液化天然气LNG溢出或泄漏

液化天然气LNG溢出或泄漏LNG溢出能使现场的人员处于非常危险的境地。这些危险包括低温灼伤、冻伤、体温降低、肺部伤害、窒息等。当蒸汽云团被点燃发生火灾时，热辐射也将对人体造成伤害。在意外情况下，如果系统或设备发生LNG溢出或泄漏，LNG在短时间内将产生大量的蒸汽，与空气形成可燃的混合物，并将很快扩散到下风处。于是，产生LNG溢出的附近区域均存在发生火灾的危险性。LNG蒸汽受热以后，密度小于空气，有利于快速扩散到高空大气中。蒸汽扩散的距离与初始溢出的数量、持续的时间、风速和风向、地形，以及大气温度和湿度有关。从对LNG溢出的研究表明：风速比较高时，能很快地驱散LNG蒸汽云团；风速较低（或无风）时，蒸汽云团主要聚集在溢出附近。移动的蒸汽云团容易产生燃烧的区域，主要是在可见气云团的周围，因为这些区域内的部分混合气体处于燃烧范围之内。LNG溢出或泄漏是属于一种比较严重的事故，由设备的损坏或操作失误等原因引起。正确评估LNG的溢出，以及蒸汽云团的产生与扩散，是有关安全的一个重要问题。溢出的LNG蒸发速度非常快，形成大量的蒸汽云。蒸汽云将四面扩散，比较危险的情况是遇到火源产生火灾。因为蒸汽的数量多，溢出的LNG能不断地蒸发和扩散。在蒸发和扩散过程中，如果遇到有风的情况，火灾可能迅速蔓延。而且火灾本身也能产生强劲的空气对流。因此，在考虑人员和设备的安全问题时，应重视风和火的相互作用的影响。最危险的情况是由于燃烧产生强烈的空气对流，能对LNG设备造成进一步的损坏，扩大事故的严重性。LNG的溢出可分为溢出到地面和水面两种类型。4.1LNG溢出到地面主要是指陆地上的LNG系统，因设备或操作原因，使LNG泄漏到地面。由于LNG与地面之间存在较大温差，LNG将吸收地面的热量而迅速气化，这是一个非常快速的气化过程，初期的气化率很高，只有当土壤中的水分被冻结以后，土壤传递给LNG的热量逐渐地减少，气化速率才开始下降。另外，周围空气的传导和对流，以及太阳辐射也会增加LNG的气化速率。在考虑系统或设备的安全问题时，应考虑两方面的问题：首先是设备本身，在万一发生泄漏的情况下，设备周围应具备有限制LNG扩散的设备（围堰或蓄液池），应使LNG影响的范围尽可能缩小；其次是LNG溢出后，抑制气体发生的速率及影响的范围。围堰是用于液化天然气储罐发生泄漏时，防止LNG扩散的设施。围堰内的容积应足够容纳储罐内的液态天然气。在某些设计中，则在储罐周围的地面采用低热导率的材料，如用具有隔热作用的水泥围起来，以减少蒸发的速率。另一种减少蒸发速率的安全措施是围绕围堰，安装有固定的泡沫发生器，在发生LNG溢出时，泡沫发生器喷出泡沫，泡沫覆盖在围堰中的LNG上面，即可以减少来自空气的热量，降低了LNG蒸发产生的速率。目前有一些新的设计理念，储罐周围不设围堰。LNG储罐安装在一钢筋混凝土的外壳上，内罐通常使用9Ni钢制造。如果内罐发生溢出或泄漏，逸出的液体包含在水泥外壳的内部，液体表面暴露于空气的面积相对很小，气体产生的速度比LNG围堰内要小得多。比较危险的是LNG气体在飘散的过程中，可能遇到点火源，然后产生燃烧，火焰顺着蒸汽云往回蔓延到蒸汽发生点，对设施具有潜在的毁坏作用。4.2LNG溢出到水面LNG溢出到水面上时，水面会产生强烈的扰动，并形成少量的冰。