預(yù)防是指要密切注視劉沒施安全運行所必需的設(shè)計特性。在工程設(shè)計階段,些設(shè)計上具能夠發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患扦提出保證安全的相應(yīng)措施。它們包括:初步危險分析(PHA),操作危險性分析(HAZOP)、風險定量評估(QRA)、氣體擴散研究和突變分析。
假如發(fā)生事故,早期檢訓和響應(yīng)能將使安傘隱患減全最小。各種探測器應(yīng)被合理地安裝在整個供氣站內(nèi),用來檢測火災(zāi)和I。NG泄漏事故。
其中包括碼頭卸船區(qū),儲罐防護堤內(nèi)和防護堤附近的卸車管線等位置。這些地力任何一處發(fā)生泄漏。在控制室內(nèi)都會發(fā)山聲音報警。
將氣體和感煙探測器安裝在建筑物內(nèi),從控制室的閉路電視上可以對全廠進行監(jiān)控。
自卸車平臺的管道、碼頭和陸上的管道系統(tǒng)發(fā)生LLN(;泄漏,可以收集起來送至管網(wǎng)下面的混凝土集液溝內(nèi)。一般來講,該液溝是通向位于海岸又靠近碼頭的集液池內(nèi)。LNG管網(wǎng)和裝置周圍的集液溝能夠容納10分鐘內(nèi)的管道最大泄漏量。
1.1 初步危險分析(PHA),操作危險性分析(HAZOP)和風險定量評估(ORA)
初步危險分析(PHA)纖常被用在方案階段或裝置初步設(shè)計和設(shè)備布置的前期,用來預(yù)測這些潛在危險對操作人員、公眾,工廠設(shè)施和環(huán)境的影響。一次初步危險分析并不能排除作進一步危險評估,事實上,它只是以后的危險評估研究的一個開端。
在工程建設(shè)的后階段通常要進行更詳細的HAZOP研究。在工程初期使用PHA技術(shù)主要有兩個優(yōu)點:它能夠鑒別出潛在的危險,并用最小的投資和措施來預(yù)防危險;它能夠幫助設(shè)計小組明確或拓展用于整個工廠生產(chǎn)的運行目標。QRA的目的是明確LNG供氣站潛在的主要危險,QRA對了廠的平面布置有重要的影響。
對氣化站而言,LNG的各種泄漏情況被認為呈潛在的引起爆炸的原因。例如:
-管線泄漏/破裂(高壓和低壓氣體或液體管線)
-在氣化器和冷卻器和換熱器(在壓縮機,燃氣加熱器)發(fā)生管束破裂
-由于超壓導致罐或容器破裂/毀壞
-閥門和PSVs(壓力安全閥)發(fā)斗堵塞
-泵或壓縮機密封泄漏/失效
-停電或儀器失靈
2 平面布置
一個典型的LNG供氣站平面布置如圖1所示,圖中標出了儲罐,運輸船的泊位,主要設(shè)備和建筑物的位置。為了確定能保護邊界線以外的人身和財產(chǎn)安全的初步半面布置,必需進行氣體擴散和火焰輻射研究,這對位于居民區(qū)附近的供氣站成為重要。
發(fā)生LNG泄漏事故的十要危險是火災(zāi)和熱輻別。如果在匯漏事故的早期階段沒有遇到明火,則沸騰的LNG產(chǎn)生的氣體與空氣混合時被帶到下風側(cè)。這個氣閉一直存在爆炸的可能性,直至空氣將具稀釋到爆炸下限以下。
對供氣站邊界線以外的人身和財產(chǎn)的影響,NFPA59A已經(jīng)做了明確的安全要求。這些要求限制了在邊界線的輻射量,同時將可燃氣體散發(fā)到邊界線以外的可能性降到最低。現(xiàn)在各種計算機程序能夠模擬LNG儲存設(shè)施周圍的火災(zāi)輻射和氣體擴散危險??扇細怏w研究機構(gòu)無償提供如:LNGFIRE和DEGAIS(氣體擴散濃度)的程序,這兩個軟件都可從互聯(lián)網(wǎng)下載。
DEGADIS能預(yù)測在溢流事故中氣體擴散的距離。而LNGFIRE能計算LNG儲存設(shè)施火災(zāi)輻射距離,采用的方法是建立在公共的可獲得數(shù)據(jù)和LNG火災(zāi)經(jīng)驗介紹的基礎(chǔ)上。這兩個程序發(fā)表在NFPA59A(1996)上。
