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LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)

文檔作者：王蕾李帆文檔來(lái)源：華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月09日
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第25卷第6期
2005年6月
煤氣與熱力
GAS＆ HEAT
Vo1．25 No．6
Jun．2005
霧
爨 設(shè)計(jì)與計(jì)算 甏
p ％
LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)
王 蕾， 李 帆
(華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430074)
摘要： 分析了LNG的危險(xiǎn)性，從圍堰區(qū)、LNG儲(chǔ)罐、氣化器、管道及管件、消防系統(tǒng)等方面
對(duì)LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，指出應(yīng)盡快制定符合我國(guó)國(guó)情的LNG規(guī)范。
關(guān)鍵詞： 液化天然氣； 氣化站； 安全
中圖分類(lèi)號(hào)：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1000—4416(2005)06—0030—04
Safety Design of LNG Vaporizing Station
WANG Lei． LI Fan
(School of Environment Science&amp;amp;Engineering，Huazhong University of Science&amp;amp;Technology，
Wuhan 430074，China)
Abstract： Hazards of LNG are analyzed，and the safety design of LNG vaporizing station is dis—
cussed in aspects of impoundment area，LNG tank，vaporizer，piping and fittings，fire control system etc．．
It is pointed out that a LNG code that accords with Chinese basic conditions should be laid down as early as
possible．
Key words： LNG； vaporizing station； safety
隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)和能源需求量的不斷
擴(kuò)大，液化天然氣(1iquefied natural gas，LNG)因具
有運(yùn)輸效率高、用途廣、供氣設(shè)施造價(jià)低、見(jiàn)效快、方
式靈活等特點(diǎn)¨。 ，給世界LNG工業(yè)的發(fā)展提供了
良好的基礎(chǔ)。我國(guó)發(fā)展LNG進(jìn)口項(xiàng)目，建設(shè)LNG
氣化站 ，彌補(bǔ)管輸天然氣的不足已成為目前城市
燃?xì)庑袠I(yè)較為關(guān)注的焦點(diǎn)。
1 LNG危險(xiǎn)性分析
LNG的成分中甲烷的摩爾分?jǐn)?shù)為96％ 以上，所
以L(fǎng)NG和液體甲烷性質(zhì)基本類(lèi)似，若處理不當(dāng)，極
易發(fā)生事故。從LNG的特性出發(fā)，危險(xiǎn)性主要有：
①不同時(shí)刻進(jìn)入同一設(shè)備的LNG由于成分和密度
差異引起分層，導(dǎo)致LNG突然大量蒸發(fā)，壓力驟升。
若壓力超過(guò)設(shè)備的極限承壓能力，會(huì)造成設(shè)備損壞
和介質(zhì)泄漏，甚至爆炸。②LNG的儲(chǔ)存和操作都是
在低溫下進(jìn)行的，一旦發(fā)生泄漏，低溫會(huì)造成材料性
能下降，導(dǎo)致更加嚴(yán)重的事故，并對(duì)人體造成嚴(yán)重傷
害。③雖然天然氣毒性較小，但其中主要成分為甲
烷，泄漏后會(huì)造成窒，皂、等人身傷亡事故。④ 天然氣
與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限(體積
分?jǐn)?shù))為3．6％ ～6．5％ ，爆炸上限(體積分?jǐn)?shù))為
13．0％ ～17．0％ L4j
。如果存在著火源，極易發(fā)生著
火燃燒，甚至爆炸。同時(shí)，氣體燃燒產(chǎn)生的熱輻射會(huì)
對(duì)人身及裝置造成極大危害。
可見(jiàn)，LNG氣化站的安全至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)過(guò)
程中，必須確定與LNG裝置有關(guān)的危險(xiǎn)，根據(jù)相關(guān)
的標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)氣化站的安全設(shè)計(jì)全面
把關(guān)，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較高的安全水平。
2 LNG氣化站的安全設(shè)計(jì)
目前，我國(guó)尚未頒布針對(duì)城市燃?xì)釲NG氣化站
設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在已經(jīng)建成或正在建設(shè)的
LNG項(xiàng)目中，通常是專(zhuān)業(yè)人員借鑒國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)
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第6期 王蕾，等：LNG氣化站的安全設(shè)計(jì) 第25卷
內(nèi)外的管理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和施
工。常用的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)主要有美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《液化天然氣
(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝卸標(biāo)準(zhǔn)》(NFPA 59A)、日本
部頒標(biāo)準(zhǔn)《一般高壓瓦斯保安法則》等，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主
要有《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)
計(jì)規(guī)范》、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等。
2．1 圍堰區(qū)
圍堰區(qū)是指用壓實(shí)土、混凝土、金屬等耐低溫材
料在LNG儲(chǔ)罐周?chē)ㄔ斓牡谭?、護(hù)墻或排液系統(tǒng)所
圍成的區(qū)域。其作用是當(dāng)LNG泄漏或溢出時(shí)，將可
燃液體限制在圍堰區(qū)內(nèi)，防止進(jìn)一步擴(kuò)散；當(dāng)發(fā)生火
災(zāi)時(shí)，阻止火焰向四周蔓延。因此，確定圍堰區(qū)容積
時(shí)應(yīng)考慮LNG儲(chǔ)罐總?cè)莘e、冬季積雪或其他原因?qū)?
