LNG装置安全设计探讨青岛

LNG装置安全设计及规范探讨

陕西省燃气设计院

郭宗华

2014.3.28青岛

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陕西省燃气设计院化工石化医药甲级市政燃气甲级

目录问题的提出2.LNG装置危险性分析3.LNG装置安全设计的原则4.LNG装置安全设计探讨

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1.1安全的重要性及系统安全的思想1、问题的提出LNG工厂物料的低温深冷特性、易燃易爆特性、低温工况下工艺操作条件的苛刻性，决定了它的安全的重要性。

关于“安全”，美国安全工程师协会（ASSE）给出的定义是：安全意味着可以容忍的风险程度。“安全”是相对“风险”而言，世界上没有绝对安全的事物，关注风险就是关注安全，系统安全是指系统生命周期内可以容忍的风险程度。

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1.2安全设计是系统安全的基础1、问题的提出一个系统运行的风险最小，或者说系统达到最佳的安全状态，在很大程度上取决于系统的安全设计，安全设计是系统安全的基础安全设计即是分析系统中人、物（物料和装置）的不安全状态、不安全行为、环境的不安全表现所带来的危险性以及消除这些危险所采取的安全措施，将系统的安全置于系统的设计阶段。

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1.2安全设计是系统安全的基础1、问题的提出系统的安全设计基于系统生命周期中安全的两个方面。（1）本质化安全：

本质化安全是系统安全的根本保证，从系统总成或组件的构思开始就融入安全设计的思想，一是保证系统在正常运行条件下本身是安全的，也就是系统在其生命周期内不依赖保护设备也能安全运行；二是系统的故障安全，当系统偏离正常的操作条件或控制系统失效时，系统能保持稳定或停止在安全的状态下；（2）工程化安全：

工程化安全是对本质化安全的补充，其主导思想是依靠工程安全设施作为后备保护，加强系统在生命周期内的安全性。

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（1）.物料的危险性①低温过冷危险特性

LNG的储存温度为－162℃，发生泄漏后的射流或冷蒸气云，会使所接触的一些材料变脆、易碎，或者产生冷收缩。特别是对LNG储罐可能会引起外罐脆裂或变形，导致真空失效绝热破坏，引发储罐热膨胀事故。过冷液体或气体都会对人体产生低温灼烧、冻伤等危害。发生泄漏事故时，由于事故点温度过低，抢险人员不易靠近泄漏部位，增加施救难度，延误施救时间。2.1物（物料和装置）的不安全状态2、LNG装置危险性分析

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（1）.物料的危险性②LNG泄漏的特征

·溢出性泄漏时，由于LNG液体粘度小、流动性强，泄漏的液体或者流淌火灾会四处流散、蔓延，流经过的地面、防火堤、设备基础等因冷冻而强度大大降低，甚至发生坍塌事故；·射流性泄漏时，由于液体带压而喷射距离较远，喷射火焰不易扑救；·快速相变形成冷蒸汽云团，云团被空气加热至温度高于-107℃比空气轻，迅速扩散。

2.1物（物料和装置）的不安全状态2、LNG装置危险性分析

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（2）.装置的危险性

①热膨胀和热蒸发带来的装置超压爆裂；②LNG储罐的危险性：超装后随着时间的推延可能超压爆裂；③净化不彻底致使换热器堵塞或腐蚀；④管道振动的危害性：压缩机出口的振动，节流膨胀引起的振动，管道中水击现象引起的振动；⑤输送物料时管道的静电危害。2.1物（物料和装置）的不安全状态2、LNG装置危险性分析

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（1）.运行时的误操作

①LNG储罐液位超限：进液时由于液位仪表的失灵或人为误读，使储罐超装。②操作程序有误：操作程序有误时，可能导致系统无法正常运行甚至发生事故。

（2）.事故状态的误操作①处理泄漏事故时未切断储罐根部阀，导致事故范围扩大。②发生泄漏时未切断电源、火源，导致火灾或爆炸事故发生。2.2人的不安全行为2、LNG装置危险性分析

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(1)

雷电雷电灾害引起以下三方面的效应：·热效应：强大的雷电流在瞬间转换成热能，造成金属熔化飞溅。雷电的放电火花或瞬时高温引燃泄漏的天然气。·机械效应：热效应也可导致储罐内的液体剧烈蒸发，蒸发气体膨胀的机械作用可使容器爆裂。·电磁效应：雷电感应的过电压可毁坏用电设备；脉冲电磁辐射会毁掉微电子技术的设备如信息系统等，值得注意的是脉冲电磁辐射作用在三维空间，不是单一的采用设备接地方法能解决的。(2)地震地震力可对LNG造成如下破坏：·储罐基础坍塌，储罐倾斜或罐体撕裂引发大量泄漏·管口断裂引发泄漏事故2.3环境的不安全表现2、LNG装置危险性分析

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（1）即自我约束，自我控制安全。如工艺过程中设计的自动纠错系统、联锁系统、安全泄放系统等，以不发生热膨胀、不发生泄漏事故及不产生火源为目标。

