初的幾分鐘內(nèi)。在這幾分鐘內(nèi)，冷液體接觸的是熱表面，汽化速率很快。5．2緊急狀態(tài)的應對措施為了控制LNG溢出和預防火災，緊急反應主要有探測、設備停機、控制及滅火四個方面。探測快速鑒定LNG排放（液體或蒸氣）的類型、溢出位置、溢出后的擴散情況、LNG蒸氣或火勢的移動方向，這些都是很重要的。可以通過人工檢查或探測器確定LNG泄漏，另外通過聲音（液體或氣體的流動）、沸騰、結霜、氣味（如果加了氣味的話）可以幫助工作人員檢查到LNG的泄漏。設備停機當LNG系統(tǒng)發(fā)生泄漏時，停止設備運轉可以阻止LNG進一步泄漏。當檢測系統(tǒng)發(fā)出警報時，設備會自動關閉或由工作人員關閉，并控制不要產(chǎn)生點火源。發(fā)生事故的區(qū)域要進行隔離?？刂瓶刂婆欧懦龅腖NG或火勢，可以減少財產(chǎn)的損失和人員的傷亡。排放出的LNG應當被引到?jīng)]有點火源和不會受低溫液體傷害的區(qū)域?？梢酝ㄟ^圍堰、壕溝、坡槽或其它方法來控制LNG的排放。用高膨脹率的泡沫可以控制LNG的汽化率。消防消防的主要目的是撲滅火源或防止火焰擴散。消防設備主要使用化學干粉滅火器、高膨脹泡沫滅火器或其它裝備。5．3LNG溢出的控制方法如果LNG蒸氣在室內(nèi)發(fā)生泄漏，通風和消除點火源是首要的措施。LNG工廠中使用通風機連續(xù)的通風，將LNG蒸氣排出。除了引出蒸氣外，風機可以使用蒸氣與周圍的空氣加速混合，因此促進了蒸氣團的受熱與擴散。在封閉區(qū)域，當使用CO2滅火系統(tǒng)進行滅火時，要關閉通風的風機。維護結構和溢流通道可以抑制蒸氣的擴散。LNG溢出如果發(fā)生，應該首先控制溢出的液體和閃蒸的蒸氣，控制LNG液體的遷移和抑制已點燃的火源的擴散。維護結構和溢流通道的設計，由溢流區(qū)域和溢流產(chǎn)生危險的可能性來確定。當LNG蒸氣云團中沒有氣源，操作人員和設備只有被低溫液體損害的危險，這是種比較理想的情況。如果LNG流到未包復防護材料的設備或構件表面，將快速氣化。LNG在表面流動幾分鐘后，物體被冷卻以后，LNG的蒸發(fā)率會有所降低。還可以采用混凝土或泥土等材料建造圍堰，或修成溝渠，或其它型式的防護結構，將溢出的LNG限制在一定在范圍內(nèi)，不讓其任意流淌，可以大幅度地減少LNG的蒸發(fā)。溢出的LNG被限制在圍堰或溝渠之內(nèi)，減少暴露的LNG表面與空氣的對流換熱，也可以降低LNG表面的氣化率。LNG的氣化速度降低，可以減小可燃氣體覆蓋的范圍。然而，采用這些方法以后，也將延長LNG存在的時間。根據(jù)溢出的LNG是否靠近火源和是否會產(chǎn)生一些潛在的低溫傷害等因素，綜合考慮是否有必要采用泡沫滅火劑。在少數(shù)場合，溢出的LNG數(shù)量較多的情況下，如果周圍是比較安全的地帶，也許有必要特意將它們點燃，使它們快速氣化。當然需要分析清楚短期加速氣化和長期緩慢氣化不同的危險性。5.4有關消防保護防火的首要措施是控制可燃物，防止其擴散。這主要依靠LNG工廠的設計、建造和安全操作。其次是在LNG溢流發(fā)生后與控制管理人員聯(lián)系，啟動消防系統(tǒng)。使用高膨脹率、低密度的泡沫減少LNG蒸氣的擴散。減少空氣與LNG蒸氣混合形成的可燃物。通常情況下，氣體產(chǎn)生的大火（包括LNG）在燃料源未被切斷前，產(chǎn)生應該設法切斷燃料源。