LNG加氣站泄漏安全風(fēng)險分析與控制

嚴(yán)文銳 呂 佳

〔中國石化四川石油分公司 四川成都 610041〕

近年來，因油品質(zhì)量不合格、尾氣排放不達(dá)標(biāo)等問題，致使大氣PM2.5濃度超標(biāo)，霧霾天氣頻發(fā)，嚴(yán)重影響了人們的日常生活。LNG等替代新能源的發(fā)展刻不容緩[1]。十三五以來，國家和地方密集出臺多項政策，積極推動天然氣能源利用。LNG相比傳統(tǒng)燃料具有更高效、更環(huán)保、更安全、成本更低等競爭優(yōu)勢[2]，在交通運輸領(lǐng)域發(fā)展迅速，特別是2018年以來，LNG市場價格持續(xù)低位運行，與柴油對比經(jīng)濟(jì)性明顯提升，傳統(tǒng)柴油重卡更換符合國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)的LNG牽引車頭的勢頭迅猛。

由于市場的需求量增大，LNG加氣站也有較大發(fā)展。在國內(nèi)，由于LNG產(chǎn)業(yè)起步較晚，有關(guān)LNG方面的制度規(guī)范及相關(guān)操作規(guī)程相對滯后，LNG專業(yè)技能人才相對缺乏。同時，由于LNG具有低溫及易燃易爆雙重特性，導(dǎo)致LNG加氣站在運營過程中容易出現(xiàn)泄漏并導(dǎo)致火災(zāi)爆炸等事故[3]。為降低LNG加氣站泄漏安全風(fēng)險，有效防范火災(zāi)爆炸事故發(fā)生，通過劃分LNG槽車、卸車金屬軟管、潛液泵及管線、LNG儲罐、加液管線、阻火器及放空單元等節(jié)點，對LNG加氣站全過程泄漏安全風(fēng)險進(jìn)行識別分析，并探討應(yīng)對處理的控制措施[4]。

1 LNG工藝流程簡述

1.1 卸液流程

用低溫運輸槽車將LNG配送至LNG加氣站。卸液前，連接好槽車與卸液口增壓相、氣相及液相對應(yīng)管線，觀察槽車的壓力與儲罐的壓力情況，確定卸車方案。通過增壓相平壓、氣相平壓的方式實現(xiàn)儲罐壓力與槽車壓力基本相等，然后開展槽車自增壓流程。打開槽車增壓液相閥，讓LNG從增壓液相口流入增壓氣化器，LNG通過增壓氣化器壓力增大，轉(zhuǎn)化為氣相后通過氣相管線回到槽車，實現(xiàn)自增壓。槽車的壓力應(yīng)高于儲罐2 kg以上，但不能超過安全閥起跳壓力。打開槽車液相閥開始卸液。通過加氣站卸車接口、保冷管道、泵撬、閥門等將LNG接卸到低溫儲罐中。

1.2 加液流程

給車輛加液前，首先觀察車輛鋼瓶壓力，如果大于1 MPa需要進(jìn)行降壓回氣操作，待鋼瓶壓力低于0.9 MPa可進(jìn)行加液操作(如果長時間未使用加液機(jī)需要進(jìn)行預(yù)冷操作)。將加注管路通過專用的LNG加液槍與汽車上進(jìn)液接口相連接， LNG從儲罐經(jīng)過低溫潛液泵加壓途徑保冷管線、閥門、加液機(jī)等輸送至客戶車輛鋼瓶內(nèi)，同時用LNG流量計計算出輸送的液體，在控制面板上方顯示質(zhì)量(或標(biāo)方數(shù))和價格。其工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 LNG加氣站工藝流程

2 泄漏風(fēng)險分析

LNG加氣站的核心設(shè)備可分為三大部分：一是LNG儲罐；二是低溫潛液泵、加液機(jī)以及相關(guān)配套的低溫管線及閥門；三是PLC自動控制系統(tǒng)及相關(guān)的安全配套設(shè)施。LNG加氣站主要的危險源是LNG介質(zhì)本身。通過分析LNG介質(zhì)本身風(fēng)險及LNG槽車、卸車金屬軟管、潛液泵及管線、LNG儲罐、加液管線、阻火器及放空單元等環(huán)節(jié)泄漏風(fēng)險，并采取相應(yīng)措施控制LNG的意外泄漏，是控制LNG加氣站安全平穩(wěn)運行的關(guān)鍵。