气化的情况与LNG溢出到地面差不多，当然，溢出到水面的蒸发速度要快的多。而且水是一个无限大的热源，水的流动性为LNG的气化提供了稳定的热量。有关的LNG工业机构和航运安全代理机构，对LNG在水上溢出的情况进行了深入的研究。根据有关报道，LNG溢出到水面的蒸发速率为0.18㎏/m3.s,基本上不受时间的影响。LNG溢出到水面上，最重要的安全问题是蒸汽云的形成和引起火灾的可能性。在空旷的地方，LNG产生的蒸汽云一般不会产生爆炸，但有可能引起燃烧和快速蔓延的火灾。蒸汽云产生以后，主要有两个方面的问题：一是随着蒸汽云的扩散方向，如果在下风向存在高温热源或火源，就有可能点着这些可燃气体云团；二是天然气云团被点着以后，火焰的扩散及火焰产生的热流，点燃飘逸的天然气云团。蒸汽云团在大气中的扩散是个令人关注的问题。一旦发生类似的事故以后，需要利用气象学方面的技术，对可能扩散到的区域，提前进行预报，预先采取防火和防空气污染的措施。表8-5LNG和液氮在水面上的蒸发量和热流范围。蒸发条件蒸发率/（㎏/㎡.s）热流密度/（103W/㎡）最大值平均值最大值平均值LNG在水面蒸发0.229-0.3030.146-0.159132.5-176.684.9-113.3LNG在冰上蒸发0.332-0.7320.171-0.190192.4-328.199.1-123.0LN2在水面蒸发0.151-0.3420.063-0.17130.3-68.112.62-34.14.3LNG储罐处于火灾情况下的传热计算在设计时，要充分考虑火灾情况下对储罐的影响，绝热储罐周围发生火灾时绝热结构要经得起消防灭火剂的冲击，不会有移动，温度高达5380C时不溶化，如果绝热材料不能满足这些标准，将不能允许用作储罐的绝热。当LNG储罐暴露在火灾条件下，为防止储罐内的压力过高，应释放储罐内的气体。气体排放的量按照传热进行估算。这种特殊情况下的总热流可按下列公式计算：=71000FA0.82+式中,为总的流量(W);为液化天然气储罐的正常热损失(W);A为储罐所暴露的湿表面面积(M2);F为环境系数,见表8-6.表8-6环境系数基础环境系数有地基的储罐1.0有水的设备1.0减压或放空的设备1.0地下储罐0有热保护的设备F=K(904-Tf)/71000注:K为绝热系统在Tf至9040C温度之间的平均传热系数[W/(M2.K)];TFw为储罐内的介质在排气条件下的温度(0C).排气量按下式计算:Qm=B/r式中，qm为排气量；r为排气时的压力和温度条件下的气化潜热。4.4LNG泄漏或溢出后的蒸汽扩散对LNG的溢出，希望能够预测LNG蒸汽量与溢出距离和溢出时间的函数关系。这样可以通过用溢出的流量和时间来预测可能产生危险的区域。预测首先要估计溢出发生时产生的蒸汽量，有突然溢出和逐步溢出之分.突然溢出后,LNG的蒸发速率随着时间的增加而减少.逐步溢出的LNG则像在溢出到没有限制的水面上一样,蒸发很快.特别要考虑温度较低的蒸气,因密度比空气大,流出围堰后会四处弥散.LNG蒸气充满围堰后,然后会流出围堰,所需的时间要等于或大于达到稳定蒸发的时间.蒸气在达到稳定蒸流出围堰区.蒸气也有可能在充满围堰前,密度就已经减小,能上升扩散到空气中,这是比较理想的情况.