在大火不會再次造成破壞的情況下，應當讓大火燒完。然而，當人員處于危險境地、氣體閥門處在火焰中或大火的熱量能通過設備傳熱對人體造成間接傷害時，應當將火立即撲滅。將火撲滅可以減少火災產(chǎn)生的損失及防止火焰的擴散。對于小型設備，如LNG的容量少于400L的設備，如果發(fā)生火災，在火災被撲滅之前，溢出的LNG就可能燃燒得差不多了。對于大型設備產(chǎn)生的火災，首要的目的是控制火焰的傳播。天然氣在點著的瞬間，火焰很大，在開始燃燒后，火焰的大小由氣化率決定。在某些場合，控制LNG的火焰比滅火的效果好，使其不能再點燃更大的天然氣云團。應在上風口的位置控制火焰，滅火劑順著風向向火焰流動，并使消防人員遠離火焰。滅火可以減少火災造成的損失，撲滅的時間越短，造成的損害越少?；瘜W干粉滅火劑和二氧化碳滅火劑，都可以用于撲滅LNG產(chǎn)生的火焰。泡沫和水滅不了LNG產(chǎn)生的大火。對化學干粉滅火劑進行了廣泛的實驗研究，LNG工廠中用得最多的是化學干粉滅火劑。在一些大型的、固定的工廠中，都安裝了便攜式化學干粉滅火劑。在大型工廠中，也有移動式或車裝載的化學干粉滅火設備。使用滅火劑撲滅LNG產(chǎn)生的火災時，滅火劑必須快速工作，滅火劑的量要根據(jù)對火災可規(guī)模的預計來確定滅火劑的量。5.5滅火劑1.化學干粉滅火化學干粉滅火是通過干粉與火焰接觸時產(chǎn)生的物理化學作用滅火。干粉顆粒以霧狀形式噴向火焰，大量吸收火焰中的活性基團，使燃燒反應的活性基團急劇減少，中斷燃燒的連鎖反應，從而使火焰熄滅。干粉噴向火焰時，象濃云似的罩住火焰，減少熱輻射。干粉受高溫作用，會放出結晶水或產(chǎn)生分解，不僅可以吸收火焰的部分熱量，還可以降低燃燒區(qū)內(nèi)的氧含量。在封閉和開放的區(qū)域，可以用化學干粉滅火劑撲滅LNG產(chǎn)生的火災，但使用需要有一定的技巧?；瘜W干粉滅火劑噴到火焰上后，可以破壞燃燒鏈。如果化學干粉滅火劑噴到了不均勻的表面，LNG液面有可能再次被點燃。操作化學干粉滅火劑時，應站在火焰的上風口，將滅火劑均勻噴灑到火焰上。將整個房間或封閉區(qū)域都噴上滅火劑，可以將LNG產(chǎn)生的火焰撲滅。但應防止再次點燃殘存的LNG蒸氣。使用化學干粉滅火劑撲滅LNG產(chǎn)生的火災時，滅火劑應當有足夠的量。滅火劑的數(shù)量與火焰燃燒時間的長短、火災區(qū)建筑物結構等因素的有關。操作人員如果對滅火器的操作比較熟練，一個30L化學干粉滅火器能撲滅2m2范圍內(nèi)的火焰?；瘜W干粉滅火器也可以用來撲滅其它氣體產(chǎn)生的火災，但這要看火災的形勢和操作人員的能力。化學干粉滅火方法不大適合于規(guī)模很大的火災?？梢砸苿拥?50L化學干粉滅火器，可撲滅14m2范圍的大火。然而，操作人員必須受過良好的訓練，在操作滅火器時沒有障礙或不會將火星噴出火焰區(qū)。由于這些滅火劑噴出后存在時間較短，當滅火劑擴散后，火焰有可以回撲。滅火劑擴散或耗盡后，暴露的設備由于被火焰加熱了，因而有足夠的熱量將可燃氣或LNG重新點燃。對于一些重點防火的地方，需要安裝固定的滅火系統(tǒng)。固定的滅火系統(tǒng)可以迅速起動滅火，而移動的滅火器則有一定的操作時間。滅火劑也有可能對人員產(chǎn)生傷害，如降低可視度、造成短暫的呼吸困難。雖然在使用滅火器的時候，這不是一個重要的問題，但對于固定滅火系統(tǒng)，當控制區(qū)域內(nèi)有人員時，就不得不考慮這個問題。