對氣化站而言,LNG的各種泄漏情況被認(rèn)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(dǎo)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
典型的LNG供氣站平面布置如圖1所示,圖中標(biāo)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(fēng)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?,F(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、工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(dāng)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,但是為了安全工作,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
在日常工作中,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(dǎo)致兩種結(jié)果:急冷和水擊。
不僅對于初次啟動,而且在每次卸車工作時,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(dǎo)致管道在支架間撓曲,由于應(yīng)力高,撓曲現(xiàn)象可以導(dǎo)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。
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(dǎo)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,閥門的工作對于管道安全設(shè)計和運行產(chǎn)生重要的影響。
3.2 LNG氣化
由于氣化器工作自身潛在的危險,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(fēng)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。
4 儲罐
目前應(yīng)用的絕大多數(shù)LNG儲罐可分為兩類:單容積和全容積,兩種儲罐的結(jié)構(gòu)如圖3所示。<
近年來,大部分LNG儲罐設(shè)計成全容積式。單容積和全容積儲罐都是雙壁儲罐,然而,在事故狀態(tài)下,兩種儲罐容納液體和氣體的能力是不同的。
在單容積儲罐設(shè)計中,外部儲罐僅為容納氣體設(shè)計。在這種結(jié)構(gòu)中,內(nèi)部儲罐的事故將導(dǎo)致外部儲罐的事故。常規(guī)的內(nèi)置儲罐是用9%鎳鋼制造,而外置罐用碳鋼制造。外置儲罐的設(shè)計是用來隔離和容納氣體(不是液體),因此這種結(jié)構(gòu)需要兩級容器。
全容積儲罐的內(nèi)置儲罐與單容積儲罐的設(shè)計是一樣的,都是自立式9%鎳鋼罐。然而,周圍的預(yù)應(yīng)力混凝土罐是用來容納氣體和液體。常規(guī)的混凝土罐也有一個碳鋼襯層,并有一個狹窄的9%鎳鋼襯板來保護底部邊角免受熱沖擊。在內(nèi)外罐之間用珍珠巖隔熱材料填充。
4.1 儲罐安全措施
LNG儲罐具有很多安全設(shè)計特征,例如:
-儲罐周圍的混凝土墻能容納全部或更多的LNG儲罐存儲量
-儲罐的所有開口例如液體輸入和輸出管線以及儀表安裝都穿過頂蓋,也就是說,在預(yù)應(yīng)力混凝土外殼和9%鎳鋼底部沒有開口
-壓力和動態(tài)變送器以及熱電偶檢測儲罐的各個部分。任何不正常的運行狀態(tài)都將被檢測和報警-全廠運行聯(lián)鎖設(shè)計用來防止儲罐不安全工作和過滿以及超壓
-壓力控制閥和PSVs
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