致圍堰區(qū)蓄液能力下降等多方面因素。
2．2 LNG儲(chǔ)罐
LNG儲(chǔ)罐安全設(shè)計(jì)主要有以下幾方面內(nèi)容：
① 根據(jù)儲(chǔ)罐容積合理確定安全間距，見(jiàn)表
1[引
。
表1 圍堰墻與站區(qū)圍墻之間、儲(chǔ)罐之間的水平凈距
Tab．1 Horizontal distances from impoundment area to
station and between tjlnl【s
儲(chǔ)罐容積 圍堰墻到站區(qū)圍墻的 儲(chǔ)罐之間水平
v， 水平凈距最小值／m 凈距最小f~／m
m 3<0
． 5 0．0 0．0
0．5≤ m3<1．9 3．0 1．0
1．9≤ m <7．6 4．6 1．5
7．6≤V／m3<56
． 8 7．6 1．5
56．8≤V／m3<114． 0 15．0 1．5
114．O<~V／m3~<265
．13 23．0 相鄰儲(chǔ)罐公稱(chēng)直
儲(chǔ)265 罐公稱(chēng)直徑的0．7 徑之和的1／4，且
． 0< m3 倍
，但不小于30．0 m。 最小為1．5 m。
② 為保證儲(chǔ)罐及其連接部件在LNG及其冷
蒸氣溫度下仍能正常工作，罐體材料必須滿(mǎn)足低溫
性能要求。暴露的儲(chǔ)罐隔熱層應(yīng)防火、阻燃、阻蒸
氣、防水，且在消防水的沖擊力作用下不會(huì)移動(dòng)。儲(chǔ)
罐內(nèi)外筒之間填充的不可燃隔熱材料不僅要適應(yīng)
LNG及冷蒸氣性質(zhì)，而且當(dāng)外筒遇火災(zāi)事故時(shí)，能
確保內(nèi)筒材料的導(dǎo)熱性能穩(wěn)定 。
③ 合理設(shè)計(jì)、配置閥門(mén)等附件，主要包括：
a．儲(chǔ)罐進(jìn)液系統(tǒng)設(shè)頂部、底部?jī)蓚€(gè)進(jìn)液閥，當(dāng)
充注液體與儲(chǔ)罐中原有液體物理性質(zhì)有差異時(shí)，通
過(guò)不同部位的進(jìn)液，減少混合液體分層的可能性，減
小事故發(fā)生率 J。
b．設(shè)置足夠數(shù)量的安全閥，安全閥與罐體之間
設(shè)手動(dòng)截止閥，保證儲(chǔ)罐工作壓力在允許范圍內(nèi)。
內(nèi)簡(jiǎn)設(shè)安全放空閥，連通火炬。外簡(jiǎn)泄壓裝置將放
空氣體引至放空火炬。
C．每個(gè)儲(chǔ)罐的液相管上設(shè)2個(gè)緊急切斷閥，發(fā)
生意外事故時(shí)切斷儲(chǔ)罐與外界的連通，防止罐內(nèi)
LNG泄漏。
d．每個(gè)儲(chǔ)罐設(shè)2套相互獨(dú)立的液位測(cè)量裝置。
e．在儲(chǔ)罐真空夾套層設(shè)壓力儀表，測(cè)量壓力是
否在合理范圍內(nèi)。
f．多臺(tái)儲(chǔ)罐之間隔離閥的操作水平凈距至少
為0．9 m。
g．儲(chǔ)罐投入運(yùn)行時(shí)，設(shè)溫度檢測(cè)儀，用來(lái)監(jiān)測(cè)
溫度或作為檢查和校正液位計(jì)的工具。
④ 給設(shè)計(jì)壓力高于100 kPa的儲(chǔ)罐配備相關(guān)
裝置，預(yù)防LNG充注過(guò)量、液體受熱膨脹造成液位
超高以及罐內(nèi)壓力達(dá)到安全閥啟動(dòng)值時(shí)液體淹沒(méi)安
全閥進(jìn)口。
⑤ 為避免罐內(nèi)形成空氣與天然氣的混合物導(dǎo)
致事故，儲(chǔ)罐在首次充注LNG之前，或停止使用內(nèi)
部檢修后，需要用惰性氣體將罐內(nèi)的空氣或天然氣
置換出來(lái)，進(jìn)行惰化處理 。
⑥ 根據(jù)地質(zhì)、氣象等資料，分析發(fā)生地震、風(fēng)
災(zāi)、雪災(zāi)等自然災(zāi)害的可能性及其特征，考慮儲(chǔ)罐的
抗震和抵御風(fēng)雪載荷的能力。
2．3 氣化器
