LNG加气站的安全设计

1、【文章编号】1007-9467（2010）04-0067-04LNG气化站的安全设计要大荣（北京市公用工程设计监理公司，北京100026）【摘要】简述了LNG的危险性和我国LNG气化站的发展现状，从设计标准、总平面布置、围堰区、LNG储罐、气化器、管道及管件、消防系统等方面论述了LNG气化站的安全设计。指出应尽快制定符合我国国情的LNG规范。【关键词】液化天然气；气化站；安全【中图分类号】TU272.2【文献标志码】B1我国LNG气化站的发展现状随着全球经济的迅速增长和能源需求量的不断扩大，液化天然气因其具有运输效率高、用途广、供气设施造价低、见效快、方便灵活等特点2、3，给世界LNG工业的发

2、展提供了良好的基础。我国目前发展LNG进口项目，建设LNG气化站4，弥补管输天然气的不足已成为目前城市行业较为关注的焦点。2 LNG气化站的安全设计2.1 LNG的危险性1）爆炸的危险性：不同时刻进入同一设备的LNG，由于成分和密度差异引起分层，导致LNG突然大量蒸发，压力骤升。若压力超过设备的极限承压能力，会造成设备损坏和介质泄露，甚至爆炸。2）火灾的危险性：天然气和空气的混合能形成爆炸性混合气体，爆炸下限（体积分数）为3.6%6.5%，爆炸上限（体积分数）为13.0%17.0%。1如果存在火源，极易着火燃烧，甚至爆炸。3）低温的危险性：LNG储存和操作都在低温下进行，一旦发生泄露，会使相关

3、设备脆性断裂和遇冷收缩，从而破坏设备，引发事故，并对人体造成严重损害。4）对人体的危害性：虽然LNG毒性较小，但其中含有体积分数82%98%的甲烷，泄露后会造成窒息等人身伤亡事故。可见，LNG气化站的安全至关重要。在设计过程中，必须确定与LNG装置有关的危险性，根据关的标准和运行管理经验，对气化站的安全设计面考虑，使整个系统达到较高的安全水平。2.2设计标准设计时可参考的国外标准主要有美国NF-PA59A液化天然气（LNG）生产、储存和装卸准、NFPA57LNG汽车燃料系统等；国内标准有GB 50028-2006城镇燃气设计规范；GB 50183-20石油天然气工程设计防火规范；GB50016

4、-2006筑设计防火规范等。2.3总平面布置5、6LNG气化站总平面布置设计要合理地确定内各作业区和设备的位置，以确保气化站有一个全的环境。站址选择一方面要从城市的总体规划合理布局出发，另一方面也应从有利生产、方便输、保护环境着眼。1）站址应选在城镇和居民区的全年最小风向上风侧。2）考虑气化站的供电、供水和电话通信网络各种条件，站址选在城市边缘为宜。3）站址至少要有一条全天候的汽车公路。4）气化站应避开油库、桥梁、铁路枢纽站、飞场等重要战略目标。5）站址不应受洪水和山洪的淹灌和冲刷，站标高应高出历年最高洪水位0.5m以上。6）应考虑站址的地址条件，避免在滑坡、溶洞塌方、断层、淤泥等不良地质条件

5、的地区，站址的壤耐压力一般不低于0.15MPa。2.4围堰区液化天然气储罐周围必须设置围堰区，以保储罐发生的事故对周围设施造成的危害降低到最67度。围堰区是指用压实土、混凝土、金属等低温材在LNG储罐周围建造的堤防、护墙或排液系统所成的区域。其作用是当LNG泄露或溢出时，将可液体限制在围堰区内，防止进一步扩散；当发生火时，阻止火焰向四周蔓延。.5 LNG储罐LNG储罐按结构形式可分为地下储罐、地上金储罐和金属-预应力混凝土储罐3类，地上LNG罐又分为金属子母罐和金属单罐2种。LNG气化采用何种储罐，主要决定于其储存量。储存量为200m35 000m3时可采用金属子母储罐带压储存和压罐储存。储存

6、量为1200m3以下的城市LNG气站，基本采用金属单罐带压储存。1）LNG储罐的安全措施根据储罐容积合理确定安全间距，见表17表1围堰墙与站区围墙之间、储罐之间的水平净距为保证储罐及其连接部件在LNG及其冷蒸温度下能正常工作，储罐材料必须满足低温性能求。暴露的储罐隔热层应防火、阻燃、阻蒸汽、防，且在消防水的冲击力作用下不会移动。储罐内外之间填充的不可燃隔热材料不仅要适应LNG及蒸汽的性质，而且当外筒遇火灾事故时，能确保内材料的导热性能稳定8。合理设计、配置阀门等附件，主要包括：罐进液系统设顶部、底部两个进液阀。当充注液体储罐中原有液体物理性质有差异时，通过不同部的进液，减少混合液体分层的可能性

7、，减少事故发率9。设置足够数量的安全阀，安全阀与罐体之间设动截止阀，保证储罐工作压力在允许范围内。内筒安全放空阀，连通火炬。外筒泄压装置将放空气体至放空火炬。每个储罐的液相管上设2个紧急切断阀，发生意外事故时切断储罐与外界的连通，防止罐内LNG泄露。每个储罐设2套相互独立的液位测量装置。在储罐真空夹层套层设压力仪表，测量压力是否在合理的范围内。多台储罐之间隔离阀的操作水平净距至少为0.9m。储罐投入运行时，设温度检测仪，用来监测温度或作为检查和校正液位计的工具。储罐应当设置一个高液位报警器，使操作人员有足够的时间停止进料。储罐应设置高液位进料切断装置，它应与全部的控制计量仪表分开设置。为了避免

