LNG站的安全管理与措施

论文题目：LNG站的安全管理与措施

摘要:天然气是易燃易爆的气体，在LNG站中天然气预处理工艺的压力要求又高，在LNG站里的预处理、液化、储存和气化过程中都有泄漏的可能，且长期储存还会存在翻混危险，造成槽内压力上升。所以LNG站的安全特别重要，本文结合贵阳LNG汽车加气站的安全运行管理情况，分析了LNG汽车加气站的安全运行中有关LNG的运输储存、储罐压力、低温冻伤、窒息危害、放空气体的紧急停车等应注意的安全防护问题，介绍了加气站危险区域应采取的安全防护措施，提出了加气站工作人员作业现场的安全要求。

关键词：LNG；安全；消防1概述

天然气以其储量丰富、经济、环保等特性成为继石油之后各国重点大力开发的化石燃料，其中以液化天然气（LNG）的发展尤为迅速，规模也日益扩大。在未来的15年间，我国天然气消费将从400×108m3/a达到2200×108m3/a，主要以西气东输、海气上岸、进口管输气及LNG等方式保证天然气资源的供应。未来3—10年，我国沿海将规划建设8～10座接收站，届时每年将有（2000～3000）×104t/a的LNG到岸。

深圳大鹏湾秤头角已成功建起我国第1个LNG接收站[1]，于2006年5月底正式投产运营。2004年9月12日，我国第一个完全由国内企业中海福建天然气有限责任公司自主引进、建设、管理的LNG项目——福建LNG总体项目的商务合同在北京签订，这个项目也是中国海洋石油总公司在沿海投资建设的第2个LNG接收站。浙江省将成为我国第3个引进LNG项目的地区，浙江LNG项目由LNG接收站、输气干线、配套LNG电厂3部分组成。另外，在山东、江苏、大连、秦皇岛、海南等地都有正在规划或建设的LNG接收站。我国的LNG工业已经形成了一定的规模。现阶段我国大力进行的LNG接收站的建设，必将带动LNG生产及储运等相关技术的进步，我国LNG工业将迎来快速发展的春天[2～4]。

LNG作为一种低温液体，其主要危害体现在：温度极低，气液膨胀比大，易于与空气形成爆炸性混合物。

LNG作为一种清洁、高效、优质的能源，已成为能源供应增长速度最快的燃料，用于城市公交巴士、重卡等作代用燃料，具有广阔前景。贵阳LNG加气站，是中国石化建设的LNG加气站，因LNG洁净，运输方便，建站投资占地少（相比CNG），一次充装行驶里程长（与汽油相近），受到用户的欢迎[1]。由于LNG的组成和性质与汽柴油不同，在加注的管理上也有特点，但其运行还处于起步阶段，缺少积累。本文结合贵阳加气站的运行管理情况，分析了LNG在运输和储存中各种潜在的危害及预防措施，为更好地做好LNG安全运行管理进行了探讨。

为改善城市空气质量，促进城市经济和建设的可持续性发展，国家科技部推广应用清洁燃料汽车。LNG的主要成分是甲烷，燃烧后的排放物与汽油和柴油相比，CO、CO2和NOx的浓度均有明显下降。LNG商业贸易从20世纪60年代开始，至今有40年的历史。

近年来，世界各国大力推广LNG汽车和加气站，其中美国有逾60座LNG汽车加气站和约3000辆LNG汽车，在LNG车用技术上处于领先位置。LNG汽车不但适用于城市公交车，也适用于出租车和大型货运车辆，尤其是长途运输车辆。

自从LNG（液化天然气）制成以来，由于LNG的特殊优势，在世界范围内获得了广泛的应用。上世纪末以来，我国的LNG技术研究及应用发展较快，随着中原油田、新疆广汇LNG生产工厂的建成投用，国内的LNG供气站已有几十个，现在广东、福建LNG接收基地项目正在紧锣密鼓的实施，为今后我国LNG的较大规模应用打下坚实的供应基础。由于我国目前还没有相应的LNG技术设计、防火规范，对LNG某些深层次的技术问题研究不深[2]，LNG站建成后，如何实施效地管理的控制，保证LNG站的安全运行，成为摆在我们燃气工作者面前的新课题。本文结合淄博LNG站的管理实例，谈谈对此问题的看法。