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 59A 將LNG氣化器分為加熱
氣化器、環(huán)境氣化器和工藝氣化器3類(lèi)。其中，加熱
氣化器的氣化熱源是燃料燃燒、電力、鍋爐或內(nèi)燃機(jī)
廢熱等；環(huán)境氣化器的氣化熱源來(lái)自自然環(huán)境，如大
氣、海水、地?zé)崴?；工藝氣化器的氣化熱源?lái)自其
他熱動(dòng)力過(guò)程、化學(xué)過(guò)程、有效利用LNG的制冷過(guò)
程 。氣化器安全設(shè)計(jì)主要有以下2方面內(nèi)容：
① 保證安全間距。除非導(dǎo)熱介質(zhì)是不可燃
的，否則氣化器及其主熱源與其他任何火源之間的
水平凈距至少是15 m。加熱氣化器到站區(qū)圍墻的
水平凈距至少是30 m，到以下地點(diǎn)的水平凈距至少
是15 m：a．LNG、可燃液體、可燃制冷劑或可燃?xì)怏w
儲(chǔ)罐，危險(xiǎn)液體的裝卸設(shè)備接頭及含有危險(xiǎn)液體的
不動(dòng)火工藝設(shè)備。b．控制大樓、辦公室、商店、居民
樓等建筑物。布置有多個(gè)氣化器時(shí)，各氣化器之間
的水平凈距至少為1．5 m。
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第6期 煤氣與熱力 第25卷
② 合理設(shè)置閥門(mén)等附件，主要包括：
a．每臺(tái)氣化器都應(yīng)設(shè)置進(jìn)口、出口切斷閥和安
全閥。
b．為防止泄漏的LNG進(jìn)入備用氣化器，可安裝
2個(gè)進(jìn)口閥門(mén)，并采用安全措施排空積存在兩個(gè)閥
門(mén)之間的LNG或蒸發(fā)氣體。
C．在與氣化器的水平凈距為15 m的LNG管路
上安裝切斷閥，該閥門(mén)可由現(xiàn)場(chǎng)操作或遠(yuǎn)程控制，且
有一定保護(hù)措施預(yù)防閥門(mén)因溫度過(guò)低而失效。
d．在液體管路上設(shè)自動(dòng)控制切斷閥，該閥門(mén)到
氣化器的水平凈距至少是3 m，且在液體流量過(guò)大、
設(shè)備周?chē)鷾囟犬惓?、氣化器出口處溫度過(guò)低時(shí)能自
動(dòng)關(guān)閉。
e．加熱氣化器應(yīng)配備切斷熱源的裝置，可由現(xiàn)
場(chǎng)操作或遠(yuǎn)程控制。
f．設(shè)置自動(dòng)裝置，防止LNG或其蒸氣在異常溫
度下進(jìn)入輸配系統(tǒng)。這些裝置應(yīng)與僅用于緊急情況
的管路閥門(mén)配合使用。
g．設(shè)置溫度檢測(cè)儀，測(cè)量LNG、蒸發(fā)氣體和加
熱介質(zhì)的進(jìn)出口溫度。
2．4 LNG管道及管件
LNG管道及管件內(nèi)、外表面接觸的物質(zhì)溫度差
較大，設(shè)計(jì)管道及其支撐結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮到大溫差和
溫度變化對(duì)材料性能的不良影響。因此，對(duì)LNG管
道包裹防水、隔熱、阻燃的隔熱層，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)采取
措施，防止因傳熱造成的管道結(jié)冰或支撐鋼材脆化。
在液相管道的兩個(gè)切斷閥之間設(shè)置安全閥，防
止管道超壓造成事故。在氣相總管上設(shè)緊急放空裝
置，當(dāng)誤操作或設(shè)備超壓時(shí)，安全閥自動(dòng)開(kāi)啟，保護(hù)
氣相管道的安全，降低對(duì)管道及管件的破壞程度。
公稱(chēng)直徑不大于50 mm的管道采用螺紋連接、
焊接或法蘭連接均可；公稱(chēng)直徑大于50 mm的管道
采用焊接或法蘭連接。除管材不同、設(shè)備連接或維
修部位等必要處以外，盡可能少使用螺紋連接和法
