淺談LNG加氣站的安全問題

[摘 要] 隨著LNG汽車的推廣，LNG加氣站的建設(shè)也在不斷增加，在加氣站運(yùn)行過程中人們對(duì)其安全問題非常重視。LNG泄露造成的冷灼傷及其爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)性是LNG加氣站安全問題的主要原因，文章針對(duì)這些方面總結(jié)LNG加氣站設(shè)計(jì)及安全運(yùn)行應(yīng)注意的事項(xiàng)。

[關(guān)鍵詞] 液化天然氣；LNG加氣站；安全運(yùn)行

[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2016.28.106

天然氣作為清潔能源，是汽車的優(yōu)質(zhì)代用燃料。近年來，它已被世界許多國(guó)家重視和推廣。按照天然氣的儲(chǔ)存方式不同，天然氣汽車大致分為CNG 汽車（壓縮天然氣汽車）、LNG汽車（液化天然氣汽車）。目前我國(guó)對(duì)天然氣汽車的發(fā)展也非常重視。用LNG作為汽車燃料特別值得推廣，與CNG相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，如汽車?yán)m(xù)駛里程長(zhǎng)、儲(chǔ)存能量大、壓力低、噪聲低、更清潔等。目前，我國(guó)在將 LNG用于汽車運(yùn)輸、水上運(yùn)輸?shù)确矫娣e累了許多經(jīng)驗(yàn)。

1 概 述

LNG加氣站工藝流程為L(zhǎng)NG由LNG槽車運(yùn)至站區(qū)后，用潛液泵和增壓器聯(lián)合將槽車中的LNG卸至LNG儲(chǔ)罐中；加氣時(shí)通過潛液泵，將LNG儲(chǔ)罐中的LNG通過加氣機(jī)送入汽車的車載氣瓶里。站內(nèi)物料主要為液化天然氣（LNG），LNG是以甲烷為主的液態(tài)混合物，常壓儲(chǔ)存溫度約為-163℃。泄漏后通過吸熱蒸發(fā)，會(huì)生成白色蒸氣云。當(dāng)氣體溫度繼續(xù)被空氣加熱時(shí)，會(huì)在空氣中快速擴(kuò)散，LNG液態(tài)密度約為準(zhǔn)狀態(tài)下氣態(tài)體積的600倍。天然氣與空氣混合后，體積百分?jǐn)?shù)在一定的范圍內(nèi)會(huì)形成爆炸范圍， 其爆炸下限約為4.6%，上限約為14.57%。由于LNG的低溫特性，大量泄漏后由于不能及時(shí)蒸發(fā)會(huì)對(duì)其周邊設(shè)施形成危害，同時(shí)低溫液體也會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生低溫灼燒、凍傷等危害。故LNG加氣站主要存在的危險(xiǎn)危害為：①LNG泄漏后氣化與空氣混合有可能產(chǎn)生火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)；②泄漏后可能對(duì)人體造成冷灼傷或凍傷；③LNG泄漏后在空氣中濃度過大時(shí)可能對(duì)人體造成窒息。

2 危險(xiǎn)性分析

2.1 裝置的危險(xiǎn)性

LNG儲(chǔ)罐通常采用真空粉末絕熱形式，雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒為0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼，外筒為碳鋼板材制造，內(nèi)外筒之間用珠光砂填充并抽真空絕熱，最大的危險(xiǎn)性在于真空破壞，絕熱性能下降。從而使儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG因受熱而大量氣化，儲(chǔ)罐內(nèi)壓力快速上升。

LNG潛液泵進(jìn)、出口可能因連接管道的密封失效產(chǎn)生泄漏。

LNG加氣機(jī)直接給汽車加氣，其接口為軟管連接。接口處容易漏氣，也可能因脫落或軟管爆裂而泄漏。

2.2 工藝管道的危險(xiǎn)性

2.2.1 保冷失效

LNG液相管道為低溫深冷管道，采用聚氨酯發(fā)泡保溫絕熱或真空管絕熱，當(dāng)絕熱層由于其他原因使絕熱性能下降時(shí)，液相管道內(nèi)壓力會(huì)上升。

