LNG气化站的安全设计概述

摘要：简述了国内、外LNG气化站的发展现状和LNG的危险性，从设计标准、总平面布置、围堰区、LNG储罐、汽化器、LNG管道及附件、消防系统等方面论述了LNG气化站的安全设计。

关键词：液化天然气；气化站；安全设计

中图分类号：TU714 文献标识码： A

1 LNG气化站的发展现状

液化天然气与天然气相比，温度低、密度大，且具有运输效率高，用途广泛、供气设施造价低、收效快、方式灵活等特点[1、2],这些都为LNG工业的发展提供了良好的基础。目前国内已建成多个LNG工厂，提供了充足的气源保证。因此，在各地区的中心城镇已建起了数十座LNG气化站，向城镇居民及工业企业用户提供天然气[3～5]。此外, 为了降低燃油汽车尾气排放带来的城市大气污染, 国家正积极推动LNG汽车及加气站的研究开发工作[6]。我国发展LNG进口项目，建设LNG气化站，弥补管输天然气的不足，已成为目前城市燃气行业较为关注的焦点。

2 LNG的危险性分析

1.1低温的危险性：

LNG的储存和操作都在低温下进行，一旦发生泄漏，会使相关设备脆性断裂和遇冷收缩，从而破坏设备，引发事故，并对人体造成严重伤害。

1.2爆炸的危险性：

不同时刻进入同一设备的LNG，由于成分和密度差异引起分层，导致LNG突然大量蒸发，压力骤升。若压力超过设备的极限承压能力，会造成设备损坏和截止泄漏，甚至爆炸。

1.3泄漏的危险性：

天然气与空气容易形成易燃易爆的混合物，LNG溢出是比一般的天然气泄漏更为严重的事件。它可能导致重大的安全事故、人员伤害和引发大规模的火灾或爆炸【7】。

1.4对人体的危害性：

虽然LNG蒸汽无毒，但其中含有体积分数82%～98%的甲烷，一旦发生泄漏，人如果吸入纯的LNG蒸汽会迅速失去知觉，几分钟之后便会死亡；当大气中氧气的含量较低时，人员可能在毫无察觉的情况下慢慢窒息而亡。

可见，LNG气化站的安全至关重要。在设计过程中，必须确定LNG装置相关的危险性，根据相关的标准和运行管理经验，对气化站的安全设计全面考虑，使整个系统达到较高的安全水平。

3 LNG气化站的安全设计

3.1 设计标准

我国液化天然气工业起步比较晚，相关规范与标准相对比较滞后。在已建成的LNG项目中，通常是专业人员借鉴国外的标准和国内、外的管理经验，结合工程实际情况进行设计和施工。常用的国外标准主要有：美国的NFPA 59A《液化天然气(LNG) 生产、储存和装卸标准》等，国内的标准主要有：GB/T20368-2006《液化天然气(LNG) 生产、储存和装运》、GB/T19204-2003《液化天然气(LNG)的一般特性》、JB/T4780-2002《液化天然气(LNG)罐式集装箱》等。

3.2 总平面布置[8]

LNG气化站总平面布置设计要合理地确定站内各作业区和设备的位置, 以确保气化站有一个安全的环境。站址的选择既要从城市的总体规划和合理布局出发，同时也应考虑有利生产、方便运输、保护环境等因素。

3.3 围堰区

围堰是指用压实土、混凝土、金属等耐低温材料在LNG储罐、工艺区、气化区和转运区等有可能发生溢出的区域周围建造的防护堤、围墙或排液系统所围成的区域。其作用是阻拦溢出的LNG四处流淌，防止进一步扩散；当发生火灾时，阻止火焰向四周蔓延。围堰区容积的确定，应按照储罐的容量和储罐的数量进行考虑；同时还要考虑排水和积雪等因素的影响，需要适当增加一定的裕量。

3.4 LNG储罐

LNG储罐按设置方式可分为地下储罐和地上储罐，按结构形式可分为球形罐、单容罐、双容罐、全容罐及膜式罐。其中单容罐、双容罐及全容罐均为双层罐(即由内罐和外罐组成，在内、外罐间充填有保冷材料)。LNG气化站采用何种形式的储罐, 主要决定于储存量，同时要求安全可靠，投资低、寿命长、便于制造、整个系统操作费用低等【7】。

