LNG氣化站的安全設計

第27卷第7期煤氣與熱力Vol 27 No. 72007年7月GAS heatJul.2007液化天然氣LNG氣化站的安全設計朱昌偉,馬國光,李剛(1.西南石油大學(xué),四川成都610500;2.中海石油管道輸氣公司,海南?？?70105摘要:簡(jiǎn)述了ING的危險性和我國ING氣化站的發(fā)展現狀,從設計標準、總平面布置、圍堰區、儲罐、氣化器、ING輸送管道以及消防等方面論述了ING氣化站的安全設計。關(guān)鍵詞:液化天然氣;氣化站;儲罐;安全中圖分類(lèi)號:TU96文獻標識碼:B文章編號:1000-4416(2007)07-0020-04Safety Design of LNG Vaporizing StationZHU Chang-wei, MA Guo-guang, LI Gang(1. Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. CNoOC Gas Pipelining CoLtd, Haikou 570105, China)Abstract: The hazard of LNG and the current development status of LNG vaporizing station in Chi-na are introduced briefly. The safety design of LNG vaporizing station is discussed in aspects of designstandards, general arrang area, storage tanks, vaporizer, LNG transmission pipeline,fire control and so onKey words: LNG; vaporizing station; storage tank; safety1概述中國LNG供氣的序幕1.1LNG的危險性1目前國內已建成使用的LNG氣化站逾30座。①低溫的危險性:LNG的儲存和操作都在低隨著(zhù)新疆廣匯LNG廠(chǎng)于2004年投產(chǎn),以及廣東沿溫下進(jìn)行,一旦發(fā)生泄漏,會(huì )使相關(guān)設備脆性斷裂和海LNG接收終端的建成投產(chǎn),LNG供應在我國將形遇冷收縮,從而破壞設備,引發(fā)事故。并且,低溫成南、中、西的供應格局。加之LNG氣化工程的關(guān)ING能凍傷操作人員。鍵設備如低溫儲罐、氣化器、低溫閥門(mén)及運輸設備的②火災危險性:天然氣與空氣混合能形成爆國產(chǎn)化,可以預見(jiàn),在未來(lái)5年我國將會(huì )迎來(lái)LNG炸性混合氣體,爆炸極限(體積分數)為5%~15%。氣化站建設的高峰如果存在火源,極易著(zhù)火燃燒,甚至爆炸。2LNG氣化站的安全設計③對人體的危害:雖然LNG蒸氣無(wú)毒,但是2.1設計標準如果吸進(jìn)純的LNG蒸氣,人會(huì )迅速失去知覺(jué),幾分設計時(shí)可參考的國外標準主要有美國的NF鐘后死亡;當大氣中氧的含量逐漸減少時(shí),工作人員PA59A《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝卸標可能警覺(jué)不到而慢慢地窒息。準》、NFPA57《ING汽車(chē)燃料系統》等;國內標準2我國LNG氣化站的發(fā)展現狀有中國煤化工氣設計規范》;CB2001年中原油田建成了我國第一座生產(chǎn)型的501CNMHG設計防火規范》,(建LNG裝置,淄博LNG氣化站同時(shí)建成投產(chǎn),揭開(kāi)了筑議計切火觀(guān)范守。www.watergasheat.com朱昌偉,等:LNG氣化站的安全設計笫27卷第7期22總平面布置2切斷裝置,它應與全部的控制計量?jì)x表分開(kāi)設置。LNG氣化站總平面布置設計要合理地確定站e.為了避免儲罐內形成空氣與天然氣的混合氣內各作業(yè)區和設備的位置,以確保氣化站有一個(gè)安導致事故儲罐在首次使用或停止使用進(jìn)行內部檢全的環(huán)境。對于LNG的溢出,總希望能夠預測LNG修時(shí),要進(jìn)行惰化處理。