液化天然气安全技术2

综合服务处燃气公司液化天然气安全技术六、LNG储存中的安全问题

液化天然气在储存期间，无

论隔热效果如何好，总要产生一定数

量的蒸发气体。储罐容纳这些气体的数量

是有限的，当储罐内的工作压力达到允许最

大值时,蒸发的气体继续增加,会使储罐

内的压力上升。LNG储罐的压力控制

对安全储存有非常重要的意义。涉及

到LNG的安全充注数量，压力控制与保

护系统和储存的稳定性等诸多因素。213储罐材料液化天然气储存安全技术主要有以下几方面：LNG充注储罐的地基材料的物理特性应适应在低温条件下工作，如材料在低温工作状态下的抗拉和抗压等机械强度、低温冲击韧性和热膨胀系数等。储罐的充注管路设计应考虑在顶部和底部均能充灌，这样能防止LNG产生分层，或消除已经产生的分层现象。应能经受得起与LNG直接接触的低温，在意外情况下万一LNG产生泄漏或溢出，LNG与地基直接接触，地基应不会损坏。储罐的隔热安全保护系统45隔热材料必须是不可燃的，并有足够的牢度，能承受消防水的冲击力。当火蔓延到容器外壳时，隔热层不应出现熔化或沉降，隔热效果不应迅速下降。储罐的安全防护系统必须可靠，能实现对储罐液位、压力的控制和报警，必要时应该有多级保护。表6LNG储罐技术特性序号设备名称规格型号数量1LNG

储罐材质：16MnR/0Cr18Ni9；绝热形式：真空、膨胀珍珠岩；重量：39832kg；工作介质：LNG；水容积：105m3；设计压力：0.94MPa；最高工作压力：0.8MPa；试验压力：1.08MPa；设计温度：-196℃/50℃；蒸发率：2.5-8‰(6-8‰)；容器类别：Ⅲ类；外形尺寸：Ф3500×17190mm；安全阀开启压力0.84。

66.1LNG储罐充注前应具备的条件

对于任何需要充注LNG或其它可燃介质的储罐或管路，如果储罐或管路中是空气，不能直接输入LNG，需要对储罐或管路进行惰化处理，避免形成天然气与空气的混合物。如储罐包括管路系统在首次充注LNG之前和LNG储罐在需要进行内部检修时，修理人员进去作业之前，也不能直接将空气充入充满天然气气氛的储罐内，而是在停止使用以后，先向储罐内充入惰化气体，然后再充入空气。操作人员方能进入储罐内进行检修。惰性气体氮气液态二氧化碳液态氮二氧化碳LNG储罐充注前应具备的条件充注LNG之前，还有必要用LNG蒸气将储罐中的惰化气体置换出来，这个过程称为纯化。用惰性气体将储罐内和管路系统的空气或天然气置换出来，使罐内的气体中的含氧量达到安全的要求,然后才能充注可燃介质,这个过程称为惰化。纯化惰化纯化的方法用气化器将LNG气化并加热至常温状态，然后送入储罐，将储罐中的惰性气体置换出来，使储罐中不存在其它气体。纯化工作完成之后，方可进入冷却降温和LNG的加注过程。

为了使惰化效果更好，惰化时需要考虑惰性气体密度与储罐内空气或可燃气体的密度，以确定正确的送气部位。天然气各组分与空气的相对密度见表7。表7天然气各组分与空气的相对密度介质

名称相对分

子质量相对密度（以空气为基准）着火温度/℃燃烧范围（%）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

有关LNG的管路和设备等也同样需要进行惰化处理，处理方法是一样的。

低温液化气体储罐必须留有一定的空间，作为介质受热膨胀之用，不得将储罐充满。充灌低温液体的数量与介质特性，与设计的工作压力有关，LNG储罐的最大充注量对安全储存有着非常密切的关系。考虑到液体受热后的体积将会膨胀，可能引起液位超高，而液位超高容易引起LNG溢出，因此，必须留有一定的空间。6.2LNG储罐的最大充装容量LNG在储存过程中会由于储罐的“环境漏热”而缓慢蒸发，导致储罐的压力逐步升高，最终危及储罐安全。6.4.1LNG储罐的超压保护：

LNG储

罐超压保护安装自力式减压调节阀压力报警手动放空安全阀起跳三级安全保护6.4.2LNG储罐的过量充装与低液位保护

LNG的充装数量主要通过罐内的液位来控制。在储罐上装设有测满口和差压式液位计两套独立液位系统，用于指示和测量储罐液位。LNG储罐防过量充装装置有：高液位报警器（充装量85%）紧急切断（充装量95%）低限报警（剩余10%LNG）

