???摘要：簡述了LNG接收站的工藝流程，對LNG接收站潛在的危險進行了分析，從危險源的探測和消防系統(tǒng)等方面論述了LNG接收站的安全設計。

???關鍵詞：LNG接收站；安全設計；安全分析

???1 概述

??? 天然氣以其儲量豐富、經(jīng)濟、環(huán)保等特性成為繼石油之后各國重點大力開發(fā)的化石燃料，其中以液化天然氣(LNG)的發(fā)展尤為迅速，規(guī)模也日益擴大。在未來的15年間，我國天然氣消費將從400×10⁸m³/a達到2200×10⁸m³/a，主要以西氣東輸、海氣上岸、進口管輸氣及LNG等方式保證天然氣資源的供應。未來3—10年，我國沿海將規(guī)劃建設8～10座接收站，屆時每年將有(2000～3000)×10⁴t/a的LNG到岸。

??? 深圳大鵬灣秤頭角已成功建起我國第1個LNG接收站^[1]，于2006年5月底正式投產(chǎn)運營。2004年9月12日，我國第一個完全由國內(nèi)企業(yè)中海福建天然氣有限責任公司自主引進、建設、管理的LNG項目——福建LNG總體項目的商務合同在北京簽訂，這個項目也是中國海洋石油總公司在沿海投資建設的第2個LNG接收站。浙江省將成為我國第3個引進LNG項目的地區(qū)，浙江LNG項目由LNG接收站、輸氣干線、配套LNG電廠3部分組成。另外，在山東、江蘇、大連、秦皇島、海南等地都有正在規(guī)劃或建設的LNG接收站。我國的LNG工業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)?！，F(xiàn)階段我國大力進行的LNG接收站的建設，必將帶動LNG生產(chǎn)及儲運等相關技術的進步，我國LNG工業(yè)將迎來快速發(fā)展的春天^[2～4]。

??? LNG作為一種低溫液體，其主要危害體現(xiàn)在：溫度極低，氣液膨脹比大，易于與空氣形成爆炸性混合物^[5～10]。

??? LNG通常由專用運輸船從生產(chǎn)地輸出終端運到LNG接收站碼頭后，經(jīng)過碼頭卸到接收站的儲罐中。LNG進入儲罐所置換出的蒸發(fā)氣(BOG)通過回氣管道輸?shù)竭\輸船的LNG儲罐中，以維持儲罐系統(tǒng)壓力平衡。

??? 根據(jù)對蒸發(fā)氣的處理方式，接收站天然氣的外輸工藝可分為直接輸出工藝和再冷凝工藝。直接輸出工藝是將蒸發(fā)氣直接壓縮到外輸壓力后送至管網(wǎng)。再冷凝工藝是將蒸發(fā)氣壓縮至一定壓力后，與從LNG儲罐低壓泵輸出的過冷LNG混合并進行冷量交換，使蒸發(fā)氣再冷凝，然后經(jīng)高壓輸送泵加壓后送至氣化器氣化后外輸。與直接外輸工藝相比，再冷凝工藝節(jié)省了大量的壓縮功。外輸工藝的選擇主要由接收站的實際操作模式以及市場天然氣需求量決定，我國已運行的大型LNG接收站采用的主要為再冷凝工藝。目前，已形成了包括LNG生產(chǎn)、儲存、運輸、接收、氣化及冷量利用等完整的產(chǎn)、運、銷LNG工業(yè)體系^[11]。

??? 翻滾現(xiàn)象是指兩層不同密度的LNG在儲罐內(nèi)迅速上下翻動混合，瞬間產(chǎn)生大量蒸發(fā)氣的現(xiàn)象。翻滾現(xiàn)象發(fā)生的根本原因是儲罐中的液體密度不同，存在分層。

??? 無論儲罐內(nèi)是均勻混合的LNG還是單一來源的LNG都會分層，滲入LNG的熱量推動自然對流，形成自然循環(huán)。溫度相對較高的LNG沿著罐壁往上流動，穿過液面，吸收熱量氣化，形成蒸氣；溫度相對較低的LNG向下回補，完成循環(huán)。

??? 如果有不同密度的分層出現(xiàn)，較輕的一層LNG可以正常對流，并通過閃蒸，將熱量釋放到罐的蒸氣空間。但是，如果底部密度較大的一層LNG的對流無法穿過上面一層LNG到達液面，底部的LNG就會形成單獨的對流格局。吸收了罐壁和罐底滲透熱的罐底的LNG無法流動到液面通過蒸發(fā)釋放熱量，造成底部LNG的熱量儲存和溫度上升。隨著外部熱量的導入，底部LNG的溫度增加，而密度下降；頂層LNG由于BOG的揮發(fā)而變重。如果兩部分接觸面的密度無法達到大致相等，那么就會一直保留這種分層的現(xiàn)象，當?shù)讓覮NG密度低于上層LNG密度時，底部LNG就會上升，經(jīng)過傳質(zhì)，下部LNG上升到上部，壓力減小，成為過飽和液體，積蓄的熱量迅速釋放，產(chǎn)生大量的BOG，即產(chǎn)生翻滾現(xiàn)象。

???翻滾從現(xiàn)象來看分成兩類^[12]：LNG儲罐在長期儲存中，因其中較輕的組分(主要是N₂和CH₄)首先蒸發(fā)，而自發(fā)形成翻滾現(xiàn)象；LNG儲罐中原有LNG在充裝密度不同、溫度不同的新LNG一段時間(幾小時甚至幾十天)后，突然產(chǎn)生翻滾現(xiàn)象。

