LNG气化站的安全设计

第27卷第7期煤气与热力Vol.27 No.72007年7月GAS & HEATJul. 2007液化天然气LNG气化站的安全设计朱昌伟'，马国光'，李刚2(1.西南石油大学，四川成都610500; 2.中海石油管道输气公司，海南海口570105)摘要:简述了LNG的危险性和我国LNG气化站的发展现状,从设计标准、 总平面布置、围堰区、储罐、气化器、LNG输送管道以及消防等方面论述了LNG气化站的安全设计。关键词:液化天然气; 气化站; 储罐;安全中图分类号: TU996文献标识码: B文章编号: 1000 -4416(2007 )07 -0020 -04Safety Design of LNG Vaporizing StationZHU Chang-wei'，MA Guo-guang'，LI Gang2(1. Southwvest Petroleum Uniersity, Chengdu 610500, China; 2. CNOOC Gas Pipelining Co,Lud, 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 arrangement, impounding area, storage tanks, vaporizer, LNG transmission pipeline,fire control and so on.Key words: LNG; vaporizing station; storage tank; safety1概述中国LNG供气的序幕。1.1 LNG 的危险性["]目前国内已建成使用的LNG气化站逾30座。①低温的危险 性:LNG的储存和操作都在低随着新疆广汇LNG厂于2004年投产，以及广东沿温下进行,一-旦发生泄漏,会使相关设备脆性断裂和海LNG接收终端的建成投产,LNG供应在我国将形遇冷收缩,从而破坏设备,引发事故。并且,低温成南、中、西的供应格局。加之LNG气化工程的关LNG能冻伤操作人员。键设备如低温储罐、气化器、低温阀门及运输设备的②火灾危险性:天然气与空气混合能形成爆国产化，可以预见,在未来5年我国将会迎来LNG炸性混合气体,爆炸极限(体积分数)为5% ~ 15%。气化站建设的高峰。如果存在火源,极易着火燃烧，甚至爆炸。2 LNG气化站的安全设计③对人体的危害:虽然 LNG蒸气无毒,但是2.1设计标准如果吸进纯的LNG蒸气,人会迅速失去知觉,几分设计时可参考的国外标准主要有美国的NF-钟后死亡;当大气中氧的含量逐渐减少时,工作人员PA59A《液 化天然气(LNG)生产、储存和装卸标可能警觉不到而慢慢地窒息。准》、NFPA57《LNG汽车燃料系统》等;国内标准1.2我国LNG气化站的发展现状有:GB 50028- -2006《城 镇燃气设计规范》; GB2001年,中原油田建成了我国第一座生产型的50183- -2004《石油天然气工程 设计防火规范》,《建LNG装置,淄博LNG气化站同时建成投产,揭开了筑设计防火规范》等。20.www. watergasheat. com朱昌伟,等:LNG气化站的安全设计第27卷第7期2.2总平面布置[1.21切断装置,它应与全部的控制计量仪表分开设置。LNG气化站总平面布置设计要合理地确定站e.为了避免储罐内形成空气与天然气的混合气内各作业区和设备的位置，以确保气化站有一个安导致事故,储罐在首次使用或停止使用进行内部检全的环境。对于LNG的滥出，总希望能够预测LNG修时,要进行惰化处理。蒸气量与溢出距离和溢出时间的函数关系，这样可f.根据地质气象等资料，分析发生地震、风灾、以通过溢出的流量和时间来预测可能产生危险的区雪灾等自然灾害的可能性及其特征,考虑储罐的抗域。