 

2LNG加气站安全运行问题

2.1运输储存的安全防护

LNG的存储是天然气开发利用的关键之一，存储的安全性不仅关系到加气站，也关系到周边

地区，非常重要。天然气是多组分混合物，随产地的不同组分也有差异。LNG低温充注，储存在槽罐内，因密度差会产成分层。从储槽护壁导入的热量又会引起液层之间的混合，进而产生流体涡旋，促使LNG存储失去稳定，大量蒸发，既会造成经济损失又会对LNG储槽的安全使用产生威胁[4]。LNG多以液态带压储存，所以应充分考虑在储存和装卸时，若意外泄漏或溢出，LNG会急速气化、扩散，并与空气混合形成易燃、易爆的混合气体，泄漏扩散后的可燃气，达到可燃浓度界限时，在一定温度下，或遇到明火会形成轰燃，继而形成难以控制的火灾。

2.2储罐压力的安全防护

LNG储罐的内部压力需控制在允许的范围之内，压力过高或出现负压对储罐都有潜在的危险。影响储罐压力的因素很多，诸如热量进入引起液体蒸发，充注期间液体闪蒸，大气压下降或错误操作，都可能引起罐内压力上升。另外，在非常快的速度下进行排液或抽气、充注液体温度较低时，有可能使罐内形成负压。这都是异常危险的，为此储罐必须装有压力安全阀和真空安全阀，真空安全阀能感受当地的大气压，判断罐内是否出现真空。压力安全阀可防止储罐超压，真空安全阀能预防储罐出现负压。LNG储罐的压力安全阀和真空安全阀与罐体之间需设置带有手动开关的截止阀，以便于安全阀的检修。安全排气装置还应充分考虑在火灾情况下如何进行安全排放。

2.3低温冻伤的安全防护

低温包括LNG液体表面、LNG低温管线及设备等，如果与这些低温表面接触的皮肤没有得到充分保护，就会导致低温冻伤。如果皮肤的表面潮湿，与低温物体接触后，皮肤还会粘在低温物体表面，造成皮肤撕裂。遇此，可通过加热的方式将粘结的皮肤从低温表面挪开[5]。对于接触低温的操作人员，一定要穿着特殊的劳保服，防止皮肤与低温物体直接接触。LNG加气站操作人员的特殊劳保服包括:防护面罩、安全帽保护暴露在外的眼睛及脸部;低温手套、长裤、长袖上衣及高筒靴保护身体各部。这些衣物都要求用专门的合成纤维或纤维棉制成，且要尺寸宽大，便于在低温液体溅落到上面时，能快速脱下。对于低温设备，包括低温管线及阀门，在设计上都需考虑操作人员的安全，切实按要求进行防冷、防护，以避免操作人员直接与低温金属表面接触。对于其它物体的表面及结构，例如支撑物或其它组件，由于LNG或低温气体的排放，都可能变成低温物体，操作人员除了可能与其低温表面接触造成伤害外，还可能面临由于材料自身的特点遇冷发生变化造成意外伤害。因此，操作人员应熟悉与低温接触的这些构件的性质，避免产生意外伤害。

2.4窒息危害的安全防护

呼吸低温蒸气有损健康，在短时间内，将导致呼吸困难，时间一长，就会导致严重疾病。所有的LNG蒸气并没有毒，但它们会降低氧气的含量，导致窒息。如果吸纯LNG蒸气，很快就会失去知觉，几分钟后死亡。空气中氧含量的逐渐降低，操作人员可能一时意识不到，但最后意识到时，已经太迟。要预防低温气体对人体产生窒息的危害，需配备可燃气体探测器，在封闭房间内，应安装固定的可燃气体探测器，在室外，配备便携式可燃气体探测器[6]，随时探测低温气体浓度，一旦低温气体浓度达到报警值，探测器就会发出警报，避免低温气体对人员造成伤害。泄漏检测仪表选用催化燃烧式可燃气体报警装置，设置高、低限报警，并能自动启动紧急停车（ESD）系统。

