LNG气化站的安全设计

【摘要】本文首先介绍了LNG气化站简介，其次探讨了LNG气化站的发展现状及危险性分析，最后重点讨论了LNG气化站的安全设计。

【关键词】LNG；气化站；安全设计

中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：

一、前言

随着现代技术的不断发展，我国的各行业发展也是相当迅速的，对LNG气化站的安全设计是对于LNG安全至关重要的，同时不仅影响着我国人们的人生安全，而且影响着国家的发展。

二、LNG气化站简介

1、LNG气化站工艺流程

用槽车运来的LNG在卸车台经卸车增压器增压后，将LNG送入LNG储罐储存。LNG气化时，储罐内少量LNG进入储罐自增压器，吸热相变后，气态天然气返回储罐，使得储罐内压力增大，储罐和管道形成压力差，在压力差的作用下，储罐内的LNG经管道进入空温式气化器。在空温式气化器内，LNG吸热发生相变，再以气态形式进入天然气缓冲罐。LNG经计量后进入混气站，与气源厂其他气源掺混后进入燃气管网。图1是LNG气化站工艺流程。

2、LNG特性

（1）易蒸发性

LNG是深冷液体，很容易被周围的空气加热转化为NG，温度也随之上升。-107℃是一个重要的分界点，NG温度低于-107℃时，气体密度比空气大；NG温度等于-107℃时，气体密度与空气相当；NG 温度高于-107℃时，气体密度比空气小。一般情况下，NG 密度小于空气，很容易向上扩散。但若LNG大量泄漏，短时间来不及与周围空气进行热交换，温度就可能低于-107℃，其蒸气云的密度比空气低。这样NG会顺着地面或向低处曼延，扩散到很远的地方，一旦遇到点火源，就会燃烧，甚至回燃、爆炸，非常危险。

（2）易燃、易爆性

NG 是甲类易燃、易爆物质，与空气混合后在一定条件下是可燃的，其燃烧范围大约在体积分数为5%～15%。

（3）低温性深冷的LNG具有低温性，某些材料与之接触会变脆、易碎和冷收缩，使设备损坏，引起LNG泄漏。人体持续接触LNG后，会引起严重的低温冻伤和人体组织损坏。

（4）窒息作用

LNG蒸气无毒，但如果吸入纯的LNG蒸气，会迅速失去知觉，几分钟后窒息死亡。当大气中的氧含量因LNG蒸气含量增高而逐渐减少时，工作人员有可能警觉不到而慢慢地窒息死亡。

三、LNG气化站的发展现状及危险性分析

1、LNG气化站的发展现状

随着全球经济的迅速增长和能源需求量的不断扩大，液化天然气因其具有运输效率高、用途广、供气设施造价低、见效快、方便灵活等特点，给世界LNG 工业的发展提供了良好的基础。我国目前发展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行业较为关注的焦点。

2、LNG危险性分析

LNG的成分中甲烷的摩尔分数为96%以上，所以LNG和液体甲烷性质基本类似，若处理不当，极易发生事故。从LNG的特性出发，危险性主要有:①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，会造成设备损坏和介质泄漏，甚至爆炸。②LNG的储存和操作都是在低温下进行的，一旦发生泄漏，低温会造成材料性能下降，导致更加严重的事故，并对人体造成严重伤害。③虽然天然气毒性较小，但其中主要成分为甲烷，泄漏后会造成窒息等人身伤亡事故。④天然气与空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限(体积分数)为3.6%-6.5%，爆炸上限(体积分数)为13%-17%如果存在着火源，极易发生着火燃烧，甚至爆炸。同时，气体燃烧产生的热辐射会对人身及装置造成极大危害。

可见，LNG气化站的安全至关重要。在设计过程中，必须确定与LNG装置有关的危险，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把关，使整个系统达到较高的安全水平。

四、LNG气化站的安全设计

1、设计标准

设计时可参考的国外标准主要有美国的NF-PA59A《液化天然气（LNG）生产、储存和装卸标准》、NFPA57《LNG 汽车燃料系统》等；国内标准有：GB 50028-2006《城镇燃气设计规范》；GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》；GB50016-2006《建筑设计防火规范》等。

2、总平面布置

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。站址选择一方面要从城市的总体规划和合理布局出发，另一方面也应从有利生产、方便运输、保护环境着眼。