一般是先發(fā)出警報，滅火系統(tǒng)適當延遲啟動，使人員有時間撤離。不得的是損失了滅火的最好時間，因為火災發(fā)生后，滅火越早撲滅越容易。在考慮LNG設備和裝置的滅火系統(tǒng)時，必須充分考慮到滅火系統(tǒng)的能力?；瘜W干粉滅火系統(tǒng)可以作為一種輔助的滅火方法。而不是主要的和首選的滅火方法。2.高膨脹率(Hi-Ex)泡沫滅火高膨脹率的泡沫可用來抑制LNG產(chǎn)生的火焰擴散，并降低火焰的輻射。該滅火劑最好的膨脹效果是600：1。當泡沫噴到液態(tài)天然氣表面后，LNG的蒸發(fā)率會有所增長。蒸氣不斷受熱并穿過泡沫上升，而不是在地面擴散。在使用高膨脹率泡沫后，LNG蒸氣擴散范圍可明顯減小。發(fā)泡沫噴到已點燃的LNG表面時，它能抑制熱量的傳遞，降低蒸發(fā)率和火焰的規(guī)模。使火焰變小，輻射熱減少，滅火的難度也可以相應降低。高膨脹率泡沫系統(tǒng)必須應在特殊的場合。如用來保護LNG儲罐圍堰、輸送管線、泵、液化和氣化用的換熱器、LNG輸送區(qū)等。高膨脹率泡沫并不是撲滅LNG火災的最好辦法，它只能減少LNG火災的危害。而且在安裝、調(diào)試、維修等方面受容量和價格的限制。3.二氧化碳和水二氧化碳和水可用來控制LNG產(chǎn)生的大火，但不是滅火。如果將水噴到液態(tài)天然氣的表面，會使LNG的蒸發(fā)率增大，從而使LNG的火勢增強。因此，不能用水來直接噴淋到LNG或LNG蒸氣上。用水的目的主要是將尚未著火而火焰有可能經(jīng)過的地方弄濕，使其不容易著火。最常用的控制LNG火焰的方法是利用水霧吸收熱量。安裝噴淋系統(tǒng)，需要像安裝滅火系統(tǒng)一樣，要涵蓋整個所需要的區(qū)域。然而，與滅火系統(tǒng)的目的不同的是，水噴淋系統(tǒng)主要用來延長時間、保護財產(chǎn)，整個系統(tǒng)簡便、可靠。安裝水噴淋系統(tǒng)通常是用于保護設備財產(chǎn)。水噴淋系統(tǒng)在大型工廠中都有使用，大型的LNG儲罐或冷箱可以在外部安裝水噴淋系統(tǒng)。專家推薦LNG工廠應該安裝供水系統(tǒng)。對于容量大于266m3以上的LNG儲罐，要求安裝供水和輸送系統(tǒng)。水系統(tǒng)可用于控制火勢，除了可以吸熱和保護暴露在火焰下的建筑使之不致于很快著火外，還可用來保護個人安全。人工操作的便攜式CO2滅火器適合于較小的電器發(fā)生的火災，小型的氣體火災。它們在滅小型的A級火災時并不是很有效。這些滅火器的使用僅限于幾平方米的區(qū)域或室內(nèi)，風力不大，不會吹散CO2的封閉區(qū)域。表8-7列出了LNG火災的滅火方式。表8-7LNG火災的滅火方式滅火方式等級使用方法說明化學干粉滅火（碳酸甲）1應用在火的根源。決不能直接噴到火焰上利用化學反應來滅火。需要熟練的操作。如果有障礙物的話，滅火是不可能的化學干粉滅火（碳酸鈉）2應用在火的根源。決不能直接噴到火焰上利用化學反應來滅火。需要熟練的操作。如果有障礙物的話，滅火是不可能的鹵化氫（鹵的氣體化合物）N/A緊用于封閉區(qū)域。應用在火的根源。決不能直接噴到LNG中。在中控室、LNG車上使用利用化學反應或是使火焰缺氧熄滅。在撲滅LNG產(chǎn)生的火災時，需要熟練的操作。如果有障礙物的話，滅火是不可能的。