液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)安全技術(shù)和管理措施

魏潔,喬小偉

(陜西延長(zhǎng)石油天然氣股份有限公司,陜西 延川 717200)

液化天然氣作為清潔能源的重要代表,在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中的重要性日益凸顯。然而,國(guó)內(nèi)LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍處于起步階段,面臨諸多挑戰(zhàn),其中最為嚴(yán)峻的即為儲(chǔ)運(yùn)安全問(wèn)題。隨著環(huán)保政策的推進(jìn),霧霾等環(huán)境問(wèn)題成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn),加快了我國(guó)從傳統(tǒng)能源向清潔能源的轉(zhuǎn)型速度。由于液化天然氣獨(dú)特的物理特性,使其在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的安全問(wèn)題十分嚴(yán)峻[1-2]。因此,應(yīng)根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況,在接納國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),還需積極開(kāi)展自我創(chuàng)新研究工作,盡快打造出符合我國(guó)發(fā)展特色的LNG儲(chǔ)運(yùn)安全管理體系。

1 液化天然氣的特點(diǎn)

液化天然氣作為一種經(jīng)過(guò)冷凍處理、從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的石油天然氣,因其具有較高的能量密度、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)高效性等特點(diǎn),正逐漸嶄露頭角,成為全球能源消費(fèi)的重要組成部分。由此也給液化天然氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)帶來(lái)了不小的技術(shù)挑戰(zhàn),需要深入研究和解決。

液化天然氣的特點(diǎn)主要有三個(gè)方面:第一,液化天然氣的體積比其氣態(tài)形式小約600倍,意味著相同量的能源可以在更小的空間內(nèi)儲(chǔ)存和運(yùn)輸,從而提高了能源利用效率,降低了運(yùn)輸成本。然而,液化天然氣必須在低于-160 ℃的低溫條件下才能保持液態(tài),這對(duì)儲(chǔ)存和運(yùn)輸設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和操作提出了極高的要求;第二,液化天然氣的化學(xué)性質(zhì)決定了其在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中的一些關(guān)鍵性挑戰(zhàn)。天然氣主要由甲烷構(gòu)成,但在液化過(guò)程中可能還包含少量的乙烷、丙烷、丁烷、氮?dú)夂投趸嫉瘸煞帧＿@些成分在液化、儲(chǔ)存和再氣化過(guò)程中可能產(chǎn)生不同的物理和化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致能源損失、設(shè)備磨損甚至可能引發(fā)安全隱患;第三,液化天然氣的燃燒產(chǎn)物主要為水蒸氣和二氧化碳。二氧化碳排放量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)化石燃料,且無(wú)硫氧化物和氮氧化物排放,極大地降低了空氣污染。然而,這并不意味著液化天然氣完全無(wú)害。天然氣泄漏后能在空氣中形成可燃?xì)怏w,遇明火或電火花極易爆炸,因此,液化天然氣的存儲(chǔ)和運(yùn)輸必須遵循嚴(yán)格的安全措施。

2 液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)方式分析

2.1 槽車運(yùn)輸

槽車運(yùn)輸是實(shí)現(xiàn)能源高效、環(huán)保運(yùn)輸?shù)闹匾緩?其在中短程運(yùn)輸中的優(yōu)勢(shì)更是不容小覷。然而,在液化天然氣槽車運(yùn)輸?shù)膶?shí)踐環(huán)節(jié)中,仍然存在著諸多挑戰(zhàn),具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

首先,槽車的設(shè)計(jì)和制造需滿足低溫、高壓、低泄漏等嚴(yán)格要求。采用疏水型材料為基礎(chǔ)的保溫層,搭配高真空技術(shù),能夠有效保證液化天然氣在運(yùn)輸過(guò)程中的低蒸發(fā)率,從而緩解車載存儲(chǔ)罐內(nèi)壓力的增長(zhǎng),提升運(yùn)輸效率。槽車的動(dòng)力和操控性也不容忽視,將直接決定能否適應(yīng)復(fù)雜多變的道路條件。此外,由于液化天然氣的低溫特性,專用的低溫防護(hù)裝置及配套的液相、氣相雙回流裝載技術(shù)同樣必不可少,能夠有效防止槽車裝載過(guò)程中所出現(xiàn)的泄露、結(jié)冰問(wèn)題。其次,全面的運(yùn)輸安全管理體系至關(guān)重要,包括運(yùn)輸路線的科學(xué)規(guī)劃、槽車駕駛員的專業(yè)培訓(xùn)、運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控等,這些措施將有效防止和處理可能出現(xiàn)的運(yùn)輸事故。