储罐高液位（最大罐容）95%是按工作压力条件下饱和液体的密度设定的，实际操作中须针对不同气源进行核定（下调）。

LNG储罐的内部压力控制是最重要的防护措施之一，必须控制在允许的震颤力范围之内。罐内压力过高或过低（出现负压），对储罐都是潜在的危险。影响储罐压力的因素很多，诸如热量进入引起液体的蒸发、充注期间液体的快速闪蒸、大气压下降或错误操作，都可能引起罐内压力上升。另外，如果以非常快的速度从储罐向外排液或抽气，有可能使罐内形成负压。6.3LNG储罐的压力控制

1、储罐的正常工作压力由自力式增压调节阀的定压值（后压）所限定和控制。储罐的允许最高工作压力由设置在储罐气相出口管道上的自力式减压调节值（前后）所限定和自动控制。

2、当储罐正常工作压力低于增压阀的开启压力时，增压阀开启自动增压；当储罐允许最高工作压力达到减压阀设定开启值时，减压阀自动开启卸压，以保护储罐安全。

3、为保证增压阀和减压阀工作时互不干扰，增压阀的关闭压力与减压阀的开启压力不能重叠，应保证0.05Mpa以上的压力差。例如，若增压调节阀的关闭压力设定为0.693Mpa，则减压调节阀的开启压力为0.76Mpa。考虑两阀的实际制造精度，合适的压力差应在现场安装阀门精心调试确定。

LNG

储罐压力控制的方法

6.4液化天然气储存中的涡旋现象及涡旋预防的技术措施6.4.1涡旋现象

液化天然气储运过程中,会发生一种被称为“涡旋”的非稳性现象。涡旋是由于向已装有LNG的低温储槽中充注新的LNG液体,或由于LNG中的氮优先蒸发而使储槽内的液体发生分层。分层后的各层液体在储槽周壁漏热的加热下，形成各自独立的自然循环。该循环使各层液体的密度不断发生变化，当相邻两层液体的密度近似相等时，两个液层就会发生强烈混合，从而引起储槽内过热的液化天然气大量蒸发引发事故。6.4.2涡旋预防的技术措施

LNG涡旋是由分层引起的，因此防止分层即可预防涡旋。防止分层的方法：

不同产地、不同气源的LNG分开储存，可避免因密度差而引起的LNG分层。

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根据需储存的LNG与储槽内原有的LNG密度的差异，选择正确的充注方法，可有效地防止分层，充注方法的选择一般应遵循以下原则：①密度相近时一般底部充注;

②将轻质LNG充注到重质LNG储槽中时，宜底部充注;③将重质LNG充注到轻质LNG储槽中时，宜顶中充注。3

使用混合喷嘴和多孔管充注，可使充注的新LNG和原有的LNG充分混分，从而避免分层。6.5间歇泉和水锤现象

LNG充装管线较长，管路阀门处会有较多的漏冷，管内产的BOG需要积聚到一定的压力升到储液面，这部分BOG温度较高，上升时与液体进行热交换，液体大量闪蒸，使储罐内压力骤然上升，有可能导至储罐安全阀开启。在管内液体被BOG推向储罐的同时，管内空间被排空。罐内液体会迅速补充到管内，又重新开始BOG的积聚过程，一段时间后再次形成喷发，这种间歇时喷发成为间歇泉；6.5.1间歇泉6.5.2水锤现象系统被周期性减压和增压，则形成液体不断地排空和充注。管道中有可能产生一种类似于水击现象的LNG液体冲击波，这称为水锤现象。这种高压有可能造成管路中的垫圈和阀门损坏。七、管路和阀门的安全要求管道系统的材料应不仅能够承受正常运行温度，还应能承受可能遇到的紧急状况的极限温度。管道系统应有良好的统热或其它措施，防止管道在极端温度下出现的损坏。在紧急情况下，若管路暴露在燃烧的环境中，应将其与火焰隔离并截断管内流体流动。对于储罐的输液管线、冷箱等部件，损坏后有可能释放出大量的可燃流体，应该有防火材料保护。管路接头处一般不采用铝、铜合金等材料。管道系统不允许使用F型接管、螺旋焊接结构和对接焊的焊接结构。铸铁类的管道也不允许使用。与容器连接的管路，如果口径大于25mm，并有液体经过的妆头处，应当装备至少一个能自动关闭的阀门，或能远程控制的快速截止阀。用于LNG或低温流体管路的管架，在设计时应注意避免产生过高的热量传导，引起结冰或支架材料的脆裂。管径小于等于50mm的管路，可以采用螺纹、焊接或法兰等密封结构。而50mm以上的LNG管路，接头不能使用压紧式法兰或螺纹连接的密封结构。可采用焊接的法兰接头，焊接材料的熔点应在540℃以上。