在LNG特性中,一個固有的安全因素是甲烷含量高。在空氣溫度為700F(21℃)時,它的臨界浮力溫度為-1660F(-110℃)。在這個溫度以上時,甲烷比空氣輕,將從泄漏處上升飄走。同其他成分(如LPG)相比,甲烷也有一個較寬的爆炸范圍(5-15%)。盡管下限較高,但由于它的自然浮力和快速的擴散,積存可燃混合氣體的可能性很小。盡管如此,氣體擴散研究是必需的,并且是擴大區(qū)域規(guī)劃成果的一個關(guān)鍵部分。
3 控制方式
圖2是一個典型的LNG供氣站控制方案。根據(jù)每個項目的特定要求、操作靈活性和客戶的需要,每一個供氣站都是不盡相同,不同的設(shè)備和控制流程都有相當大的差異。因此,這個例子僅代表諸多可能出現(xiàn)的流程之一,目的是用來舉例說明而已,圖中所示的僅是主要的控制回路和儀表。盡管這個控制流程是比較簡單的,但是為了安全操作,針對以下日常有潛在危險的工序卸車和氣化,進行了詳盡設(shè)計。
3.1 LNG卸車
在日常操作中,各種不穩(wěn)定狀態(tài)時有發(fā)生,這就是潛在的危險。如果卸車管線中存在這種情況,將會導致兩種結(jié)果:急冷和水擊。
不僅對于初次啟動,而且在每次卸車操作時,發(fā)生急冷都是危險的,尤其是在沒有裝再回流管線的情況下(在此篇文章發(fā)表之前,在1998/99年冬季PTQ上發(fā)表的《降低LNG供氣站運行成本》一文中對回流管線已作介紹,見圖3和圖4)。
這些管線在卸車期間保持卸車管線冷卻,從而避免了需要在每次卸車前冷卻卸車。
冷卻的一個結(jié)果是撓曲現(xiàn)象。它是由于在管道的頂部和底部形成溫度梯度,導致管道在支架間撓曲,由于應(yīng)力高,撓曲現(xiàn)象可以導致事故。在卸車前可以.通過正確的冷卻工藝來避免這個現(xiàn)象的發(fā)生。如圖2所示的供氣站設(shè)計,通過冷氣對輸送管線進行預(yù)冷卻,可以將對管線的熱沖擊降到最小。氣體預(yù)冷卻管線工藝,包括用LNG填充管道和用閃蒸氣對儲罐進行第一次增壓。這包括將流體從儲罐后面通過頂部填充管線和輸送管線連接起來,然后通過冷卻旁通到氣體回流管線并通過集氣管到氣體壓縮機。
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另一個經(jīng)常發(fā)生的不穩(wěn)定的狀態(tài)是由于水擊造成的。水擊是由于流體的流速突然發(fā)生改變。改變流體的流速需要一個瞬時的流體壓力。由于快速關(guān)閉或開啟閥門或停泵將導致這些變化可能發(fā)生。就設(shè)計而言,需要對這些事件進行一個完整的沖擊分析。
各種計算機程序可以在配管設(shè)計時計算水擊的沖擊力。對于減小壓力波動,使其保持在管道安裝允許的應(yīng)力范圍內(nèi),閥門關(guān)閉次數(shù)是一個重要的變量。因此,閥門的操作對于管道安全設(shè)計和運行產(chǎn)生重要的影響。
3.2 LNG氣化
由于氣化器操作自身潛在的危險,在火焰加熱器里,易揮發(fā)的液體在高壓下進行氣化,所以應(yīng)采取多種安全措施來防止這些潛在的危險。
通過可燃氣體、火災(zāi)報警和ESD系統(tǒng),也可通過燃氣管線上的高溫開關(guān)和所有外送泵失靈的信號來關(guān)閉所有運行的氣化器。每一個氣化器也有獨立的關(guān)閉系統(tǒng),由以下條件驅(qū)動:
-送風故障失靈
-煙道溫度高
-出口溫度低或高
-出口壓力高
-燃氣壓力低
-煙道中的可燃氣體
具備以上任何條件,氣化器停車驅(qū)動系統(tǒng)將聯(lián)鎖,切斷氣化器的主燃氣管線,并放空,關(guān)閉氣化器的LNG進出口管線的切斷閥。如果所有的氣化器被停車,那么所有運行的LNG外送泵也被停車,并關(guān)閉人口閥。