2.2.2 管道振動(dòng)

在LNG加氣過程中，由于加氣車輛的間斷性，加氣裝置需反復(fù)開停，液相管道內(nèi)的液體流速發(fā)生變化使液體的動(dòng)量改變，反映在管道內(nèi)的壓強(qiáng)迅速上升或下降，同時(shí)伴有液體水擊的聲音，這種現(xiàn)象叫作液擊現(xiàn)象（或稱水錘或水擊）。水擊現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管道局部受力不均使其爆裂，有時(shí)也可能造成管道振動(dòng)。

在LNG的液相管道中，管內(nèi)液體在流動(dòng)的同時(shí)，由于吸熱、摩擦等原因，有部分液體要汽化為氣體，這種有相變的兩相流因流體的體積發(fā)生突然的變化，流體的流型和流動(dòng)狀態(tài)也受到擾動(dòng)，管道內(nèi)的壓力可能增大，這種情況可能激發(fā)管道振動(dòng)。

當(dāng)汽化后的氣體在管道中以氣泡的形式存在時(shí)，有時(shí)形成“長(zhǎng)泡帶”；當(dāng)氣體流速增大時(shí)，氣泡隨之增大，其截面可增至接近管徑，液體與氣體在管子中串聯(lián)排列形成所謂“液節(jié)流”，這兩種流型都有可能激發(fā)管道振動(dòng)，尤其是在流經(jīng)彎頭時(shí)振動(dòng)更為劇烈。

2.2.3 管道中蒸發(fā)氣體可能造成“間歇泉”現(xiàn)象

與LNG儲(chǔ)罐連接的液相管道中的液體可能吸熱而產(chǎn)生氣體，當(dāng)氣體量小時(shí)壓力較小，不能及時(shí)地上升到液面，隨著吸熱的不斷增加，蒸發(fā)氣體增大，壓力增大克服儲(chǔ)罐中的靜壓時(shí)，氣體會(huì)突然噴發(fā)，噴發(fā)時(shí)將管路中的液體也推向儲(chǔ)罐內(nèi)，管道中氣體、液體與儲(chǔ)罐中的液體進(jìn)行熱交換，儲(chǔ)罐中液面發(fā)生閃蒸現(xiàn)象，儲(chǔ)罐壓力迅速升高，當(dāng)管道中的液體被推向儲(chǔ)罐后管內(nèi)部分空間被排空，儲(chǔ)罐中的液體又迅速補(bǔ)充到管道中，管道中的液體又重新受熱而產(chǎn)生蒸發(fā)，一段時(shí)間后又再次形成噴發(fā)，重復(fù)上述過程，這種間歇式的噴發(fā)有如泉水噴涌，故稱為“間歇泉”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象使儲(chǔ)罐內(nèi)壓力急劇上升，致使安全閥開啟。

2.3 生產(chǎn)過程中的危險(xiǎn)性

2.3.1 儲(chǔ)罐液位超限

LNG儲(chǔ)罐在生產(chǎn)過程中要防止液位超限，進(jìn)液超限可能使多余液體從溢流閥流出，此時(shí)，監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)，并連鎖關(guān)閉閥門，避免事故發(fā)生。

2.3.2 LNG設(shè)施的預(yù)冷

LNG儲(chǔ)罐在進(jìn)液前需預(yù)冷，工藝管道每次使用前需要預(yù)冷，如預(yù)冷速度過快或者不進(jìn)行預(yù)冷，有可能使設(shè)備發(fā)生脆性斷裂和冷收縮引發(fā)泄漏事故，易使現(xiàn)場(chǎng)操作人員冷灼傷，或者大量泄漏導(dǎo)致更大災(zāi)難發(fā)生。