2.2 船舶運(yùn)輸

船舶運(yùn)輸是長(zhǎng)途和跨海能源運(yùn)輸?shù)闹髁鞣绞?其以龐大的運(yùn)輸能力和廣闊的航線網(wǎng)絡(luò),在全球能源運(yùn)輸格局中扮演著關(guān)鍵角色。

從船舶設(shè)計(jì)與制造的角度來(lái)看,因液化天然氣的低溫、易蒸發(fā)特性,船舶的貨艙設(shè)計(jì)需采用高效的隔熱材料和制冷系統(tǒng),保證液化天然氣在運(yùn)輸過(guò)程中的穩(wěn)定儲(chǔ)存。同時(shí),還應(yīng)考慮船舶的穩(wěn)定性和航行性,使其適應(yīng)不同海況下的運(yùn)輸需求。船舶載貨與卸貨的過(guò)程是對(duì)船舶運(yùn)輸技術(shù)與安全性的雙重考驗(yàn),必須確保在這兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)中,運(yùn)用精確控制的裝卸技術(shù)和設(shè)備,以降低液化天然氣的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。裝卸操作的專業(yè)人員,應(yīng)具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況。在船舶運(yùn)輸中,航行的安全管理策略也非常關(guān)鍵,包括航線規(guī)劃、天氣預(yù)報(bào)、船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等多方面的信息整合,需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效的傳遞,并做出迅速?zèng)Q策。

2.3 管道運(yùn)輸

管道運(yùn)輸?shù)暮诵膬?yōu)勢(shì)在于它連續(xù)性和穩(wěn)定性,特別是在大規(guī)模、長(zhǎng)距離的運(yùn)輸中顯得尤為重要。相較于其他運(yùn)輸方式,管道運(yùn)輸?shù)某跏纪顿Y和維護(hù)成本可能較高,但從長(zhǎng)期看來(lái),它的高效和穩(wěn)定性有助于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)目標(biāo),因此,需要相應(yīng)地搭配尖端的管道設(shè)計(jì)與制造技術(shù),如先進(jìn)的耐腐蝕材料和控溫系統(tǒng),使管道能夠在各種極端環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)作,無(wú)論是在管道建設(shè)還是在管道運(yùn)行階段,安全始終是首要任務(wù)。從預(yù)防性的視角出發(fā),在設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)遵循嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn),確保管道的強(qiáng)度和韌性,以抵御地殼活動(dòng)或惡劣天氣的影響,并引入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),以便快速發(fā)現(xiàn)和處理任何潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

3 液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)的安全技術(shù)及管理

3.1 儲(chǔ)運(yùn)材料的合理選擇

儲(chǔ)運(yùn)材料的合理選擇非常重要。首先,從材料科學(xué)的角度來(lái)看,儲(chǔ)運(yùn)材料需具備良好的耐腐蝕性和耐低溫性。液化天然氣的存儲(chǔ)和運(yùn)輸溫度通常在-162 ℃左右,因此,材料必須能在低溫環(huán)境下保持良好的力學(xué)性能,防止在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)裂紋或破裂現(xiàn)象[3]。此外,考慮到液化天然氣可能對(duì)管道產(chǎn)生的腐蝕效應(yīng),所選材料還要具備優(yōu)異的耐腐蝕性能,以延長(zhǎng)設(shè)施的使用壽命,減少可能出現(xiàn)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。其次,在設(shè)計(jì)和建設(shè)環(huán)節(jié),技術(shù)人員要在充分了解各類材料性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上,根據(jù)不同的運(yùn)輸條件來(lái)制定儲(chǔ)運(yùn)方案,凸顯設(shè)計(jì)決策的合理性。最后,材料選擇還需考慮到環(huán)境影響的因素,優(yōu)先選擇低碳、環(huán)保的材料,有助于減少液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的碳排放,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

在液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)管理上,需要制定嚴(yán)格的材料審查與測(cè)試程序,保證材料符合相關(guān)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),能夠在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出預(yù)期性能。同時(shí),還需定期開(kāi)展設(shè)施的檢查和維護(hù)工作,對(duì)出現(xiàn)磨損和腐蝕的情況要及時(shí)進(jìn)行處理。

3.2 儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的科學(xué)應(yīng)用

液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備,包括但不限于存儲(chǔ)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、泵類設(shè)備等?？茖W(xué)應(yīng)用的核心在于,滿足基本使用性能的前提下,通過(guò)精細(xì)化、智能化的管理工作,最大程度地保障儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的安全性,以此提升運(yùn)輸效率。

液化天然氣的存儲(chǔ)需要應(yīng)用經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的大型儲(chǔ)罐,考慮到液化天然氣的低溫特性,存儲(chǔ)設(shè)備必須能夠承受極低溫度,防止材料因溫度過(guò)低而產(chǎn)生力學(xué)性能變化。在操作過(guò)程中,需要搭配使用功能完善的壓力控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng),及時(shí)反映溫度和壓力變化,保證安全[4]。