2.5放空气体的安全防护

停止工作流程，安全阀起跳、维修放散等操作产生的放空气体（EAG），可能会因为来不及汽化而直接以液态的形式排放至大气中，如果有人员在附近，就容易发生人身伤害事故。为确保EAG放散安全，EAG放散进入大气前需增加管道阻火器，防止放空气燃烧回流，避免产生危险;在EAG放散管道上配置EAG加热器，可确保将LNG液体汽化后才能排放，防止冷液伤人[7]。

2.6紧急停车系统的防护

当操作人员在操作、巡检、值班时发现系统偏离设定的运行条件，如系统超压、液位超限、温度过高以及出现LNG泄漏，火灾报警事故时，DSD系统能自动或手动在设备现场或控制室远距离快速停车，快速切断LNG系统。

 

3LNG接收站潜在的危险

3.1翻滚现象

翻滚现象是指两层不同密度的LNG在储罐内迅速上下翻动混合，瞬间产生大量蒸发气的现象。翻滚现象发生的根本原因是储罐中的液体密度不同，存在分层。

无论储罐内是均匀混合的LNG还是单一来源的LNG都会分层，渗入LNG的热量推动自然对流，形成自然循环。温度相对较高的LNG沿着罐壁往上流动，穿过液面，吸收热量气化，形成蒸气；温度相对较低的LNG向下回补，完成循环。

如果有不同密度的分层出现，较轻的一层LNG可以正常对流，并通过闪蒸，将热量释放到罐的蒸气空间。但是，如果底部密度较大的一层LNG的对流无法穿过上面一层LNG到达液面，底部的LNG就会形成单独的对流格局。吸收了罐壁和罐底渗透热的罐底的LNG无法流动到液面通过蒸发释放热量，造成底部LNG的热量储存和温度上升。随着外部热量的导入，底部LNG的温度增加，而密度下降；顶层LNG由于BOG的挥发而变重。如果两部分接触面的密度无法达到大致相等，那么就会一直保留这种分层的现象，当底层LNG密度低于上层LNG密度时，底部LNG就会上升，经过传质，下部LNG上升到上部，压力减小，成为过饱和液体，积蓄的热量迅速释放，产生大量的BOG，即产生翻滚现象。

翻滚从现象来看分成两类[12]：LNG储罐在长期储存中，因其中较轻的组分（主要是N2和CH4）首先蒸发，而自发形成翻滚现象；LNG储罐中原有LNG在充装密度不同、温度不同的新LNG一段时间（几小时甚至几十天）后，突然产生翻滚现象。根据翻滚产生的机理，可以采取以下方法防止LNG分层和翻滚：将来源不同、密度不同的LNG分别储存于不同的储罐中；采用储罐内潜液泵打回流来进行循环，消除储罐内LNG的密度差，抑制LNG的分层；储罐内设置液位计及液位-温度-密度等参数连续监测仪表，实时监测，避免储罐内的分层液体的密度差较大，进而避免引起翻滚；根据LNG密度选择正确的充注方法：密度相近时，一般从底部充注；将密度小的LNG充注到密度大的LNG储罐中时，应该采用底部充注的办法；将密度大的LNG充注到密度小的LNG储罐中时，应该采用顶部充注的办法。

3.2管喷、冷凝锤击效应

与水平面垂直的充满LNG的管子，若顶端向储罐开口，当管内的LNG受热达到一定程度后，会通过自喷的方式快速地将管内的LNG清空。管喷是自发的，管喷效应会导致罐内压力快速增加，甚至可能导致放空，重复性的冲击可能带来破坏。