周圍的環(huán)境有可能使滅火劑失效高膨脹率泡沫（Hi-Ex）3直接噴到火和未點燃的LNG上面，以減少LNG溢流并發(fā)生點燃懂得機會使LNG與火焰隔絕，減小火焰大小，從而使蒸發(fā)率減小二氧化碳（CO2）水3在火上方使用，不要直接噴在火焰上可以控制但不能滅火。直接噴到LNG上將增大蒸氣和火焰的高度。對于沒有氣體的火災比較合適水3僅用來保護臨近的財產(chǎn)設備和在附近的人員。不能噴到LNG上面。可以以水霧形式噴到熱蒸氣中，幫助LNG蒸氣團的縮小控制沒有氣體源的火焰。也可以用來冷卻部分的設備。水霧噴到LNG中可以增大蒸發(fā)率和火焰高度。①等級：1—滅LNG火的最好方法；2—可以滅LNG火災；3—不能滅火，但可以控制。第六節(jié)基礎設施的安全要求在考慮LNG裝置的基礎設施時，應充分考慮裝置對附近交通、周邊環(huán)境可能產(chǎn)生的影響。從設備的角度，應防止LNG從系統(tǒng)中漏泄或溢出，同時還必須考慮意外情況下萬一發(fā)生LNG漏泄或溢出時，配套相應的防范措施，如在LNG儲罐周圍設置圍堰或蓄液區(qū)。即使發(fā)生LNG的漏泄或溢出的事故，可燃液體可被限制在蓄液區(qū)內(nèi)，不會四處流淌。圍堰區(qū)的作用除了控制可燃液體四處流淌以外，如果發(fā)生火災，還能阻止火焰蔓延到周邊地區(qū)?？梢詫⑹鹿十a(chǎn)生的危害降低到最小。圍堰或蓄液區(qū)的最小容積，可按照有關的標準規(guī)定進行設計。6.1LNG儲罐的最小距離LNG儲罐之間需要有適當?shù)耐ǖ?，便于設備的安裝、檢查和維護，按照美國消防協(xié)會NFPA—59A的標準。儲罐之間的最小間距應符合表8-8規(guī)定。容量在0.5m3以上的液化天然儲罐不應放置在建筑物內(nèi)。表8-8儲罐與邊界和儲罐之間的距離儲罐容量（水容積）/m3從圍堰邊緣到邊界線的最短距離/m儲罐之間的最短距離/m3.8～7.64.61.57.6～56.87.61.556.8～114151.5114～26523相鄰儲罐直徑總和的1/4（最小1.5m）﹥265儲罐直徑的0.70倍，但不小于31m6.2汽化器等工藝設備和安裝距離汽化器和工藝設備距離控制室、辦公室、車間和場地邊界也需要離開一定的距離。用于管道輸送的液化天然氣裝卸碼頭，離附近的橋梁至少30m以上。液化天然氣裝卸用的連接裝置，距工藝區(qū)、儲罐、控制大樓、辦公室、車間和其它重要的裝置至少在15m以上。用于處理液化天然氣的建筑物和圍墻，應采用輕質(zhì)的、不可燃的非承重墻。有LNG流體的工作間、控制室或車間之間墻體至少有2層，而且能承受4.8kpa的靜壓，墻體上不能有門和其它連的通道，墻體還需要有足夠的防火能力。有LNG流體的建筑物內(nèi)，應當具有良好的通風，防止可燃氣體或蒸氣聚集而產(chǎn)生燃爆。6.3LNG儲罐的防震在設計LNG儲罐及其管路系統(tǒng)時，應該考慮它的地震負荷（抗震性）。對所選的地址要進行詳細的調(diào)查，以獲得有關的地震特性和地質(zhì)信息，如地震活動性、地質(zhì)條件、預期的頻率和最大振幅等重要信息。按照“鍋爐和壓力容器規(guī)范”設計和制造的LNG儲罐，支承系統(tǒng)應根據(jù)垂直方向和水平方向的加速度來設計。第七節(jié)LNG儲存中的安全問題液化天然氣在儲存期間，無論隔熱效果如何好，總要產(chǎn)生一定數(shù)量的蒸發(fā)氣體。