???根據(jù)翻滾產(chǎn)生的機理，可以采取以下方法防止LNG分層和翻滾：將來源不同、密度不同的LNG分別儲存于不同的儲罐中；采用儲罐內(nèi)潛液泵打回流來進行循環(huán)，消除儲罐內(nèi)LNG的密度差，抑制LNG的分層；儲罐內(nèi)設置液位計及液位-溫度-密度等參數(shù)連續(xù)監(jiān)測儀表，實時監(jiān)測，避免儲罐內(nèi)的分層液體的密度差較大，進而避免引起翻滾；根據(jù)LNG密度選擇正確的充注方法：密度相近時，一般從底部充注；將密度小的LNG充注到密度大的LNG儲罐中時，應該采用底部充注的辦法；將密度大的LNG充注到密度小的LNG儲罐中時，應該采用頂部充注的辦法。

??? 與水平面垂直的充滿LNG的管子，若頂端向儲罐開口，當管內(nèi)的LNG受熱達到一定程度后，會通過自噴的方式快速地將管內(nèi)的LNG清空。管噴是自發(fā)的，管噴效應會導致罐內(nèi)壓力快速增加，甚至可能導致放空，重復性的沖擊可能帶來破壞。

??? 冷凝錘擊效應經(jīng)常發(fā)生在長時間帶壓作業(yè)的支管、泄放口泄壓后恢復工作壓力的瞬間。冷凝錘擊效應可導致管道局部壓力瞬間劇增，致使墊片或閥門密封破壞。

??? 運輸LNG的槽車在卸車或裝車過程中不能夠保證沒有一滴LNG泄漏，操作員在工作期間應佩戴好個人勞動防護用品，搬運和存放輸送軟管的操作員應十分小心，軟管上的臟物和摩擦會破壞軟管的完整性，同時可能會產(chǎn)生靜電，從而引發(fā)事故。LNG槽車等移動設備在工藝操作前，應做好接地，工藝操作結(jié)束后，應靜置一段規(guī)定時間才允許拆除接地線。

??? LNG泄漏可能對人體產(chǎn)生以下危害：局部凍傷，如低溫凍傷、霜凍傷；一般凍傷，如體溫過低，肺部凍傷；窒息；如果蒸氣云被點燃，還存在熱輻射的危險。LNG工業(yè)的安全很難用數(shù)據(jù)來描述，因為一些無重大泄漏事故的裝置的操作年限還不夠作數(shù)量上的分析。本節(jié)主要介紹LNG泄漏點以及泄漏的危險性。

??? 閥門填料處的泄漏：LNG接收站的裝置溫度降低到操作溫度時，閥門金屬部分會發(fā)生收縮，這時就可能在閥門填料處發(fā)生泄漏?？梢愿鶕?jù)在閥門處是否有不正常的積霜，來判斷該閥門是否發(fā)生了泄漏。

??? 輸送軟管和管道組成件處的泄漏：輸送LNG的管子冷卻后發(fā)生收縮就可能在管子螺紋或法蘭連接處發(fā)生泄漏。輸送軟管需要按照國家安全標準進行年度壓力檢測。輸送軟管放空時可能同時排放液體和氣體，不可對著人或設備，也不可接觸到點火源。

??? 取樣管道、取樣容器和氣相管道發(fā)生泄漏：LNG接收站的取樣管道和取樣容器處發(fā)生泄漏的可能性較大，操作人員接觸到泄漏的LNG的可能性很大。天然氣氣相管道泄漏的危害性較大，因為這個區(qū)域不僅流速快、壓力高，而且存在管道材料過渡(從低溫管材過渡到常溫管材)。如果泄漏的是冷氣體，應當注意低于-107℃的蒸氣在最初泄漏的階段會比空氣重，容易引起火災以及造成人體凍傷。

??? 泄漏的LNG氣化時產(chǎn)生的危害性可分為LNG泄漏到地面和泄漏到水中兩種情況。

??? 當LNG傾倒至地面上時(例如事故溢出)，最初會猛烈沸騰，如果泄漏持續(xù)進行，就會在地面上形成一小池，而沸騰速度下降，最后保持一個相對穩(wěn)定的沸騰速度。在最初階段，沸騰速度由地面與LNG液體之間的一層氣體的對流傳熱速度決定。當LNG溫度和地面溫度之間的差別逐漸減小時，這一層氣體就消失了。這時影響沸騰速度的主要因素是地面向LNG的熱傳遞，其他因素還有太陽輻射、LNG上方的通風對流情況。后來地面被冷凍，并保持持續(xù)低溫，那么太陽輻射和通風就成了影響LNG蒸發(fā)的主要因素。

??? 當LNG泄漏流進水中時，可導致LNG與水相接觸，如LNG運輸工具發(fā)生意外交通事故時，可導致LNG泄漏流進水中；又如浸沒燃燒式氣化器的內(nèi)部泄漏可導致LNG與水相接觸，此時LNG與水之間有非常高的熱傳遞速率，發(fā)生快速相變，LNG將激烈地沸騰并伴隨大的響聲，噴出水霧，嚴重時會導致LNG蒸氣爆炸，由此產(chǎn)生的爆炸威力足以摧毀鄰近的工廠或建筑物，導致嚴重的事故^[13]。