3 防范措施

3.1 防火安全設(shè)計(jì)

3.1.1 控制防火間距

加氣站主要設(shè)備與站外建、構(gòu)筑物的防火間距，加氣站內(nèi)主要設(shè)施與建、構(gòu)筑物之間的防火間距嚴(yán)格按照現(xiàn)行《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，不小于規(guī)范要求的間距。工藝設(shè)施界區(qū)內(nèi)如儲(chǔ)存區(qū)（攔蓄區(qū)）采用不發(fā)火地面。

3.1.2 設(shè)置攔蓄區(qū)

攔蓄區(qū)由防護(hù)堤（也稱圍堰）構(gòu)成，根據(jù)規(guī)范要求LNG儲(chǔ)罐的周圍應(yīng)設(shè)置攔蓄區(qū)，攔蓄區(qū)的作用是在發(fā)生泄漏時(shí)，為防止液體流淌蔓延，將液體限制在一定區(qū)域內(nèi)。

3.1.3 出入口分開設(shè)置

站區(qū)內(nèi)加油、加氣車輛的出入口分開設(shè)置，方便消防車輛的出入。

3.1.4 裝置露天化、敞棚化

LNG氣體泄漏后擴(kuò)散、揮發(fā)迅速，與空氣混合后容易形成爆炸混合物。密閉房間內(nèi)部易積聚氣體，易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。因此站內(nèi)裝置露天化、敞棚化，如LNG儲(chǔ)罐采用露天化布置，加氣區(qū)是經(jīng)常性工作場(chǎng)所，采用四周完全敞開的罩棚。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）工藝設(shè)備如LNG儲(chǔ)罐、管道設(shè)置安全閥，系統(tǒng)超壓時(shí)進(jìn)行集中放散。

（2）系統(tǒng)設(shè)置緊急停車系統(tǒng)，系統(tǒng)在不正常情況下或不受控制情況下立即切斷液源，緊急停車。

（3） 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儀表及自動(dòng)控制。儲(chǔ)罐、管道、潛液泵進(jìn)出口、加氣機(jī)等工藝裝置設(shè)計(jì)有壓力、液位、溫度、流量等監(jiān)測(cè)儀表。儲(chǔ)罐和加氣區(qū)附近設(shè)置有可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警器。

上述儀表均可現(xiàn)場(chǎng)顯示并遠(yuǎn)傳到控制系統(tǒng)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序進(jìn)行判斷，預(yù)先報(bào)警，緊急自動(dòng)停車。

（4）電氣設(shè)計(jì)。所有電氣設(shè)備外殼一律接地，防止人身觸電。按規(guī)范對(duì)儲(chǔ)罐、管道、鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防雷接地，防止雷電引起火災(zāi)爆炸事故。

3.3 事故搶救、疏散和應(yīng)急措施

站內(nèi)配置防冷灼傷、凍傷藥物。配置防護(hù)、防毒面具，以便事故搶修。培訓(xùn)教育職工，學(xué)習(xí)自救、互救常識(shí)，如人工呼吸等。站內(nèi)平時(shí)注意通道暢通，便于疏散。制訂事故應(yīng)急方案，平時(shí)注意演練。

4 結(jié) 論

天然氣作為一種清潔能源，必將成為未來能源發(fā)展的方向，天然氣汽車及加氣站也將得到進(jìn)一步推廣。因此，加氣站的安全運(yùn)行就顯得更加重要，深入理解和重視安全問題在加氣站運(yùn)行中的重要性，將大大提高加氣站運(yùn)行的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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[2]顧安忠.液化天然氣技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[作者簡(jiǎn)介] 崔靜（1984—），女，漢族，天津人，工學(xué)學(xué)位本科，天津市化工設(shè)計(jì)院工程師。研究方向：城鎮(zhèn)燃?xì)狻?