儲罐容納這些氣體的數(shù)量是有限的，當儲罐內(nèi)的工作壓力達到允許最大值時，蒸發(fā)的氣體繼續(xù)增加，會使儲罐內(nèi)的壓力上升。LNG儲罐的壓力控制對安全儲存有非常重要意義。涉及到LNG的安全充注數(shù)量，壓力控制與保護系統(tǒng)和儲存的穩(wěn)定性等諸多因素。液化天然氣儲存安全技術主要有以下幾方面：1）儲罐材料。材料的物理特性應適應在低溫條件下工作，如材料在低溫工作狀態(tài)下的抗拉和抗壓等機械強度、低溫沖擊韌性和熱膨脹系數(shù)等。2）LNG充注。儲罐的充注管路設計應考慮在頂部和底部均能充灌，這樣能防止LNG產(chǎn)生分層，或消除已經(jīng)產(chǎn)生的分層現(xiàn)象。3）儲罐的地基。應能經(jīng)受得起與LNG直接接觸的低溫，在意外情況下萬一LNG產(chǎn)生漏泄或溢出，LNG與地基直接接觸，地基應不會損壞。4）儲罐的隔熱。隔熱材料必須是不可燃的，并有足夠的牢度，能承受消防水的沖擊力。當火蔓延到容器外殼時，隔熱層不應出現(xiàn)熔化或沉降，隔熱效果不應迅速下降。5）安全保護系統(tǒng)。儲罐的安全防護系統(tǒng)必須可靠，能實現(xiàn)對儲罐液位、壓力的控制和報警，必要時應該有多級保護。7.1LNG儲罐的充注條件對于任何需要充注LNG或其它可燃介質(zhì)的儲罐（或管路），如果儲罐（或管路）中是空氣，不能直接輸入LNG，需要對儲罐（或管路）進行惰化處理，避免形成天然氣與空氣的混合物。如儲罐（包括管路系統(tǒng)）在首次充注LNG之前和LNG儲罐在需要進行內(nèi)部檢修時，修理人員進去作業(yè)之前，也不能直接將空氣充入充滿天然氣氣氛的儲罐內(nèi)，而是在停止使用以后，先向儲罐內(nèi)充入惰化氣體，然后再充入空氣。操作人員方能進入儲罐內(nèi)進行檢修。惰化的目的是要用惰性氣體將儲罐內(nèi)和管路系統(tǒng)內(nèi)的空氣或天然氣轉換出來，然后才能充注可燃介質(zhì)。儲罐在首次充注LNG之前，必須經(jīng)過惰化處理，惰化處理是將惰性氣體置換儲罐內(nèi)的空氣，使罐內(nèi)的氣體中的含氧量達到安全的要求。用于惰化的惰性氣體，可以是氮氣、二氧化碳等。通?？梢杂靡簯B(tài)氮或液態(tài)二氧化碳汽化來產(chǎn)生惰性氣體。LNG船上則設置惰性氣體發(fā)生裝置。通常采用變壓吸附、氨氣裂解和燃油燃燒分離等方法制取惰性氣體。表8-9列出了常見的氮氣制取方法。表8-9常見的氮氣制取方法制取方法原料氮所的體積分數(shù)（%）空氣低溫分離空氣99.5以上膜分離空氣99.0變壓吸附分離空氣99.0氨氣裂解氨氣99.4燃油燃燒分離燃油99.7充注LNG之前，還有必要用LNG蒸氣將儲罐中的惰化氣體置換出來，這個過程稱為純化。具體方法是用氣化器將LNG氣化并加熱至常溫狀態(tài)，然后送入儲罐，將儲罐中的惰性氣體置換出來，使儲罐中不存在其它氣體。純化工作完成之后，方可進入冷卻降溫和LNG的加注過程。為了使惰化效果更好，惰化時需要考慮惰化氣體密度與儲罐內(nèi)空氣或可燃氣體的密度，以確定正確的送氣部位。天然氣各組分與空氣的相對密度見表8-10。表8-10天然氣各組分與空氣的相對密度介質(zhì)名稱相對分子質(zhì)量相對密度（以空氣為基準）著火溫度/℃燃燒范圍（%）甲烷160.556325～15乙烷301.044723～12.5丙烷441.524922.2～9.5丁烷582.014081.9～8.5有關LNG的管路等設備也同樣需要進行惰化處理，處理方法是一樣的。