蘭連接。
2．5 消防系統(tǒng)
消防系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的原則是：盡量切斷氣源，控
制泄漏；對(duì)著火罐及鄰近罐和設(shè)備進(jìn)行冷卻保護(hù)，避
免設(shè)備超壓造成更大災(zāi)害；將泄漏的LNG引至安全
地帶氣化，避免燃燒擴(kuò)大。根據(jù)這3個(gè)原則，消防系
統(tǒng)安全設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)部分：
① 分布控制系統(tǒng)
分布控制系統(tǒng)(distribute control system，DCS)
用于顯示和控制LNG裝置的溫度、壓力、液位、流量
等主要和重要的控制參數(shù) Ⅲ 。
② 緊急關(guān)閉系統(tǒng)
緊急關(guān)閉系統(tǒng)(emergency shut down，ESD)與
DCS系統(tǒng)相互獨(dú)立，在LNG裝置發(fā)生緊急狀況時(shí)啟
動(dòng)，用于隔離和關(guān)斷LNG或其他可燃危險(xiǎn)物質(zhì)的來(lái)
源，并關(guān)閉那些如果繼續(xù)運(yùn)行可能維持或加劇災(zāi)情
的設(shè)備。
③ 火災(zāi)和泄漏探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)
該系統(tǒng)包括在工藝設(shè)備特別是LNG儲(chǔ)罐附近
設(shè)置的可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)報(bào)警器，在生產(chǎn)區(qū)設(shè)置的
火焰探測(cè)器、火災(zāi)報(bào)警器以及用來(lái)檢測(cè)LNG是否泄
漏的過(guò)冷檢測(cè)器。檢測(cè)信號(hào)均送人DCS系統(tǒng)，與設(shè)
定報(bào)警值比較。部分重要信號(hào)再送人ESD系統(tǒng)，便
于單元設(shè)備停機(jī)或全站聯(lián)鎖停車(chē)。
④ 消防水系統(tǒng)
消防水系統(tǒng)由消防泵房、消防水池、消防管道及
消火栓、消防水炮等組成，主要用于冷卻儲(chǔ)罐等設(shè)備
和管道，而不是控制和撲滅火焰。相對(duì)于LNG而
言，水是熱源，為L(zhǎng)NG氣化提供熱量。特別是在
LNG溢出后危險(xiǎn)最大的初期內(nèi)接觸到水這樣的濕
熱表面，會(huì)提高LNG氣化速率，加快燃燒速度。但
水的射流可以冷卻著火區(qū)周?chē)粗鸬脑O(shè)備和管
道，吸收和控制火災(zāi)產(chǎn)生的熱量，阻止火的蔓延，保
護(hù)消防人員和站區(qū)工作人員。
⑤ 干粉滅火系統(tǒng)
干粉滅火劑是撲滅高壓力、大流量天然氣火災(zāi)
的最有效措施。對(duì)泄漏量較少的火災(zāi)，可以用干粉、
二氧化碳、鹵代烷滅火劑撲滅，滅火后應(yīng)立即切斷氣
體來(lái)源，阻止氣體溢出，否則可能復(fù)燃。
⑥ 泡沫滅火系統(tǒng)
采用高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，噴出大量泡沫覆蓋
在泄漏的LNG上面，減少來(lái)自空氣的熱量，有效降
低LNG蒸氣產(chǎn)生的速率，減小可燃?xì)怏w覆蓋的范
圍。若條件允許，還可設(shè)置固定式低倍數(shù)泡沫滅火
系統(tǒng)，在儲(chǔ)罐、管道等重要設(shè)備上方設(shè)置泡沫噴淋滅
火裝置。
⑦ 移動(dòng)式滅火器材
在LNG設(shè)備和汽車(chē)槽車(chē)等處屬于嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)
別的關(guān)鍵位置，設(shè)便攜式或手推式滅火器?？刂剖摇?