（1）站址应选在城镇和居民区的全年最小风向的上风侧。

（2）考虑气化站的供电、供水和电话通信网络等各种条件，站址选在城市边缘为宜。

（3）站址至少要有一条全天候的汽车公路。

（4）气化站应避开油库、桥梁、铁路枢纽站、飞机场等重要战略目标。

（5）站址不应受洪水和山洪的淹灌和冲刷，站址标高应高出历年最高洪水位 0.5m 以上。

（6）应考虑站址的地址条件，避免在滑坡、溶洞、塌方、断层、淤泥等不良地质条件的地区，站址的土壤耐压力一般不低于 0.15MPa。

3、围堰区

液化天然气储罐周围必须设置围堰区，以保证储罐发生的事故对周围设施造成的危害降低到最小程度。围堰区是指用压实土、混凝土、金属等低温材料在 LNG 储罐周围建造的堤防、护墙或排液系统所围成的区域。其作用是当 LNG 泄露或溢出时，将可燃液体限制在围堰区内，防止进一步扩散；当发生火灾时，阻止火焰向四周蔓延。

4、LNG储罐

LNG储罐按结构形式可分为地下储罐、地上金属储罐和金属-预应力混凝土储罐3类，地上LNG储罐又分为金属子母罐和金属单罐2种。LNG 气化站采用何种储罐，主要决定于其储存量。储存量为1200m3-5000m3时可采用金属子母储罐带压储存和常压罐储存。储存量为1200m3以下的城市 LNG 气化站，基本采用金属单罐带压储存。

（1）LNG 储罐的安全措施根据储罐容积合理确定安全间距，见表1

（2）LNG漩涡现象的预防

漩涡现象，也称翻滚，通常出现在多组分的液化天然气中，是由于向已装有 LNG 的低温储罐中充注新的LNG，或由于LNG中的氮优先蒸发而使储罐内的液体发生分层而引起。防止发生涡旋现象的方法有：①将不同产地、不同气源的 LNG 分开储存，可避免因密度差而引起分层。②根据需储存的 LNG与储罐内原有 LNG 的密度差异，选择正确的充注方式。③使用混合喷嘴和多孔管向储罐中充注 LNG。④检测 LNG 的蒸发速度，LNG 分层会抑制 LNG 的蒸发速度，使出现涡旋前的蒸发速度比通常情况下的蒸发速度低。

（3）储罐静态蒸发率

储罐静态蒸发率能较为直观地反映储罐在使用时的绝热性能，其定义为低温绝热压力容器在装有大于有效容积的1/2 的低温液体时，静止达到热平衡后，24h 内自然蒸发损失的低温液体质量和容器有效容积下低温液体质量的比值。

5、气化器

美国标准NFPA59A将气化器分为加热气化器、环境气化器和工艺气化器3类。气化器安全设计主要有以下2方面内容：

（1）保证安全间距

①除非导热介质不可燃，否则气化器及其主热源与其他任何火源之间的水平净距至少为15m，整体加热气化器到围墙的水平净距至少为30m。

②气化器到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。

③控制大楼、办公室、商店、居民楼等建筑物，布置多个气化器时，各气化器之间的水平净距至少为1.5m。

（2）合理设置阀门等附件，主要包括：

①每台气化器都应设置进口、出口切断阀和安全阀。

②为防止泄露的LNG进入备用气化器，可安装两个进口阀门，并采用安全措施排空积存在两个阀门之间的LNG或蒸发气体。

③在与气化器的水平净距为15m的LNG管路上安装切断阀，该阀门可由现场操作或远程控制，且有一定保护措施预防阀门因温度过低而失效。

④在液体管路上设自动控制切断阀，该阀门到气化器的水平净距至少为3m，且在液体流量过大、设备周围温度异常、气化器出口处温度过低时能自动关闭。

⑤加热气化器应配备切断电源的装置，可由现场操作或远程控制。

⑥设置自动装置，防止LNG或其蒸汽在异常温度下进入输配系统。这些装置应与仅用于紧急情况的管路阀门配合使用。

⑦设置温度检测仪，测量LNG、蒸发气体和加热介质的进口温度。

6、LNG输送管道

在进行LNG管道设计中，不仅要考虑低温液体的隔热要求，还应特别注意因低温引起的热应力、防止水蒸气渗漏、避免出现冷凝和结冰、管道泄露的探测方法以及防火等问题。LNG管道和其他低温液体输送管道一样，管道的热补偿是一个需要细心考虑的重要问题。

7、气化站的消防

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引至安全地带气化，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。

五、结束语

因LNG的特性及发生危险的危害性，我们不难发现，对LNG进行安全平设计是很有必要的，我们只有对LNG的安全性设计的合理可行了，得到即经济又安全的LNG气化站。

参考文献

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