3.5 汽化器

LNG汽化器按其热源不同，分为加热汽化器、环境汽化器和工艺汽化器3类。其中, 加热汽化器的汽化热源是燃料燃烧、电力、锅炉或内燃机废热等；环境汽化器的汽化热源来自自然环境，如大气、海水、地热水等；工艺汽化器的汽化热源来自其他热动力过程、化学过程、有效利用LNG的制冷过程[11]。汽化器安全设计主要从一下几个方面考虑[7、8、12]：

a. 除非导热介质不可燃, 否则汽化器及其热源与其他任何火源之间的水平净距至少为15m, 整体加热汽化器到围墙的水平净距至少为30m。

b. 汽化器到LNG、可燃制冷剂或可燃气体储罐的水平净距至少为15m, 到控制大楼、办公室、车间等有人的重要建筑物的水平净距至少为15m。

c．站内布置多台加热汽化器时,各汽化器之间的水平净距至少为1. 5m。

d. 安装在距LNG储罐15m之内的任何环境汽化器或加热汽化器,均应在液体管道上设置自动切断阀,此阀应设置在距离汽化器至少3m处。

e. 每台汽化器应提供一种距汽化器至少15m的切断热源的方式。

f. 为防止泄漏的LNG进入备用汽化器,可安装2个进口阀门,并采取安全措施排空积存在两个阀门之间的LNG或蒸发气体。

g. 设置自动装置,防止LNG或其蒸气在异常温度下进入输配系统。应与仅用于紧急情况的管路阀门配合使用。

3.6 LNG管道及管件

在进行LNG管道及管件设计中,不仅要考虑低温液体的隔热要求,还应考虑到大温差和温度变化对材料性能的不良影响。因此,对LNG管道应包裹防水、隔热、阻燃的隔热层,对支撑结构也应采取相应措施,防止因传热造成的管道结冰或支撑钢材脆化。

同时，LNG管道的热补偿也是设计中的一个重要问题。两个固定点之间,由于冷收缩产生的应力可能远远超过材料的屈服极限。通常可采用金属波纹管、管环式补偿器或选用热膨胀系数小的管材等方法解决[7]。

在液相管道的两个切断阀之间设置安全阀,防止管道超压造成事故。在气相总管上设紧急放空装置，当误操作或设备超压时,安全阀自动开启,保护气相管道的安全,降低对管道及管件的破坏程度。

3.7 消防系统

消防系统的安全设计原则是：尽量切断气源，控制泄露；对储罐及临近储罐的设备进行冷却保护，避免设备超压造成更大的灾害；将泄露的LNG引至安全地带汽化，避免燃烧扩大。根据以上原则，消防系统安全设计主要包括分布控制系统、紧急关闭系统、火灾和泄漏探测报警系统、消防水系统、干粉泡沫灭火系统和其他一些安全措施。

4 结语

世界LNG工业经过几十年发展的经验，安全防护和监测技术的不断发展，加之相应的法规和技术规范逐渐地完善，使得LNG生产和应用的各个环节更加安全。尽管如此，LNG毕竟属于易燃易爆的危险品，能量又非常集中，无论是工厂设计、施工建设，还是工厂生产或是下游使用，都必须把安全放在第一位。

同时，为适应我国LNG工业需求的高速发展，应尽快颁布国内LNG相关设计、施工规范,以指导LNG应用领域的设计、施工和运行管理。

参考文献：

[1] 刘新领.液化天然气供气站的建设[J].煤气与热力,2002,22(1): 35-36.

[2] 徐正康,吴洪松. 液化天然气在燃气工业中的应用[J]. 煤气与热力, 1998, 18(5): 27-29.

[3] 何贵龙,杨起华,等. 小区液化天然气供气站的探讨[J]. 煤气与热力, 2003, 23(1): 50-52.

[4] 江金华,金颖,冯春强. 液化天然气在城市燃气的应用[J]. 煤气与热力, 2003, 23( 1): 53-54、57.

[5] 刘新领. LNG供气站的建设[J]. 煤气与热力, 2002, 22(1): 35-36.

[6] 吴佩英. LNG汽车加气站技术的发展和应用[J]. 煤气与热力, 2003, 23(10): 629-630.

[7] 顾安忠,鲁雪生等. 液化天然气技术手册[M].第1版.北京:机械工业出版社，2010.1.

[8] NFPA 59A, 液化天然气(LNG)生产、储存和装卸标准 [S].

[9] 周伟国，阮应君，藤汜颖.液化天然气储罐中翻滚现象及预防措施探讨 煤气与热力，[J]，2002,22（4）：294-296.

[10] 林文胜,顾安忠,李品友.液化天然气的分层与涡旋研究进展[J]. 真空与低温, 2000, (6): 125-132.

[11] 朱文建，张同，王海华.液化天然气冷能利用的原理及方法[J]. 煤气与热力,1998,18(2): 33-35.

[12] GB50028-2006,城镇燃气设计规范[S].