前文中有所提及,液化天然氣的運(yùn)輸方式主要包括船舶、槽車、管道等。需要有針對(duì)性地設(shè)計(jì)操作規(guī)程,以防止液化天然氣在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)泄漏或燃燒問(wèn)題。例如,船舶和槽車需要配備特制的隔熱罐體,保證在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸過(guò)程中,液化天然氣的狀態(tài)穩(wěn)定;管道需要定期進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù),以防止因腐蝕和磨損引起的泄漏。

在管理上,儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的使用和維護(hù)應(yīng)根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行。例如,設(shè)備的定期檢查、清潔和維護(hù),都應(yīng)基于設(shè)備的使用頻率、工作環(huán)境等因素,制定出詳細(xì)的制定計(jì)劃與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),通過(guò)采用數(shù)字化和智能化的管理方式,如遠(yuǎn)程監(jiān)控、預(yù)警系統(tǒng)等,可以進(jìn)一步提高設(shè)備管理的工作效率。

3.3 完善安全技術(shù)措施

3.3.1 防泄漏可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)

液化天然氣具有極低的液化溫度與可燃性的特點(diǎn),任何形式的泄漏都可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此,建立一套有效的防泄漏可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)必不可少。

防泄漏可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)主要由氣體探測(cè)器、控制單元、報(bào)警設(shè)備以及應(yīng)急處理設(shè)備組成。系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于探測(cè)器的靈敏度、精度以及反應(yīng)時(shí)間,其中,氣體探測(cè)器的作用是對(duì)環(huán)境中的氣體濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),一旦探測(cè)到液化天然氣泄漏,控制單元會(huì)立即啟動(dòng),向操作人員發(fā)出警告,并自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急處理設(shè)備,如自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)或啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備,以最大限度地降低泄漏的危害。

然而,傳統(tǒng)的防泄漏可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)在面對(duì)低濃度泄漏或極端環(huán)境條件時(shí),可能存在探測(cè)延時(shí)或誤報(bào)等問(wèn)題。因此,未來(lái)的研究重點(diǎn)應(yīng)著眼于提高氣體探測(cè)器的靈敏度和精度,以及對(duì)極端環(huán)境條件的適應(yīng)性。如,通過(guò)采用新型傳感器材料和微納米制造技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)低濃度液化天然氣泄漏的快速反應(yīng)。

3.3.2 防過(guò)度振動(dòng)裝置

在液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中,運(yùn)輸設(shè)備在物理環(huán)境的影響下可能產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)。這些振動(dòng)如果超出正常范圍,將會(huì)對(duì)設(shè)備造成破壞,甚至引發(fā)泄漏等安全問(wèn)題。

防過(guò)度振動(dòng)裝置的核心是探測(cè)和控制。對(duì)于探測(cè),其主要是通過(guò)振動(dòng)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)設(shè)備振動(dòng)超過(guò)一定閾值時(shí),振動(dòng)傳感器能夠及時(shí)檢測(cè)并發(fā)送信號(hào)。對(duì)于控制,是根據(jù)傳感器發(fā)送的信號(hào)啟動(dòng)防振設(shè)備,如阻尼器、吸振器等,從而減小設(shè)備的振動(dòng),確保其處于正常工作的狀態(tài)。

3.3.3 事故應(yīng)急系統(tǒng)

事故應(yīng)急系統(tǒng)包含事故應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急處理設(shè)備兩個(gè)部分。其中,事故應(yīng)急預(yù)案主要涉及應(yīng)急行動(dòng)計(jì)劃、應(yīng)急責(zé)任人、應(yīng)急資源配置等問(wèn)題。這些預(yù)案不僅要詳細(xì)列出在不同情況下的行動(dòng)指南,還需要定期更新,以適應(yīng)不斷變化的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境。同時(shí),預(yù)案的實(shí)施效果還依賴于應(yīng)急人員的專業(yè)技能和應(yīng)急意識(shí),因此,對(duì)應(yīng)急人員的定期培訓(xùn)和演練也是應(yīng)急系統(tǒng)發(fā)揮作用的重要因素。應(yīng)急處理設(shè)備包括消防設(shè)備、泄漏應(yīng)急處理設(shè)備、應(yīng)急撤離設(shè)備等。這些設(shè)備需要根據(jù)具體的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境來(lái)進(jìn)行科學(xué)選擇,并展開(kāi)定期維護(hù),確保在事故發(fā)生時(shí)能夠迅速啟動(dòng),有效降低事故所帶來(lái)的損害。

