浅谈高原地区天然气(LNG)的安全应用

【摘要】近几年，天然气以其清洁、卫生、环保和方便等优势正逐渐取代罐装液化气，成为城市居民的主要生活能源。天然气的应用前景也越来越广阔。高原地区因其缺氧、海拔高等地理特征，缺乏煤炭、石油、天然气等能源，常规能源短缺现象严重。天然气的大力推广和安全应用将会使高原人民逐步用上更加安全、环保、经济的清洁能源。因天然气具有易燃易爆的特殊性且民用天然气管道同千家万户关系密切，高原地区天然气的应用安全至关重要。

【关键词】高原天然气应用

天然气是一种清洁优质的能源，加快天然气的开发利用，对改善能源结构，保护生态环境，提高人民生活质量，具有十分重要的战略意义。我国尽管是能源大国，但是天然气的分布是极不平衡的。所以，当前，建设LNG小型站，弥补高原地区能源的不足已经成为高原地区关注的重点。另外，近10年来，我国LNG产量以每年20%速度增长。LNG工业将是未来天然气工业的重要组成部分，高原地区引进天然气能源具有更加深远的意义。根据目前青海省天然气发展的局势来看，西宁市城镇居民使用天然气的共占全市居民的2/5，随着西气东输的大力发展，这个数据会不断攀升，可见，针对高原缺乏煤炭、石油、天然气等能源的问题，提高对天然气的发展进程也是迫在眉睫，天然气的安全应用及发展将是高原乃至全国的一个发展趋势，无论是LNG还是CNG都是我们可以拓展研究的新课题。

1 LNG的简单介绍

液化天然气的英文简写为LNG，是指液态的天然气。液化天然气的主要成分为甲烷（CH4）。LNG应用上具有的优势：

（1）运输灵活。天然气液化后体积会缩小620余倍，可在公路、铁路、船舶上高效地运输；

（2）LNG的供气设施建设投资少，见效快，而且方式灵活；

（3）LNG可作为车用优质燃料，适度解决燃油危机；（4）LNG还可用来作为发电的能源；（5）LNG在气化过程中的冷量有高效的利用价值；

（6）LNG燃点为650℃，气相密度0.772kg/Nm3，比空气轻，稍有泄漏即可飞散掉，使用起来较安全可靠。

1.1 LNG的基本特性

（1）LNG 的主要组分（体积百分比V%）：甲烷93.609，乙烷4.1154，丙烷1.1973；其它组分为1.0783。LNG具有不同的组分是因为生产工艺和气源组分的不同造成的。LNG 的分子量17.3；气化温度-162.3℃：液相密度447kg/m3；气相密度0.722kg/m3；液态/气态膨胀系数612.5m3/m3（15.5℃）；燃点650℃；热值9260 kcal/m3；气化潜热121kcal/kg；储存于温度-145℃；压力0.3MPa（绝）。闪点为-190℃。

（2）LNG的密度通常为430～470 kg/ m3，甲烷含量越高，密度越小；密度还是液体温度的函数，温度越高，密度越小，变化的梯度为1.35 kg/m3℃。LNG的密度可直接测量；LNG的沸腾温度也取决于它的组分，在大气压力下通常为-166～-157℃，在一般资料上介绍的-162.15 ℃是指纯甲烷的沸腾温度。沸腾温度随蒸气压力的变化梯度为1.25×10-4 ℃/Pa，LNG的温度通常是用铜/铜镍热电偶或铂电阻温度计进行测量，参见ISO8310；LNG的蒸发：LNG贮存在绝热储罐中，一旦有热量渗漏到罐中，将会导致一定量的液体气化为气体，这就是蒸发气。蒸发气的组成取决于液体的组成，一般情况下，LNG蒸发气含有20%的N2、80%的甲烷及微量的乙烷，蒸发气中N2的含量可达到LNG中N2含量的20倍。 对于纯甲烷而言，低于-113 ℃的蒸发气密度比空气重，对于含有20%氮的甲烷而言，低于-80 ℃的蒸发气密度比空气重。

2 高原地区LNG的应用流程

高原地区因其缺氧、海拔高等地理特征，LNG的应用具有鲜明的高原特色。2.1 可以用槽车直接供用户用气

2.2 槽车来了时，先向储罐蓄气，然后储罐中的液化天然气气化后供用户使用

（1）LNG卸车时，开启LNG槽车上的升压器升压，形成槽车与储罐之间的压差，将LNG倒入LNG储罐。

（2）LNG储罐内LNG液相进入空浴气化器时，一般应开储罐区的升压器升压，将LNG液相倒入空浴气化器，LNG在其内发生相变并升温。若空浴气化器出口LNG（气相）温度低于5℃，则应开启水浴气化器将其升温，直到符合要求。