蒸氣量與溢出距離和溢出時(shí)間的函數關(guān)系,這樣可f根據地質(zhì)、氣象等資料,分析發(fā)生地震、風(fēng)災、以通過(guò)溢出的流量和時(shí)間來(lái)預測可能產(chǎn)生危險的區雪災等自然災害的可能性及其特征,考慮儲罐的抗域震和抵御風(fēng)雪載荷的能力NFPA59A已經(jīng)對氣化站邊界線(xiàn)以外的人身和②LNG渦旋現象的預防財產(chǎn)的影響做了明確的安全要求,這些要求限制了渦旋現象( rollover),也稱(chēng)翻滾,通常出現在在邊界線(xiàn)的熱輻射量?，F在各種計算機軟件能夠模多組分的液化天然氣中,是由于向已裝有LNG的低擬LNG儲存設施周?chē)幕馂妮椛浜蜌怏w擴散濃度,溫儲罐中充注新的LNG,或由于LNG中的氮優(yōu)先蒸例如 LNGFIRE(ING燃燒的熱輻射模型)和DE-發(fā)而使儲罐內的液體發(fā)生分層而引起。在已有的GAIS(氣體擴散濃度程序)。些研究中,對該問(wèn)題的解釋是:密度較大的液體積聚2.3圍堰區在儲罐底部,而密度較小的液體處于儲罐頂部,底部圍堰區是指用混凝土、金屬等耐低溫材料在液體因受到上面液體重力的作用,壓力高于上部液LNG儲罐周?chē)ㄔ斓牡谭?、防護墻或排液系統所圍體,對應的蒸發(fā)溫度相應提高,且底部LNG具有成的區域。LNG儲罐周?chē)仨氃O置圍堰區,以將儲定的過(guò)冷度,蒸發(fā)速度較上部液體慢。外界熱量總罐發(fā)生事故時(shí)對周?chē)O施造成的危險降低到最小程是不斷由外向內傳遞,底部液體獲得熱量,其溫度升度高,密度減小,當底部液體密度小于上部液體密度2.4LNG儲罐時(shí),分層平衡將被破壞,形成渦旋現象,引起液體蒸LNG儲罐按結構形式可分為地下儲罐、地上金發(fā)率劇增。屬儲罐和金屬-預應力混凝土儲罐3類(lèi),地上LNG計算機模型已經(jīng)發(fā)展到能夠預測渦旋發(fā)生的時(shí)儲罐又分為金屬子母儲罐和金屬單罐2種。LNG間、分層和氣體釋放率,然而,渦旋發(fā)生時(shí)氣體釋放氣化站采用何種儲罐,主要取決于其儲存量。儲存率的峰值很難精確預測。因此,為避免渦旋的發(fā)生量為1200~5000m3時(shí)可采用金屬子母儲罐帶壓在設計時(shí)預防非常必要?？梢酝ㄟ^(guò)測量LNC儲罐儲存和常壓罐儲存。儲存量為1200m3以下的城內垂直方向上的溫度和密度來(lái)確定是否存在分層,市LNG氣化站,基本采用金屬單罐帶壓儲存。當分層液體之間的溫差>0.2K,密度差>0.5kg①LNG儲罐的安全措施23m3時(shí),一般認為發(fā)生了分層。防止發(fā)生渦旋現象的a.為保證儲罐及連接部件在ING及其冷蒸氣方法有下能正常工作,儲罐材料必須滿(mǎn)足低溫性能要求。a將不同產(chǎn)地、不同氣源的LNG分開(kāi)儲存,可暴露的儲罐隔熱層應防火、防水、阻燃、阻LNC蒸避免因密度差而引起的分層。b.根據需儲存的氣,并且在消防水的沖擊力作用下不會(huì )移動(dòng)。LNG與儲罐內原有LNG的密度差異,選擇正確的充b.儲罐之間需要有適當的凈距便于設備的安注方式。c.使用混合噴嘴和多孔管向儲罐中充注裝、檢查和維護。NFPA59A中的表2.2.4.1明確規NG。d.檢測LNG的蒸發(fā)速度,LNG分層會(huì )抑制定了ING儲罐之間的最小凈距和布置要求(2。ING的蒸發(fā)速度,使出現渦旋前的蒸發(fā)速度比通常c.儲罐的液相管上安裝緊急切斷閥,發(fā)生意外情況下的蒸發(fā)速度低。事故時(shí)切斷儲罐與外界的連通,防止儲罐內的LNG③儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率泄漏。每臺儲罐應設2套相互獨立的液位測量裝儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率能較為直觀(guān)地反映儲罐在使用置在選擇測量裝置吋應考慮密度的變化。在儲罐時(shí)的神性甘守%為沮的熱壓力容器在裝有真空層設壓力儀表,用于測量真空層的絕對壓力。大中國煤化本時(shí),靜止達到熱平d儲罐應當設置一個(gè)高液位報警器,使操作人衡后CNMHG溫液體質(zhì)量和容器員有足夠的時(shí)間停止進(jìn)料。