3.4 細(xì)化安全運(yùn)行管理

3.4.1 制定管理方案

安全管理方案涵蓋了操作過(guò)程的全部,包括對(duì)安全防護(hù)、故障預(yù)防、故障排查等環(huán)節(jié)的精細(xì)管理。通過(guò)制定以儲(chǔ)運(yùn)特點(diǎn)為導(dǎo)向的管理方案,能夠更有效地確保液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)的安全和穩(wěn)定。

考慮到液化天然氣在溫度、壓力、易燃易爆等方面具有獨(dú)特性,在進(jìn)行安全運(yùn)行管理時(shí),不能簡(jiǎn)單地套用一般化的管理框架,而是需要根據(jù)其具體的特性,制定有效的安全運(yùn)行管理方案,防范儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn),從預(yù)防、控制、響應(yīng)等多個(gè)層面展開(kāi)精細(xì)化的管理[5]。例如,在預(yù)防層面,方案中需要包含設(shè)備定期檢查、員工定期培訓(xùn)等內(nèi)容,防止事故的發(fā)生;在控制層面,方案中需要有如何通過(guò)控制儲(chǔ)存設(shè)備的壓力和溫度,減少事故影響的描述;在響應(yīng)層面,方案需要說(shuō)明當(dāng)事故無(wú)法控制時(shí),應(yīng)如何進(jìn)行緊急撤離,如何進(jìn)行事故調(diào)查和整改等。且需要明白,簡(jiǎn)單制定管理方案并不能完全避免事故的發(fā)生,必須保證方案的執(zhí)行力度。例如,可以通過(guò)實(shí)施例行的設(shè)備檢查和人員培訓(xùn),落實(shí)預(yù)防措施;通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)控制;通過(guò)完善的應(yīng)急預(yù)案和演練,保證應(yīng)急預(yù)案的快速響應(yīng)等。

3.4.2 優(yōu)化崗位規(guī)程

液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)工作的崗位規(guī)程優(yōu)化不能只滿足于表面化的文字要求,應(yīng)針對(duì)液化天然氣的特性,結(jié)合具體工作崗位的職責(zé),深入剖析崗位工作流程,設(shè)計(jì)出更為精細(xì)且符合實(shí)際需要的崗位規(guī)程。以設(shè)備操作崗位為例,應(yīng)在詳細(xì)解析設(shè)備結(jié)構(gòu)、原理和操作步驟的基礎(chǔ)之上對(duì)可能出現(xiàn)的設(shè)備故障、異常情況進(jìn)行預(yù)設(shè),列出故障癥狀、原因分析及處理辦法,以此來(lái)增強(qiáng)操作人員應(yīng)對(duì)設(shè)備故障的能力。同時(shí),對(duì)于液化天然氣的儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)忍厥猸h(huán)節(jié),崗位規(guī)程應(yīng)提出更為嚴(yán)格的操作步驟,從源頭上杜絕安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.4.3 提高人員素質(zhì)

在現(xiàn)代化的液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中,盡管機(jī)械化和自動(dòng)化設(shè)備起到了關(guān)鍵性作用,但工作人員仍然擔(dān)任著決策者與操作者的重要角色,其素質(zhì)水平的高低影響著液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)的安全,必須提高操作人員的素質(zhì)。

人員素質(zhì)的提升可以從技能和知識(shí)兩個(gè)方面進(jìn)行。在技能方面,操作人員應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)和考核,熟練地掌握液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的操作方案,并具備應(yīng)對(duì)異常情況的能力。在知識(shí)方面,操作人員除了要具備液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)的基本知識(shí)以外,還要了解液化天然氣的物理和化學(xué)性質(zhì),以及液化天然氣在不同條件下可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

安全意識(shí)是液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)中預(yù)防安全風(fēng)險(xiǎn)的第一道防線。通過(guò)定期的安全教育和演習(xí),可以強(qiáng)化操作人員的安全意識(shí),使其在面對(duì)突發(fā)事件時(shí),能夠迅速采取有效的應(yīng)對(duì)措施。

在高壓力、高風(fēng)險(xiǎn)的工作環(huán)境下,良好的心理健康有助于維持操作人員的穩(wěn)定工作狀態(tài),還應(yīng)在日常的員工培訓(xùn)活動(dòng)中加入有關(guān)于心理健康調(diào)節(jié)方面的內(nèi)容。

4 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)的安全管理工作,其核心目標(biāo)不僅是提升工作效率,保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求,更為關(guān)鍵的是應(yīng)對(duì)全球能源危機(jī),促進(jìn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。在日后的儲(chǔ)運(yùn)工作中,勢(shì)必還會(huì)面對(duì)更多的問(wèn)題和挑戰(zhàn),期望科研工作者與行業(yè)實(shí)踐者能夠加倍努力,為液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)安全保駕護(hù)航。