（3）LNG储罐顶部的蒸发气体，倒入储罐，稳压后输入供气主管网。

（4）L NG的储存条件：储存压力0.3MPa（绝），储存温度-145℃。3 高原地区LNG小型站的安全应用

目前，一些高原地区包括青海省尚未颁布针对城市燃气LNG小型站设计的强制性规范。我们在已经建设或正在进行的LNG站工程项目实践中，通常是借鉴国外的标准和国内外的管理经验，结合所建设工程的实际情况进行设计和施工。为了能对LNG的事故有深入的了解，我们将液化天然气事故划分为无火灾紧急事故有火灾紧急事故。前者是指当危险介质泄漏、溢出时，未遇到着火源，所以未发生火灾，也就是“无火灾紧急事故”；后者是泄漏时遇到了着火源，立刻引起了火灾；或溢出的液化气体扩散到一定范围后，遇着火源而发生燃烧爆炸，引起大面积的火灾，即“有火灾紧急事故。针对不同的事故风险，加以分析。

3.1 高原地区 LNG应用的火灾危险性分析

天然气因其特殊的组分，与空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限（V%）为3.6―6.5，爆炸上限（V%）为13―17，最大爆炸压力6.8 kg。天然气火灾具有以下特点：火灾爆炸危险性大，火焰温度高，辐射热强，易形成大面积的火灾，后果不堪设想，而且火灾具有复燃、复爆性。所以天然气的安全应用至关重要，必须高度重视。

3.2 高原地区 LNG的安全应用3.2.1？LNG储罐的安全应用

LNG储罐为100m3卧式真空粉末绝热低温储罐，该储罐具有双层结构：内胆和外壳，内胆材料为不锈钢0Cr18Ni9（0表示含碳量不足1%），其化学成分、含量与美国（ASTM）304钢以及日本（JIS）SUS304钢的成分基本相同，外壳材料为Q235A（一种A型钢）。在内胆与外壳之间应填充珠光砂，并且抽真空绝热。在内胆外面要包装一层弹性绝热材料，以防止填充物珠光砂沉积压实而造成真空绝热性能的下降。液化天然气储罐消防用水量应按其储罐固定喷淋冷却水量和水枪用水量之和计算，如果不设固定式喷淋装置，水枪用水量应满足消防总用水量的要求，马尾站的储罐单容积为20m3，应设置固定喷淋装置，喷淋装置的供水强度不应小于0.15L/s・

m2。

水枪用水量

总容积（m3） ≤200 >200

单罐容积（m3） ≤50 >50水枪用水量（1/s） 20 30

根据水枪的用水量表，结合站场的储罐的单容积，可以得出结论：水枪的用水量为20（1/s）。消防水池的容量应按火灾连续时间6h计算确定。但总容积小于220m3且单罐容积小于或等于50m3的储罐或储罐区，消防水池的容量应按火灾连续时间3h计算确定。当火灾情况下能保证连续向消防水池补水时，其容量可减去火灾连续时间内的补水量。液化天然气储罐固定喷淋装置宜采用喷雾头，固定喷淋装置的布置必须保证喷淋时，将其贮罐全部覆盖。储罐固定喷淋装置的供水压力不应小于0.2Mpa，水枪的供水压力不应小于0.35Mpa，对卧式储罐不应小于0.25Mpa。

3.2.2？气化器的安全应用

气化器分两种：水浴式气化器主要应用于冬季，空浴式气化器应用于其他季节。气化器可使LNG流经气化器换热发生相变，转化为气体并提高温度，经过调压器调至0.4MPa（绝）后进入到用户管网，供给用户使用。因为进入气化器的是液化天然气，LNG在气化之前一旦发生泄漏事故，很容易引发火灾爆炸事故。

3.2.3？BOG储罐的安全应用

BOG钢制储罐可用来储存LNG，储罐罐顶蒸发气体（Boiloffgas）。BOG储罐主要用来平衡LNG储罐的压力，一旦LNG储罐温度发生波动，气化出的气体便进入BOG储罐。因此，要给BOG储罐配置配套的液化回收系统或放空设施，避免因BOG罐内超压造成泄漏事故。

3.3 高原地区LNG的灭火措施

（1）LNG具有易燃性，当意外发生LNG泄漏时，应立刻切断气源，及时控制，防止继续泄漏。如果遇到不能有效控制住泄漏的特殊情况，可以允许泄漏气体稳定地燃烧，可有效地防止大量气体扩散而造成二次危害。