（2）完善的后备安全设计及消防措施，对可能发生的事故（包括人为事故和环境事故）设置安全措施，事故发生时采取何时得当的抢险安全措施及消防技术。

3.1本质化安全和工程化安全的原则3、LNG装置安全设计的原则

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（1）注重操作者行为，“静”、“动”相结合的原则静态的装置设计和动态的操作者行为相结合，设置联锁，防止误操作。（2）注重工作程序的原则

设置完善的工作程序，使工艺流程有条不紊的进行，当操作者的不当操作与程序相背时或者物料参数发生变化时，能报警提示或锁定程序，使系统停止在安全状态。

3.2关注操作者行为和工作程序的原则3、LNG装置安全设计的原则

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（1）所谓“一指化”就是在设定功能目标后，一“键”按下去就能使得流程按顺序正确运行。（2）所谓“简单化”就是流程的设计勿复杂化，简单意味着组成系统的设备少、单元少，系统简单、容易操作、容易判断故障处理事故。3.3一指化、简单化设计原则3、LNG装置安全设计的原则

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以LNG储罐和拦蓄区为安全设计的重心，以防止灾难性泄漏和事故为第一目标，下列设计措施应予以重视：（1）容器根部设计切断阀；（2）储罐区、装卸区设计、集液池及拦蓄区；（3）储罐基础及防火堤设计：因目前国内尚未开发出耐低温建筑材料，储罐基础及防火堤的设计，应从结构上考虑短时间内承受低温；储罐底部设计测温元体，混凝土基础设置自然通风；管口法兰、阀门、焊缝尽量离开基础，防止这些易泄漏部位泄漏后冻坏基础；防火堤的培土设计：防火堤可采用混凝土中间加培土。3.4关注重点部位的原则3、LNG装置安全设计的原则

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（1）LNG站场（厂）的场地的标高一定要低于周边地区，防止泄漏后的大量LNG流入到周边区域，如水域、道路、周边企业等，引发更大的事故；

（2）尽量地利用自然地形，圈定泄漏的LNG；

（3）阶梯式布置时，LNG储罐区储罐区布置在高处时，储罐区防火堤外局部区域标高要低于周边，形成局部低洼，并有防止LNG从高处向低处流淌的措施。（4）切断站场（厂）与外部管道、管沟联系，为了防止泄漏的LNG窜入市政或外部管道，LNG站场（厂）的排水系统必须经过一段明渠或者敞口水池再排到外部，LNG储罐拦蓄区和集液池必须设置检漏报警装置。4.1场地安全是装置安全的最后一道屏障4、LNG装置安全设计探讨

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4.2远程（人工）切断系统是自动切断的后备保护4、LNG装置安全设计探讨（1）不能完全依赖DCS系统和ESD系统，自控系统在事故状态下可能失灵，人工切断是自动切断系统的后备保护。切断点应是：·停止相关旋转设备

·储罐根部阀；

·装（卸）处的槽车管路；

·原料气的进口。（2）泄漏发生后的状况，如液体的射流喷溅、过低的环境温度、冷蒸气云团的扩散或者火灾发生，使得操作人员不能接近事故点，所以人工切断按扭一定要远离泄漏的地方，远程操作。

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4.3水在LNG事故中的作用及水幕系统的设置4、LNG装置安全设计探讨（1）.水在LNG事故中的作用水不能扑灭LNG火灾，也有可能加速LNG气化，不发生火灾时尽量不用水，水的作用是：泄漏但未发生火灾时：①雾状水枪的驱赶作用，将LNG蒸气向相对安全的方向驱赶；②抢险需关闭阀门时提升温度，使抢险人员容易接近事故点③水可以中和导走静电；④微量泄漏时加速气化，以利扩散；⑤提升温度防止冻坏常温设备。发生火灾时：①给着火罐或相邻罐喷淋降温降温，冷却储罐，防止储罐热膨胀；②喷淋的水帘隔绝火焰直接烘烤，降低火焰热辐射强度；③与熊熊燃烧的大火相比水加速气化的作用不大。

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4.3水在LNG事故中的作用及水幕系统的设置4、LNG装置安全设计探讨（2）.水幕系统的设置除储罐本体设备固定喷淋系统外EN1473《液化天然气设备：陆上装置设计》要求设置水幕系统，即在储罐区周围、装置区周围一定距离设置架空的水幕系统，其作用一是在对LNG蒸气围堵，防止蒸气扩散，事故扩大化。二是水幕系统对LNG火灾与周边设施起到隔离作用，降低LNG火灾的热辐射强度，保护周边居民的人身安全。

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4.4冷剂压缩机厂房的安全设计4、LNG装置安全设计探讨（1）混合冷剂泄漏后，比重小的组分上浮比重大的组分可能下沉，然后随着空气加热再上浮到厂房顶部，故应设置低式和高式并举的可燃气体泄漏报警装置。（2）自然通风和机械通风结合的原则，要以自然通风为重，下进冷风，上出热风。

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4.5大型储罐选择原则4、LNG装置安全设计探讨（1）大型储罐的管口尽量从储