7.2LNG儲罐的最大充裝容量低溫液化氣體儲罐必須留有一定的空間，作為介質(zhì)受熱膨脹之用，不得將儲罐充滿。充灌低溫液體的數(shù)量與介質(zhì)特性，與設計的工作壓力有關，LNG儲罐的最大充注量對安全儲存有著非常密切的關系。考慮到液體受熱后的體積將會膨脹，可能引起液位超高，而液位超高容易引起LNG溢出，因此，必須留有一定的空間。究竟留多大的膨脹空間，需要根據(jù)儲罐安全排放閥的設定壓力和充注時LNG的具體情況來確定。LNG充灌數(shù)量最主要通過儲罐內(nèi)的液位來控制。在LNG儲罐中設置了液位指示裝置，是觀測儲罐內(nèi)部液位的“眼睛”，對儲罐的安全至關重要。液化天然氣儲罐應當裝備有二套獨立的液位測量裝置時，應考慮密度變化對液位的影響。液位計的更換應在不影響儲罐正常運行的情況下進行。以保證隨時可以對儲罐內(nèi)的液位進行檢測。除了液位測量裝置以外，儲罐還應裝備高液位報警器，使操作售貨員有充足的時間停止充注，不致于使液位超過允許的最大淤高度。報警器應安裝在操作人員能夠聽到的地方。NFPA—59A規(guī)定：對于容量比較小的儲罐（265m3以下），允許裝備一個液位測試閥門來代替液位報警器，通過人工手動的方法來控制，當液位達到淤測試閥門時，手動切斷進料。LNG儲罐的壓力控制LNG儲罐的內(nèi)部壓力是最重要的防護措施之一，必須控制在允許的壓力范圍之內(nèi)。罐內(nèi)壓力高或過低（出現(xiàn)負位），對儲罐都是潛在的危險。影響儲罐壓力的因素很多，諸如熱量進入引起液體的蒸發(fā)、充注期間液體的快速閃蒸、大氣壓下降或錯誤操作，都可能引起罐內(nèi)壓力上升。另外，如果以非?？斓乃俣葟膬尴蛲馀乓夯虺闅?，有可能使罐內(nèi)形成負壓。LNG儲罐內(nèi)壓力的形成主要是液態(tài)天然氣受熱引起蒸發(fā)所致，過多的蒸發(fā)氣體（BOG）會使儲罐內(nèi)的壓力上升。必須有可靠的壓力控制裝置和保護裝置來保障儲罐的安全。使罐內(nèi)的壓力在允許范圍之內(nèi)。在正常操作時，壓力控制裝置將儲罐內(nèi)過多的蒸發(fā)氣體輸送到儲蓄所管網(wǎng)、再液體系統(tǒng)或燃料供應系統(tǒng)。但在蒸發(fā)氣體驟增或外部無法消耗這些蒸發(fā)氣體的意外情況下，壓力安全保護裝置應能自動開啟，將蒸發(fā)氣體送到火炬燃燒或放空。因此，LNG儲罐的安全保護裝置必須具備足夠的排放能力。此外，有些儲罐還應安裝有真空安全裝置。真空安全裝置能感受儲罐內(nèi)的壓力和當?shù)氐拇髿鈮?，能夠判斷罐?nèi)是否出現(xiàn)真空。如果出現(xiàn)真空，安全裝置應能及時地向儲罐內(nèi)部補充LNG蒸氣。安全裝置（安全閥）不僅用于LNG儲罐的防護，在LNG系統(tǒng)中，LNG管路、LNG泵、氣化器等所有可能產(chǎn)生超壓的地方，都應該安裝足夠的安全閥。安全閥的排放能力應滿足設計條件下的排放要求。安全排放所需的排放按下式計算：Qv=49.5*A/r*式中，Qr為相對于空氣的流量（m3/h）（在15.5℃、101.35KPa條件下）；A為總熱流量（KW）;r為儲存液體的氣化潛熱（KJ/KG）；T為氣體在安全閥進口處的熱力學溫度（K）；Mr為氣體的相對分子質(zhì)量。