（2）应该采取措施，对着火罐及邻近罐和设备进行冷却保护。当固定式冷却设备失效时，应迅速采用消防水泡等移动式设备进行冷却处理，防止储罐设备受热超压造成更大灾害。

（3）为了有效控制泄漏出的LNG到处流淌污染周围环境，要砌筑堤坝阻挡LNG的流淌，也可以挖导向沟，将LNG引至事故集液池等安全的地方，再用高倍数泡沫覆盖，使LNG安全地气化，避免燃烧扩大对环境造成严重的损害。

（4）在发现起了小火时，可就近利用现场事先配置的移动式灭火器材进行灭火扑救，当火势较大时，灭火器已经不再起作用，应立即报警，调动大型的消防车辆进行灭火处理。

3.4 高原地区LNG应用对无火灾紧急事故的应对策略

针对高原地区LNG应用发生的一些无火灾事故，各主要设备的应对策略：

（1）LNG储灌的应对策略：储罐外层包覆的隔热层应是一种具有防火、阻燃、阻蒸汽、防水的性能的特殊材料，本身具有足够的牢固度，能经受住消防水的冲击，不会移动。应填充与LNG和天然气性能适应的不可燃隔热材料于储罐内筒与外筒之间。而且要求储灌材料能够适应低温寒冷的环境，在LNG以及其冷蒸汽温度下仍能正常地工作。

（2） 惰化处理措施。在首次充注LNG之前或需要进行内部检修而停止使用贮罐以后，对贮罐要进行惰化处理。通过惰化处理时用惰性气体将贮罐内的空气或天然气置换出来，避免在贮罐内形成天然气与空气的混合物。

（3）关于阀门配置。我们在没有更好的防止分层现象出现的措施时，要求贮罐的进液系统设有顶部进液阀和底部进液阀，当充注液体与贮罐中原有液体热物性有差异时，通过不同部位的输送，使液体均匀，减少液体分层的可能性。另外，也可以采用机械搅动或进口喷射等手段，使液体实现均匀混合。阀门应配有压力控制装置，使罐内的压力保持在允许的范围之内。为防止储罐超压，要求设置足够的压力安全阀；为预防贮罐出现负压，还应该设置真空安全阀，以判断罐内是否出现了真空；还需设置有一个手动开关的截止阀在压力安全阀和真空安全阀与罐体之间，方便我们检修安全阀。应该在每个储罐的液相管上安装两个紧急切断阀，在装置发生意外时，能紧急切断储罐与外界的通道，以防止储罐内的LNG泄漏。另外，还应设置安全放空阀于储罐内罐，连通火炬。外罐设泄压设施，放空气体引至高点排放。需要注意的是在多个储罐之间的隔离阀应留有0.9m的操作距离，便于操作。

（4）抗震性能。要及时分析小型站及其周围地区的地质和气象等相关资料，分析高原地区发生地震和大风雪等自然灾害的潜在可能性及其特性，并考虑储罐的抗震和抵御风雪载荷的能力。此外，LNG气化站生产区防护墙内的排水系统必须采取防止液化天然气排入其它地下管道的措施。

4 高原地区LNG管道安装及验收

城镇燃气管道施工是确保工程质量，减少事故，加快工程进度，降低工程造价的有效措施，这就需要合理组织挖土，管道组装，焊接，分段进度强度实验与严密性试，分段吹扫，钢管焊口防腐包口，回填土等。管子运输和布管应尽量在管沟挖成后进行。将管子布置在管沟土的另一侧，管沟边缘与钢外壁间的安全距离不得小于500m。

鉴于燃气管道易燃易爆的特点，必须保证工程质量，不留隐患，因此施工单位必须认真审核、选择资质合格的施工队伍，并对每一道工序质量严格把关。燃气管道工程稍有疏忽就可能留下隐患，因此验收工作要严格、仔细。工程的验收不仅在竣工后，应贯穿于工程全过程。

5 结束语

从保护高原生态环境和发展低碳经济、绿色经济、循环经济出发，高原地区LNG的发展前景是广阔的。LNG为那些远离天然气输气管道或暂时无法建设输气支线的高原地区中小城镇提供了气源保证，在今后管道天然气到来时，已建的LNG气化站可作为有效的调峰气源。合理地选择工艺流程、设备配置和安全设计是保证LNG供气站安全、可靠、经济运行的关键因素，我们经过多个城市LNG供气站的设计，积累了比较丰富的经验。通过对LNG储、供、输工艺设备的改进，解决了供气站的安全消防问题。高原地区缺乏煤炭、石油、天然气等能源，常规能源短缺现象严重。LNG的安全应用，将逐渐改善高原地区的燃气结构和能源供应结构，为建设生态高原做出积极的贡献。

参考文献

[1] 城镇燃气输配工程施工验收规范.CJJ33-2005 中国建筑工业出版社

[2] 燃气输配.中国建筑工业出版社，2001.1

[3] 液化天然气（LNG）生产、储存和装运标准》NFPA 59A