8、罐内形成空气与天然气的混合气体导致事故，储罐首次充注LNG之前，或停止使用内部检修后，需要用惰性气体将罐内的空气或天然气置换出来，进行惰化处理10。根据地质、气象等资料，份子发生地震、风灾、雪灾等自然灾害的可能性及其特征，考虑储罐的抗震和抵御风雪荷载的能力。2）LNG漩涡现象的预防漩涡现象11，也称翻滚，通常出现在多组分的液化天然气中，是由于向已装有LNG的低温储罐中充注新的LNG，或由于LNG中的氮优先蒸发而使储罐内的液体发生分层而引起。防止发生涡旋现象的方法有5：将不同产地、不同气源的LNG分开储存，可避免因密度差而引起分层。根据需储存的LNG与储罐内原有LNG的密度差异，选择正确的充注方

9、式。使用混合喷嘴和多孔管向储罐中充注LNG。检测LNG的蒸发速度，LNG分层会抑制LNG的蒸发速度，使出现涡旋前的蒸发速度比通常情况下的蒸发速度低。3）储罐静态蒸发率储罐静态蒸发率能较为直观地反映储罐在使用时的绝热性能，其定义为低温绝热压力容器在装有大于有效容积的1/2的低温液体时，静止达到热平衡后，24h内自然蒸发损失的低温液体质量和容器有效容积下低温液体质量的比值。V/mÁ_/m_/mV_0.5 0.0 0.0265.0 _0.7_30.0m!_"1/4_#_$1.5m公用工程设计ublic Utilities Design68国家现行标准中没有给出LNG储罐蒸发率的上

10、限标准，设计时可以参考液氮的标准。2.6气化器美国标准NFPA59A7将气化器分为加热气化器、环境气化器和工艺气化器3类。气化器安全设计主要有以下2方面内容：1）保证安全间距除非导热介质不可燃，否则气化器及其主热源与其他任何火源之间的水平净距至少为15m，整体加热气化器到围墙的水平净距至少为30m。气化器到LNG、可燃制冷剂或可燃气体储罐的水平净距至少为15m，到控制大楼、办公室、车间等有人的重要建筑物的水平净距至少为15m。控制大楼、办公室、商店、居民楼等建筑物，布置多个气化器时，各气化器之间的水平净距至少为1.5m。2）合理设置阀门等附件，主要包括：每台气化器都应设置进口、出口切断阀和安全

11、阀。为防止泄露的LNG进入备用气化器，可安装两个进口阀门，并采用安全措施排空积存在两个阀门之间的LNG或蒸发气体。在与气化器的水平净距为15m的LNG管路上安装切断阀，该阀门可由现场操作或远程控制，且有一定保护措施预防阀门因温度过低而失效。在液体管路上设自动控制切断阀，该阀门到气化器的水平净距至少为3m，且在液体流量过大、设备周围温度异常、气化器出口处温度过低时能自动关闭。加热气化器应配备切断电源的装置，可由现场操作或远程控制。设置自动装置，防止LNG或其蒸汽在异常温度下进入输配系统。这些装置应与仅用于紧急情况的管路阀门配合使用。设置温度检测仪，测量LNG、蒸发气体和加热介质的进口温度。2.7

12、 LNG输送管道在进行LNG管道设计中，不仅要考虑低温液体的隔热要求，还应特别注意因低温引起的热应力、止水蒸气渗漏、避免出现冷凝和结冰、管道泄露的测方法以及防火等问题。LNG管道和其他低温液输送管道一样，管道的热补偿是一个需要细心考的重要问题。2.8气化站的消防消防系统的安全设计原则是：尽量切断气源，制泄露；对储罐及临近储罐的设备进行冷却保护，免设备超压造成更大的灾害；将泄露的LNG引至全地带气化，避免燃烧扩大。根据以上原则，消防统安全设计主要包括分布控制系统、紧急关闭系统火灾和泄漏探测报警系统、消防水系统、干粉泡沫火系统和其他一些安全措施。3结语LNG设施在国外已安全、环保地运行了30a，是

13、，设计出既安全又经济的LNG气化站仍是一项战。国内尚未颁布关于LNG气化站设计和施工范，在工程设计中普遍以美国、欧洲国家、日本的准作为参考，因此本着安全的原则，制定和颁布靠、可行、可依的LNG规范是当务之急。【参考文献】【1】王忠.LNG站消防设计探讨J.消防科学与技术，2001（4）：10-12.【2】刘新领.液化天然气供气站的建设J.煤气与热力，2002，2（1）：35-36.【3】徐正康，吴洪松.液化天然气在燃气工业中的应用J.煤气与热力，1998，18（5）：27-29.【4】刘建海，何贵龙，杨起华，等.小区液化天然气供气站的探J.煤气与热力，2003，23（1）：50-52.【5】顾安忠，鲁雪生，汪荣顺，等.液化天然气技术M.北京：机械工业出版社，2003.【6】NFPA59A,液化天然气（LNG）生产、储存和装卸标准S.【7】沈惠康.液化天然气的工艺与设备J.煤气与热力，1996，1（6）：25-28.【8】周伟国，阮应君，藤汜颖.液化天然气储罐中翻滚现象及预防措施探讨J.煤气与热力，2002，22（4）：294-2