工作温度低于-30℃的管路，其支撑结构应尽量减少传热，避免结冰。在低温下工作的波纹形膨胀节内部应有绝热措施，避免在波纹上形成冰。八、装卸作业234进行LNG装卸作业时，应有具有资格认证的操作人员始终参与操作。操作说明书不仅应标明正常的操作方法，也应标明紧急状态的应急措施。进行LNG输送时装卸区域应杜绝一切火源；应有“禁止吸烟”的警示牌。进行LNG输送作业时，先对储罐内的液位进行检查；阀门也应检查和调整，开始时启动应缓慢。78如果压力或温度有异常，应立即停止操作，直到查明原因并予以纠正。在输关操作过程中，应严密关注压力和温度的变化情况。LNG输送管道应安装液体和气体的排放接头，使输送管在卸开连接之前，排空内部的残液，排放口应连通到比较安全的地方。在LNG输送作业期间，整个系统不得进行重大的维修槽车在进行装卸作业时，周围禁止车辆通行。输液管连接到槽车之前，气车应用垫块垫稳并刹车；并按要求设立警示牌或警示灯；关闭槽车发动机。发动机只能在槽车输送管路断开以后，并且在所有排出的蒸气都彻底散开后才能启动。对输送管应定期的检查是否存在损坏或缺陷，一般至少每年检查一次，检查压力为最大工作压力。九、消防和防护

为了将可燃介质泄漏造成的危害降到最低。应设置有消防安全设备，以及泄漏和溢出的控制装置，同时还包括工厂安全保障的基本措施。所有的LNG设施均应配备消防设备。

防护的范围需要对实际情况进行分析和评估。评估包括下列内容：(1)可燃介质的泄漏检测及控制所需要的设备类型、数量和位置。(2)非工艺性火险情和电气产生的火灾所需要的检测和控制设备类型、数量和位置。(3)保护设备和建筑免受火灾影响的必要方法。(4)消防用水系统。(5)灭火及其它火势控制设施。(6)紧急关闭系统（ESD）中的设备和工作过程。(7)紧急关闭系统必要的传感器的类型和位置。(8)紧急情况下厂区人员的职责，以及外部接应人员应采取的应急措施。(9)执行紧急责任人员所需的保护装置和特别训练。不管火灾是否发生，都应准备详细的事故处理措施，防止潜在的隐患发展成为事故。这些措施包括（但不限于）以下内容：①设备的关闭或隔离措施，确保切断可燃流体的流失或尽可能减少流失。②消防设施的使用。③急救。④工作人员的职责。操作控制室中应常备故障处理手册。故障处理手册应根据设备或工序的改变而不断更新内容。所有的工作人员应针对他们在故障处理手册中分工的职责进行培训。负责使用消防设备的或其它应急设备的人员，应经过培训，并至少每年训练一次。可燃气体引发的火灾（包括LNG引起的火灾），应在燃料源切断后才能扑灭。控制区内禁止吸烟和非工艺性火源。焊接、切割及类似的操作只能在特别批准的时间和地点进行。有潜在火源的车辆或其它运输工具禁止进入围堰区，与装有LNG或可燃液体的储罐和设备的距离至少在15m以上。除非经过特别批准，并有全程保护监视的地区或用在特殊目的的装卸货物的工区。对于那些可能发生的可燃气体积集和LNG荧光屏4而引发火灾的地区，应进行监控。监控的内容主要有低温和可燃气体。应有完备的消防用的水系统，提供足够的水来保护暴露的设备，冷却储罐的表面、管道和阀件，并控制火焰向未着火的地方蔓延。LNG设施内和槽车上的关键位置，应有便携式或轮式灭火器，应能扑灭气体发生的火灾。1234LNG储罐。567以下设施应有外层防护栏、围墙等。这些设施包括：有工艺设备或控制设备的建筑。可燃制冷剂储罐。可燃液体储其它危险物的存放区域室外的工艺设备区域。沿岸的