儲罐應設置高液位進(jìn)料有效容積下低溫液體質(zhì)量的比值。LNG氣化站大第27卷第7期煤氣與熱力www.watergasheat多釆用50m3及100m3帶壓ING儲罐,文獻[5、6]料的屈服極限。通?？刹捎媒饘俨y管、管環(huán)式補對其靜態(tài)蒸發(fā)率的要求見(jiàn)表1。償器以及熱膨脹系數小的管材等方法解決。國家現行標準中沒(méi)有給出LNG儲罐蒸發(fā)率的2.7氣化站的消防上限標準,設計時(shí)可以參考液氮的標準。消防系統的安全設計原則是:盡量切斷氣源控表1立式和臥式低溫絕熱容器的靜態(tài)蒸發(fā)率制泄漏;對儲罐及鄰近儲罐的設備進(jìn)行冷卻保護,避Tab. 1 Static evaporation rate of vertical and horizontal免設備超壓造成更大的災害;將泄漏的LNG引至安yogenic adiabatic vessels絕熱形式容積/m}液氮靜態(tài)蒸發(fā)率(上限)/%統安全設計主要包括以下幾個(gè)部分,消防系全地帶氣化,避免燃燒擴大。根據以上原則,固定罐移動(dòng)罐罐式集裝箱高真空①緊急關(guān)閉系統0.1500.1500.240多層絕熱100每個(gè)LNG設備上都應裝備緊急關(guān)閉系統0.350(ESD),該系統可隔離或切斷LNG、可燃液體、可燃真空粉末0.25070.2400.380制冷劑和可燃氣體的來(lái)源,并關(guān)閉一些如繼續運行2.5氣化器可能加大或維持災情的設備LNG氣化器按其熱源的不同,可分為加熱氣化②火災和泄漏監控系統器、環(huán)境氣化器和工藝氣化器,其安全設計主要考慮該系統主要包括:設置在氣化器里的碳氫化合以下因素-3):物泄漏檢測器和設置在大氣中的可燃氣體檢測器①除非導熱介質(zhì)不可燃,否則氣化器及其熱在氣化區、儲罐區、外送泵區設置的紫外線(xiàn)或紅外線(xiàn)源與其他任何火源之間的水平凈距至少為15m,整火焰探測器,在控制室、電氣室以及消防泵房設置的體加熱氣化器到圍墻的水平凈距至少為30m。煙氣檢測器以及用來(lái)檢測LNG是否泄漏的低溫檢②氣化器到LNG、可燃制冷劑或可燃氣體儲測器罐的水平凈距至少為15m,到控制大樓、辦公室、車(chē)③消防水系統間等有人的重要建筑物的水平凈距至少為15m。消防水系統由消防泵房、消防水池、消防給水管③站內布置多臺加熱氣化器時(shí),各氣化器之道及消火栓、消防水槍等組成。水可用來(lái)控制LNG間的水平凈距至少為1.5m。產(chǎn)生大火,但不是滅火。如果將水噴到LNG表面,④安裝在距ING儲罐15m之內的任何環(huán)境會(huì )使LNG的蒸發(fā)率增大,從而使LNG的火勢更大。氣化器或加熱氣化器,均應在液體管道上設置自動(dòng)因此,不能用水直接噴淋到LNG或LNG蒸氣上。切斷閥,此閥應設置在距離氣化器至少3m處。用水的目的主要是將尚未著(zhù)火而火焰有可能經(jīng)過(guò)的⑤每臺氣化器應提供一種距氣化器至少15地方淋濕,使其不易著(zhù)火m的切斷熱源的方式。④干粉滅火系統⑥為防止泄漏的LNG進(jìn)入備用氣化器,可安干粉滅火劑是撲滅高壓力、大流量天然氣火災裝2個(gè)進(jìn)口閥門(mén),并采取安全措施排空積存在兩個(gè)的最有效措施。由于干粉滅火劑對燃燒物的冷卻作閥門(mén)之間的LNG和蒸發(fā)氣體。用很小,在撲滅較大規模的火災時(shí),如滅火不完全或⑦應設置恰當的自動(dòng)化設備,以避免ING及因火場(chǎng)中熾熱物的作用,容易發(fā)生復燃其蒸氣在異常情況下進(jìn)入輸配系統。⑤泡沫滅火系統2.6LNG輸送管道泡沫滅火劑可分為化學(xué)泡沫滅火劑、空氣泡沫在進(jìn)行ING管道設計中,不僅要考慮低溫液體滅火劑、氟蛋白泡沫滅火劑、水成膜泡沫滅火劑等。的隔熱要求還應特別注意因低溫引起的熱應力防LNG氣化站常采用高倍數泡沫滅火系統,滅火器噴止水蒸氣滲透避免出現冷凝和結冰、管道泄漏的探出大量泡沫覆蓋在泄漏的LNG上面,減少來(lái)自空氣測方法以及防火等問(wèn)題。LNG管道和其他低溫液體輸送管道一樣,管道的中國煤化工的速度的熱補償是一個(gè)需要細心考慮的重要問(wèn)題。