震和抵御风雪载荷的能力。NFPA59A已经对气化站边界线以外的人身和②LNG涡旋现象的预防财产的影响做了明确的安全要求，这些要求限制了涡旋现象[4)( Rollover) ,也称翻滚,通常出现在在边界线的热辐射量。现在各种计算机软件能够模多组分的液化天然气中,是由于向已装有LNG的低拟LNG储存设施周围的火灾辐射和气体扩散浓度,温储罐中充注新的LNG ,或由于LNG中的氮优先蒸例如LNGFTRE( LNG燃烧的热辐射模型)和DE-发而使储罐内的液体发生分层而引起。在已有的一GAIS(气体扩散浓度程序)。些研究中,对该问题的解释是:密度较大的液体积聚2.3围堰区在储罐底部,而密度较小的液体处于储罐顶部,底部围堰区是指用混凝土、金属等耐低温材料在液体因受到上面液体重力的作用,压力高于上部液LNG储罐周围建造的堤防、防护墙或排液系统所围体,对应的蒸发温度相应提高，且底部LNG具有一成的区域。LNG储罐周围必须设置围堰区,以将储定的过冷度,蒸发速度较上部液体慢。外界热量总罐发生事故时对周围设施造成的危险降低到最小程是不断由外向内传递,底部液体获得热量,其温度升度。高，密度减小，当底部液体密度小于上部液体密度2.4 LNG储罐时,分层平衡将被破坏,形成涡旋现象,引起液体蒸LNG储罐按结构形式可分为地下储罐、地上金发率剧增。属储罐和金属-预应力混凝土储罐3类,地上LNG计算机模型已经发展到能够预测涡旋发生的时储罐又分为金属子母储罐和金属单罐2种。LNG间、分层和气体释放率，然而,涡旋发生时气体释放气化站采用何种储罐，主要取决于其储存量。储存率的峰值很难精确预测。因此,为避免涡旋的发生，量为1200~5000m3时可采用金属子母储罐带压在设计时预防非常必要。可以通过测量LNG储罐储存和常压罐储存。储存量为1 200 m3以下的城内垂直方向上的温度和密度来确定是否存在分层，市LNG气化站,基本采用金属单罐带压储存。当分层液体之间的温差>0.2 K,密度差>0.5 kg/①LNG 储罐的安全措施(.m3时,一般认为发生了分层。防止发生涡旋现象的a.为保证储罐及连接部件在LNG及其冷蒸气方法有":下能正常工作,储罐材料必须满足低温性能要求。a.将不同产地、不同气源的LNG分开储存,可暴露的储罐隔热层应防火、防水、阻燃、阻LNG蒸避免因密度差而引起的分层。b.根据需储存的气,并且在消防水的冲击力作用下不会移动。LNG与储罐内原有LNG的密度差异，选择正确的充b.储罐之间需要有适当的净距便于设备的安注方式。c.使用混合喷嘴和多孔管向储罐中充注装、检查和维护。NFPA59A中的表2.2.4. 1明确规LNG。d. 检测LNG的蒸发速度,LNG分层会抑制定了LNG储罐之间的最小净距和布置要求[2]。LNG的蒸发速度,使出现涡旋前的蒸发速度比通常c.储罐的液相管上安装紧急切断阀,发生意外情况下的蒸发速度低。事故时切断储罐与外界的连通,防止储罐内的LNG③储罐静态蒸发率泄漏。每台储罐应设2套相互独立的液位测量装储罐静态蒸发率能较为直观地反映储罐在使用置,在选择测量装置时应考虑密度的变化。在储罐时的绝热性能,其定义为低温绝热压力容器在装有真空层设压力仪表,用于测量真空层的绝对压力。大于有效容积的1/2的低温液体时,静止达到热平d.储罐应当设置一个高液位报警器,使操作人衡后,24h内自然蒸发损失的低温液体质量和容器员有足够的时间停止进料。储罐应设置高液位进料有效容积下低温液体质量的比值。LNG 气化站大第27卷第7期煤气与热力www. watergasheat. com多采用50m'及100 m'带压LNG储罐,文献[5.6]料的屈服极限。通常可采用金属波纹管、管环式补对其静态蒸发率的要求见表1。