2.1 LNG介質(zhì)

LNG為-150～-160 ℃的深冷液體，若有液體泄漏或飛濺，人體直接與LNG接觸，皮膚及皮膚以下組織迅速凍結(jié)，表皮與衣物或金屬黏接造成表皮撕裂，接觸時間過長時，人體骨骼將受到壞死性凍傷。受LNG低溫特性影響，金屬部件會出現(xiàn)明顯的收縮，加氣站銷量越大，卸液與充裝操作頻率越高，儲罐的焊縫、閥門、法蘭等部位遇冷收縮越頻繁，設(shè)備的應(yīng)力損傷越大，泄漏的風(fēng)險也相應(yīng)增大。

2.2 LNG槽車泄漏風(fēng)險

LNG槽車運輸LNG到站后，存在因故長時間未卸液，槽車內(nèi)LNG吸熱過多蒸發(fā)，或者LNG槽車卸車增壓操作時，操作人員失誤，增壓管路閥門開度不當(dāng)導(dǎo)致過多氣體生成等情況。從而導(dǎo)致LNG槽車超壓，LNG從槽車溢出，泄漏至環(huán)境，附近人員受LNG低溫傷害，如遇點火源存在火災(zāi)爆炸、人員傷亡風(fēng)險。

2.3 卸車金屬軟管泄漏風(fēng)險

目前國內(nèi)LNG加氣站卸液所采用的管線絕大部分為金屬軟管。卸液時金屬軟管因磨損等因素存在破裂的情況，導(dǎo)致LNG從軟管破裂部位溢出，泄漏至環(huán)境，附近人員受低溫傷害，如遇點火源存在火災(zāi)爆炸、人員傷亡風(fēng)險。

另一方面，卸液完成后，拆卸軟管時存在金屬軟管內(nèi)殘余LNG未能卸盡，或者空氣進(jìn)入軟管預(yù)冷結(jié)冰，再次卸車時堵塞管道或損壞機(jī)泵，甚至引起設(shè)備損壞破裂(凍脹)等情況，引起LNG從設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)泄漏，附近人員受低溫傷害，如遇點火源存在火災(zāi)爆炸、人員傷亡風(fēng)險。

2.4 潛液泵及管線泄漏風(fēng)險

在LNG接卸過程中，存在因操作人員失誤，卸車時LNG儲罐過度充裝，LNG從潛液泵或管線薄弱環(huán)節(jié)泄漏的情況，附近人員或受低溫傷害，如遇點火源存在火災(zāi)爆炸、人員傷亡風(fēng)險。

2.5 LNG儲罐泄漏風(fēng)險

LNG儲罐外罐材質(zhì)為Q345R碳鋼，內(nèi)罐材質(zhì)為06Cr19Ni10不銹鋼，內(nèi)外罐之間設(shè)有絕熱層并抽取真空。儲罐的設(shè)計壓力一般為1.2 MPa[5]。LNG站儲罐一般為露天設(shè)置，罐體在使用過程中受到陽光暴曬和雨水侵蝕。LNG儲罐存在因絕熱層受損，抽真空管路或測真空裝置泄漏等原因?qū)е抡婵斩葻o法維持，LNG吸熱過多蒸發(fā)，使儲罐內(nèi)壓力急劇上升，在安全閥泄壓速度小于升壓速度時，導(dǎo)致儲罐超壓的情況。在罐體壁厚小、根部法蘭等應(yīng)力集中區(qū)域破裂泄漏至環(huán)境，附近人員受低溫傷害，遇點火源存在火災(zāi)爆炸、人員傷亡風(fēng)險。

另一方面，LNG儲罐存在因槽車LNG密度與儲罐LNG密度差過大，儲罐進(jìn)液方式選擇錯誤，LNG在儲罐內(nèi)發(fā)生翻滾，壓力急劇升高導(dǎo)致儲罐超壓的情況，LNG從儲罐薄弱環(huán)節(jié)溢出，泄漏至環(huán)境，附近人員受低溫傷害，遇點火源存在火災(zāi)爆炸、人員傷亡風(fēng)險。

2.6 加液管線泄漏風(fēng)險

目前國內(nèi)LNG加氣站對外加液所采用的管線絕大部分為金屬軟管。在作業(yè)過程中，存在操作人員管線連接不當(dāng)，接口脫落或加液金屬軟管破裂等情況，LNG從加液軟管溢出，泄漏至環(huán)境，附近人員受低溫傷害，遇點火源存在火災(zāi)爆炸、人員傷亡風(fēng)險。

2.7 阻火器及放空系統(tǒng)泄漏風(fēng)險

在LNG加氣站運行過程中，存在阻火器堵塞，不能正常放空，或放空流程閥門誤關(guān)閉，不能正常放空的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)憋壓，LNG從阻火器或放空系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)泄漏，附近人員受低溫傷害，如遇點火源存在火災(zāi)爆炸、人員傷亡風(fēng)險。