兩個(gè)固CNMHG規范》(GB50140定點(diǎn)之間,由于冷收縮產(chǎn)生的應力可能遠遠超過(guò)材2005的規定,生產(chǎn)區為嚴重危險級場(chǎng)所,設置手提www.watergasheat.com朱昌偉,等:LNG氣化站的安全設計第27卷第7期式干粉滅火器和推車(chē)式干粉滅火器?？刂剖?、變電參考文獻室內配置手提式二氧化碳滅火器,以保證迅速有效[1]顧安忠,魯雪生,汪榮順,等.液化天然氣技術(shù)[M]地撲滅初期火災和零星火災。北京:機械工業(yè)出版社,2003⑦其他安全措施[2]NFPA59A,液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝卸標準合理進(jìn)行功能分區,將生產(chǎn)區、輔助區合理分開(kāi);選擇與防爆等級相適應的電氣設備,保證站區供3]CB50028—2006,城鎮燃氣設計規范[S][4]林文勝,顧安忠,李品友.液化天然氣的分層與渦旋研電系統的安全可靠性;對站內工作人員進(jìn)行定期培究進(jìn)展[冂].真空與低溫,200,(6):125-132訓,使其了解LNG特性及可能產(chǎn)生的危害和影響,[5]cB18442-20,低溫絕熱壓力容器[s了解防護用品的作用及正確使用方法;編制應急事[6JB4780-2002,液化天然氣罐式集裝箱[S]故處理預案等。[7]王蕾,李帆.LNG氣化站的安全設計[J]、煤氣與熱3結語(yǔ)力,2005,25(6):30-33.LNG設施在國外已安全、環(huán)保地運行了30年,[8]王忠.LNG站消防設計探討[冂].消防科學(xué)與技術(shù)但是,設計出既安全又經(jīng)濟的LNG氣化站仍是一項2001,(4):10-12挑戰。未來(lái)5年我國將建設更多更大規模的LNG作者簡(jiǎn)介:朱昌偉(1981男,河南虞城人氣化站,這些項目中將有不少選址在人口密集的地碩士生,研究方向為L(cháng)NG儲罐(槽)的設方,因此安全問(wèn)題更應引起高度重視。為適應我國LNG工業(yè)高速發(fā)展的需要,應盡快頒布我國的ING電話(huà):134389678設計、施工規范,以指導LNG應用領(lǐng)域的設計、施工E-mail: huchangwei2002@ 163和運行管理收稿日期:2006-09-18;修回日期:2006-11-2信息中國土木工程詹天佑獎簡(jiǎn)介為了推動(dòng)科技進(jìn)步,把當今優(yōu)秀科技成果應用于工程實(shí)踐中,創(chuàng )造出先進(jìn)的土木建筑工程,199年,中國土木工程學(xué)會(huì )與北京詹天佑土木工程科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會(huì )設立了中國土木工程詹天佑獎(以下簡(jiǎn)稱(chēng)詹天佑大獎)。詹天佑大獎是經(jīng)建設部認定、國家科技部核準的土木工程建設領(lǐng)域最高獎項(工程大獎),旨在獎勵和表彰我國在科技創(chuàng )新和科技應用方面成績(jì)顯著(zhù)的優(yōu)秀土木工程建設項目。本獎評選充分體現“創(chuàng )新性”(獲獎工程在設計、施工技術(shù)方面應有顯著(zhù)的創(chuàng )造性和較高的科技含量)、“標志性”(反映當今我國同類(lèi)工程的最高水平)、“權威性”(學(xué)會(huì )與政府主管部門(mén)協(xié)同推薦與遴選)。本項大獎是我國土木工程界工程技術(shù)方面的榮譽(yù)獎,每?jì)赡暝u選一次。大獎的評審由“大獎評選委員會(huì )”組織進(jìn)行。評選委員會(huì )由各專(zhuān)業(yè)土木工程專(zhuān)家組成。設大獎指導委員會(huì )負責工程評選的指導和監督。指導委員會(huì )由建設部、交通部、鐵道部等有關(guān)部門(mén)領(lǐng)導組成。對榮獲大獎的主要單位授予“詹天佑”金像和榮譽(yù)證書(shū);在獲獎工程上嵌掛“獲獎標牌”;在科技、建設及學(xué)術(shù)報刊上發(fā)表蕤獎名單,在評獎年度舉行頒獎大會(huì )。2000年5月30日在杭州舉行首屆中國土木工程詹天佑大獎頒獎大會(huì )。(本刊通訊員供稿中國煤化工CNMHG