溢出后蒸气量与溢出距离和溢出时间的关系有下类因素决定:1)LNG蒸气的产生速率.2)围堰等限制建筑的结构形式.3)大气条件,包括风速、垂直温度梯度及湿度。LNG蒸气的扩散与空气的情况有关。无风条件下的扩散，比较重的LNG蒸气受热上升前，只有少量的LNG蒸气与空气混合。蒸气从与之接触的地面、太阳辐射获取能量，同时冷凝和冻结大气中的水分。湿空气形成了可见的蒸气团。在无风条件下模拟LNG蒸气扩散的数学模型显示：高含量的LNG蒸气聚集在溢出点附近，随后由于温度上升，密度减少，空气的浮力作用使之扩散。溢出流量比较小的情况下，蒸气逐渐扩散和消失，而溢出流量很大是，蒸气扩散越来越严重。当蒸七受热后，开始上升，在上升过程中与空气混合。有风的条件下扩散时，LNG蒸气团被流动的空气带走，向下风方向移动。空气将LNG蒸气从溢出处带走的过程很复杂。在大气中，空气与温度很低的LNG蒸气混合，以及LNG蒸气被空气加热和混合气体变轻的过程也是很复杂的，和风速、垂直温度梯度、障碍物情况有关。虽然过程比较复杂，但也可以用数学模型来模拟。有些研究人员用数学模型模拟了大型围堰去LNG溢出后，产生的蒸气顺风扩散的情况。同样，在水面上的无限制溢出的情况也可以模拟。风俗和垂直温度梯度的共同作用，影响LNG蒸气的水平和垂直的扩散。LNG蒸气在扩散的过程中，温度倒置（指空气上部的温度不靠近地面的温度高），较低的风速将使混合过程变慢，并增加顺风方向的漂移距离。4．5LNG泄露或溢出的预防焊缝、阀门、法兰和与储罐壁连接的管路等，是LNG容易产生泄露的地方。当LNG从系统中泄露时，冷流体将周围的空气冷却至露点以下，形成可见雾团。通过可见的蒸气云团可以观测和判断有LNG的泄露。当发现泄露后，应当迅速判断装置是否需要立即停机，还是在不停机的情况下可将泄露处隔离和修复，事先应当制定评估泄露的标准并决定相应的措施。另外，安全规程中必须防止人员接近泄露的流体或冷蒸气，并尽量减少蒸气接近火源。工厂应当安装栅栏、警告标志、可燃气体检测器等设备。管路阀门的泄露阀门是比较容易泄露的部件。虽然LNG系统的阀门都是根据低温条件特殊设计的，但当系统在工作温度下冷却后，金属部分会产生严重的收缩，管路阀门可能产生泄露。需要充分考虑这种泄露的可能性应对措施，并安装必需的设备。另外，为了在冷却过程中操作调节这些部件，应当准备相应的工具和服装。总之，暴露在外部的LNG设备上的阀门，可以通过阀门上异常结霜来判断是否出现泄露。日常的检测可以有效地防止液的泄露。输送软管和连接处的泄露LNG从容器向外输送时，LNG在管路中流动，并有蒸气回流。由于温度很低，造成管路螺纹或法兰连接处的泄露。在使用软管输送LNG的情况下，软管本身也可能产生泄露。柔软的软管必须通过相关标准的压力测试，并在使用前对每一根管路进行检查，尽量减少泄露发生的可能性。当输送管万一发生发生泄露时，应当采取适当的措施将泄露处堵住，或切断输送，更换泄露部件。同时，个人安全保护和防止蒸气点燃等措施也要同时启动。3．气相管路的泄露在天然气液化、存储、汽化等流程中，液化流程使用的制冷也有可能产生泄露。连接液化部分和储罐的管路、气体回流管路及汽化环路都可能产生漏泄。当汽化器及其控制系统出现故障，冷气体和液体进入普通温度下运行的管路，造成设备的损坏。应当采取预防措施，使其能够迅速隔离产生泄露的管路和汽化器，同时采取紧急控制措施，阻止液体继续流入汽化器