為了維修或其它目的，在安全閥和儲罐之間安裝有截止閥，將LNG儲罐和壓力安全閥、真空安全閥等隔開。但截止閥必須處在全開位置，并有鎖定裝置和鉛封。只有在安全閥需要檢修時，截止閥才能關閉，而且必須由有資質(zhì)的專管人員操作。7．4間歇泉和水錘現(xiàn)象如果儲罐底部有很長的而且充滿LNG的豎直管路，由于管內(nèi)流體受熱，管內(nèi)的蒸發(fā)氣體可能會定期地產(chǎn)生LNG突然噴發(fā)。產(chǎn)生這種突然噴發(fā)的原因，是由于管路蒸發(fā)的氣體不能及時地上升到液面，溫度不斷升高，氣體的密度減小，當氣體產(chǎn)生浮力足以；克服LNG液柱高度產(chǎn)生的壓力時，氣體會突然噴發(fā)。氣體上升時，將管路中的液體也推到儲罐內(nèi)，由于這部分氣體溫度比較高，上升時與液體進行交換，液體大量的閃蒸。使儲罐內(nèi)的壓力的壓力迅速升高。如果豎直管路的底部又是比較長的水平管路，這種現(xiàn)象更為嚴重。在管內(nèi)液體被推到儲罐的過程中，管內(nèi)部分窨被排空，儲罐中的液體迅速補充到管內(nèi)，又重新開始氣泡的積聚，過一段時間以后，再次形成噴發(fā)。這種間歇式的噴發(fā)，稱這為間歇泉現(xiàn)象。儲罐內(nèi)的壓力驟然上升，有可能導致安全閥的開啟。因此，儲罐底部豎直管路比較長時，有可能出現(xiàn)間歇泉。上面提及的系統(tǒng)被周期性的減壓和增壓，則該處形成液體不斷地排空和充注。管路中產(chǎn)生的甲烷蒸氣被重新注入的液體冷凝。形成水錘現(xiàn)象，產(chǎn)生很大的瞬間高壓。這種高壓有可能造成管路中的墊圈和閥門損壞。第八節(jié)管路和閥件的安全要求管道系統(tǒng)的材料應不僅能夠正常運行溫度，還應能承受可能遇到的緊急善時的極限溫度。管道系統(tǒng)應有良好的絕熱或其它措施，防止管道在極端溫度下出現(xiàn)的損壞。在緊急情況下，若管路暴露在燃燒的環(huán)境中，應將其與火焰隔離并截斷管內(nèi)流體流動。對于儲罐的輸液管線、冷箱等部件，損壞后有可能釋放出大量的可燃流體，應該有防火材料保護。管路接頭處一般不采用鋁、銅、銅合金等材料。管道系統(tǒng)不允許使用F型接管、螺旋焊接結構和對接焊的焊接結構。鑄鐵類的管道也不允許使用。與容器連接的管路，如果口徑大于25mm，并有液體經(jīng)過的接頭處，應當裝備至少一個能自動關閉的閥門，或能遠程控制的快速截止閥。LNG管道支架對安全也有非常重要影響。它們可能遭遇明火或接觸到溢出的低溫液體時，應當有足夠的承受能力，或有相應的保護措施來避免其不受火災或溢出的低溫液體的破冰。用于LNG或低溫流體管道的管架，在設計時應注意避免產(chǎn)生過高的熱量傳導，引起結冰或支架材料的脆裂。管徑小于等于50mm的管路，可以采用螺紋、焊接或法蘭等密封結構。而50mm以上的LNG管咱，接頭不能使用壓緊式法蘭或螺紋連接的密封結構。可采用焊接的法蘭接頭，焊接材料的熔點應在540℃以上。工作溫度低于-30℃的管路，其支撐結構應量減少傳熱，避免結冰。在低溫下工作的波紋形膨脹節(jié)內(nèi)部應有絕熱措施，避免在波紋上形成冰。第九節(jié)裝卸作業(yè)進行LNG裝卸作業(yè)時，應有具有資格認證的操作人員始終參與操作。操作說明不僅應標明正常的操作方法，也應標明緊急狀態(tài)的應急措施。進行LNG輸送時，裝卸區(qū)域應杜絕一切火源，如焊接、火