偿器以及热膨胀系数小的管材等方法解决"。国家现行标准中没有给出LNG储罐蒸发率的2.7气化站的消防上限标准,设计时可以参考液氮的标准。消防系统的安全设计原则是:尽量切断气源,控表1 立式和卧式低温绝热容器的静态蒸发率制泄漏;对储罐及邻近储罐的设备进行冷却保护,避Tab.1 Static evaporation rate of vertical and horizontal免设备超压造成更大的灾害;将泄漏的LNG引至安cryogenic adiabatic vessels全地带气化,避免燃烧扩大。根据以上原则,消防系绝热形式|容积/m2’液氮静态蒸发率(.上限)/%统安全设计主要包括以下几个部分[5.7.B]:固定罐移动罐罐式集装箱①紧急关闭系统高真空500. 1500.240 .每个LNG设备上都应装备紧急关闭系统多层绝热1000.095真空粉末50. 3500. 2400. 380(ESD) ,该系统可隔离或切断LNG、可燃液体、可燃0.250制冷剂和可燃气体的来源,并关闭一些如继续运行2.5 气化器可能加大或维持灾情的设备。LNG气化器按其热源的不同,可分为加热气化②火灾和泄漏监控系统器、环境气化器和工艺气化器,其安全设计主要考虑该系统主要包括:设置在气化器里的碳氢化合以下因素[1-3):物泄漏检测器和设置在大气中的可燃气体检测器，①除非导热介质不可燃,否则气化器及其热在气化区、储罐区、外送泵区设置的紫外线或红外线源与其他任何火源之间的水平净距至少为15 m,整火焰探测器，在控制室、电气室以及消防泵房设置的体加热气化器到围墙的水平净距至少为30 m。烟气检测器以及用来检测LNG是否泄漏的低温检②气化器到LNG、可燃制冷剂或可燃气体储测器。罐的水平净距至少为15 m,到控制大楼、办公室、车③消防水系统间等有人的重要建筑物的水平净距至少为15 m。消防水系统由消防泵房、消防水池、消防给水管③站内布置多台加热气化器时， 各气化器之道 及消火栓、消防水枪等组成。水可用来控制LNG间的水平净距至少为1.5 m。产生大火,但不是灭火。如果将水喷到LNG表面，④安装在距LNC储罐15 m之内的任何环境会使LNG的蒸发率增大,从而使LNG的火势更大。气化器或加热气化器,均应在液体管道上设置自动因此，不能用水直接喷淋到LNG或LNG蒸气上。.切断阀,此阀应设置在距离气化器至少3 m处。用水的目的主要是将尚未着火而火焰有可能经过的⑤每台气化器应提供一-种距气化器至少15地方淋湿，使其不易着火。m的切断热源的方式。④干粉灭火系统⑥为防止泄漏的LNG进入备用气化器,可安干粉灭火剂是扑灭高压力、大流量天然气火灾装2个进口阀门,并采取安全措施排空积存在两个的最有效措施。由于干粉灭火剂对燃烧物的冷却作阀门之间的LNG和蒸发气体。用很小，在扑灭较大规模的火灾时，如灭火不完全或⑦应设置恰当的自动化设备,以避免LNG及因火场中炽热物的作用,容易发生复燃。其蒸气在异常情况下进人输配系统。⑤泡沫灭火系统2.6 LNG 输送管道泡沫灭火剂可分为化学泡沫灭火剂、空气泡沫在进行LNG管道设计中,不仅要考虑低温液体灭火剂、氟蛋白泡沫灭火剂、水成膜泡沫灭火剂等。的隔热要求,还应特别注意因低温引起的热应力、防LNG气化站常采用高倍数泡沫灭火系统，灭火器喷止水蒸气渗透、避免出现冷凝和结冰、管道泄漏的探出大量泡沫覆盖在泄漏的LNG上面,减少来自空气测方法以及防火等问题。的热量,有效降低LNG蒸气产生的速度。LNG管道和其他低温液体输送管道一-样, 管道⑥移动式灭火器材的热补偿是-一个需要细心考虑的重要问题。两个固根据《建筑灭火器配置设计规范》( GB 50140-定点之间，由于冷收缩产生的应力可能远远超过材2005 的规定,生产区为严重危险级场所,设置手提