3 風(fēng)險防控措施

3.1 工程技術(shù)類措施

采取工程技術(shù)類措施是提高LNG加氣站設(shè)備設(shè)施本質(zhì)安全的重要手段。目前LNG加氣站在日常運行過程中存在LNG儲罐銹蝕、罐區(qū)圍堰及地面破損、可燃?xì)怏w連鎖控制不到位、緊急切斷系統(tǒng)不完善、視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在盲區(qū)等問題，針對上述問題采取以下工程技術(shù)措施加以解決：①對LNG儲罐表面進(jìn)行隔熱防腐處理。對儲罐進(jìn)行底漆防腐固化處理、中間層使用環(huán)氧云鐵中間漆、面漆采用噴涂氟碳面漆，達(dá)到減少熱輻射及耐酸堿、耐氣溫變化、耐腐蝕等作用；②增設(shè)可燃?xì)怏w連鎖控制。在儲罐區(qū)域增設(shè)可燃?xì)怏w泄漏聲光報警檢測探頭，用于檢測監(jiān)控儲罐區(qū)域和LNG接卸區(qū)域泄漏情況，并與LNG控制系統(tǒng)連鎖。監(jiān)控室安裝氣體報警儀專用控制器，監(jiān)控站內(nèi)燃?xì)鉂舛葼顟B(tài)，實現(xiàn)實時讀數(shù)反饋異常信息，同時將控制信號接入LNG控制柜的PLC程序控制單元，與緊急制動系統(tǒng)聯(lián)動運行；③完善緊急切斷系統(tǒng)。在接卸區(qū)和加液現(xiàn)場新增緊急啟動開關(guān)，一旦發(fā)生異常情況，迅速啟動切斷LNG操作系統(tǒng)，阻止事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大；④對破損圍堰及其地面采用防凍材料進(jìn)行維護(hù)；⑤完善LNG加氣站視頻監(jiān)控探頭配置、配齊巡檢儀器、配齊通訊工具，做到日常作業(yè)和設(shè)備運行狀況監(jiān)控全覆蓋。

3.2 管理措施

管理措施主要是：①修訂完善LNG加氣站管理制度、操作規(guī)程、作業(yè)指導(dǎo)書等規(guī)章制度，完善各崗位職責(zé)，明確各項作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)流程；②加強(qiáng)LNG加氣站人員技能培訓(xùn)，相關(guān)人員必須熟知加氣站的工藝流程、設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理、崗位操作規(guī)程、設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)及消防器材的使用等，做到100%持證上崗； ③強(qiáng)化日常管理，定期開展儲罐、壓力管線、真空度及安全附件的檢測校驗工作，嚴(yán)格按照操作規(guī)程開展卸液作業(yè)，配備電子巡檢儀，每日定人、定時、定路線對儲罐區(qū)進(jìn)行安全巡檢，補(bǔ)充完善制作罐區(qū)、泵撬區(qū)及其他作業(yè)區(qū)域的工藝標(biāo)識標(biāo)牌、警示牌。

3.3 個體防護(hù)措施

個體防護(hù)措施主要是：①采購配齊LNG加氣站穿戴用防護(hù)手套、防護(hù)面罩、防護(hù)圍裙、防護(hù)耳罩、防阻燃靜電工作服、防靜電工作鞋等日常作業(yè)防護(hù)用品；②規(guī)范日常作業(yè)防護(hù)用品穿戴，監(jiān)督指導(dǎo)員工正確使用防護(hù)用品。

3.4 應(yīng)急措施

應(yīng)急措施主要是：①結(jié)合站內(nèi)實際情況編制修訂LNG加氣站泄漏專項應(yīng)急預(yù)案、編制應(yīng)急處置卡、制作應(yīng)急小視頻等，使各崗位應(yīng)急職責(zé)、關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)急處置流程更加清晰明確；②定期開展LNG加氣站泄漏應(yīng)急演練，熟悉掌握應(yīng)急處置流程，評估應(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行改進(jìn)；③配齊LNG加氣站應(yīng)急物資，包括巡檢儀器、安全帽、絕緣鞋、超低溫防護(hù)手套、超低溫防護(hù)服、防凍靴、消防隔熱服、正壓空氣呼吸器、防爆對講機(jī)、防爆維修工具等應(yīng)急防護(hù)用具，并指導(dǎo)員工正確佩戴。

4 結(jié)束語

LNG是一種高效、清潔、節(jié)能、環(huán)保的綠色新能源，但也是一種非常危險的化學(xué)燃料。在LNG加氣站的建設(shè)和運行中，必須采取有針對性的措施，降低LNG加氣站泄漏風(fēng)險，杜絕事故的發(fā)生。