變配電室內(nèi)配置手提式二氧化碳滅火器，以保證迅
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第6期 王蕾，等：LNG氣化站的安全設(shè)計(jì) 第25卷
速有效地?fù)錅绯跗诨馂?zāi)。進(jìn)入廠(chǎng)區(qū)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)設(shè)
至少1個(gè)便攜式干粉滅火器，其容量不低于9 kg。
2．6 其他
① 合理進(jìn)行功能分區(qū)，將儲(chǔ)存區(qū)、生產(chǎn)及輔助
區(qū)和辦公區(qū)分開(kāi)設(shè)置。綜合考慮防火間距、消防車(chē)
道及防火防爆要求。
② 選擇與防爆區(qū)域等級(jí)相適應(yīng)的電氣設(shè)備，
保證站區(qū)供電系統(tǒng)的安全可靠性。
③ 設(shè)專(zhuān)用放空火炬，高30～40 In，LNG儲(chǔ)罐、
罐頂蒸發(fā)氣(boil of gas，BOG)儲(chǔ)罐、工藝管道和各
生產(chǎn)工段的超壓泄放裝置均引至火炬，避免在站內(nèi)
形成爆炸性混合物。
④ 設(shè)有LNG工藝設(shè)備的建構(gòu)筑物應(yīng)采取機(jī)
械排風(fēng)、自然排風(fēng)或多種方式相結(jié)合的通風(fēng)措施，使
危險(xiǎn)氣體聚積所具有的潛在危害性降到最低。如果
蒸發(fā)氣體密度大于空氣，應(yīng)在其聚積部位最低處設(shè)
通風(fēng)裝置。
⑤ 對(duì)工作人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，使其了解LNG
特性及可能產(chǎn)生的危害和影響、防護(hù)用品的作用及
正確的使用方法。給工作人員配置必需的防護(hù)服、
頭盔、面罩、手套、靴子和呼吸用具等裝備，并存放在
便于取用的位置。
⑥ 站內(nèi)生產(chǎn)裝置及輔助設(shè)施、工業(yè)建筑物均
安裝避雷裝置。
⑦ 確保站內(nèi)的消防用電及通信設(shè)施正常工
作。消防控制系統(tǒng)、消防水泵等主要用電設(shè)備有備
用電源，站內(nèi)控制室設(shè)外線(xiàn)報(bào)警電話(huà)。
3 結(jié)語(yǔ)
縱觀(guān)世界LNG工業(yè)的發(fā)展歷程，我國(guó)尚未進(jìn)入
高度發(fā)達(dá)階段，國(guó)內(nèi)也未頒布關(guān)于LNG氣化站設(shè)計(jì)
和施工的規(guī)范，在工程設(shè)計(jì)中普遍以美國(guó)、歐洲國(guó)
家、日本的標(biāo)準(zhǔn)作為參考，但這樣的做法存在如下問(wèn)
題：
① 國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家生產(chǎn)的設(shè)備質(zhì)量是否符合美國(guó)防
火協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 59A尚未確定。
② 強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的空缺，使得LNG氣化
站在建設(shè)中可能留下安全隱患。
③ 國(guó)內(nèi)已有企業(yè)具備生產(chǎn)LNG及其相關(guān)設(shè)
備的能力，但如何在投入使用前對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行安全
質(zhì)量測(cè)評(píng)沒(méi)有可操作的依據(jù)。
④ 部分廠(chǎng)家一味追求先進(jìn)技術(shù)、高質(zhì)量，是否
會(huì)因個(gè)別產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)過(guò)高而造成不必要的浪費(fèi)。
在關(guān)注我國(guó)進(jìn)口LNG項(xiàng)目，探討LNG工藝流
程及節(jié)能措施，開(kāi)發(fā)LNG新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備的
同時(shí)，應(yīng)著眼于我國(guó)城市燃?xì)庑袠I(yè)現(xiàn)狀，本著安全供
氣的原則，制定和頒布可靠、可行、可依的LNG規(guī)范
是當(dāng)務(wù)之急。
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作者簡(jiǎn)介：王蕾(1980一 )， 女， 北京人， 碩士，
從事燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研究工
作。
電話(huà)：(027)87546570
E—mail：buiiuer@sohu，con
收稿日期：2004—11—26

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