冷凝锤击效应经常发生在长时间带压作业的支管、泄放口泄压后恢复工作压力的瞬间。冷凝锤击效应可导致管道局部压力瞬间剧增，致使垫片或阀门密封破坏。

3.3LNG槽车充装和运输

运输LNG的槽车在卸车或装车过程中不能够保证没有一滴LNG泄漏，操作员在工作期间应佩戴好个人劳动防护用品，搬运和存放输送软管的操作员应十分小心，软管上的脏物和摩擦会破坏软管的完整性，同时可能会产生静电，从而引发事故。LNG槽车等移动设备在工艺操作前，应做好接地，工艺操作结束后，应静置一段规定时间才允许拆除接地线。

3.4LNG泄漏

LNG泄漏可能对人体产生以下危害：局部冻伤，如低温冻伤、霜冻伤；一般冻伤，如体温过低，肺部冻伤；窒息；如果蒸气云被点燃，还存在热辐射的危险。LNG工业的安全很难用数据来描述，因为一些无重大泄漏事故的装置的操作年限还不够作数量上的分析。本节主要介绍LNG泄漏点以及泄漏的危险性。

阀门填料处的泄漏：LNG接收站的装置温度降低到操作温度时，阀门金属部分会发生收缩，这时就可能在阀门填料处发生泄漏。可以根据在阀门处是否有不正常的积霜，来判断该阀门是否发生了泄漏。

输送软管和管道组成件处的泄漏：输送LNG的管子冷却后发生收缩就可能在管子螺纹或法兰连接处发生泄漏。输送软管需要按照国家安全标准进行年度压力检测。输送软管放空时可能同时排放液体和气体，不可对着人或设备，也不可接触到点火源。

取样管道、取样容器和气相管道发生泄漏：LNG接收站的取样管道和取样容器处发生泄漏的可能性较大，操作人员接触到泄漏的LNG的可能性很大。天然气气相管道泄漏的危害性较大，因为这个区域不仅流速快、压力高，而且存在管道材料过渡（从低温管材过渡到常温管材）。如果泄漏的是冷气体，应当注意低于-107℃的蒸气在最初泄漏的阶段会比空气重，容易引起火灾以及造成人体冻伤。

泄漏的LNG气化时产生的危害性可分为LNG泄漏到地面和泄漏到水中两种情况。

如果泄漏持续进行，就会在地面上形成一小池，而沸腾速度下降，最后保持一个相对稳定的沸腾速度。在最初阶段，沸腾速度由地面与LNG液体之间的一层气体的对流传热速度决定。当LNG温度和地面温度之间的差别逐渐减小时，这一层气体就消失了。这时影响沸腾速度的主要因素是地面向LNG的热传递，其他因素还有太阳辐射、LNG上方的通风对流情况。后来地面被冷冻，并保持持续低温，那么太阳辐射和通风就成了影响LNG蒸发的主要因素。

当LNG泄漏流进水中时，可导致LNG与水相接触，如LNG运输工具发生意外交通事故时，可导致LNG泄漏流进水中；又如浸没燃烧式气化器的内部泄漏可导致LNG与水相接触，此时LNG与水之间有非常高的热传递速率，发生快速相变，LNG将激烈地沸腾并伴随大的响声，喷出水雾，严重时会导致LNG蒸气爆炸，由此产生的爆炸威力足以摧毁邻近的工厂或建筑物，导致严重的事故[13]。

4危险区域及安全防护措施

4.1防爆区

防爆区即加气站生产区，包括罐区、卸车区、加气区，均属气体Ò区爆炸危险场所。除此，站区内其它区域为正常环境。爆炸危险环境场所用电设备及照明灯具均采用隔爆型电器设备，规格为dÒBT4。为做好防火防爆措施，需为地上LNG储罐配置灭火器，三级LNG加气站可不设消防给水系统。消防给水应利用城市或企业已建的消防给水系统。当无消防给水系统可依托时，应自建消防给水系统。LNG设施的消防给水管道可与站内的生产、生活给水管道合并设置，消防水量应按固定冷却水量和移动水量之和计算。设置有地上LNG储罐的各类LNG加气站及油气合建站的消防给水设计应符合用水量的要求，连续给水时间不应小于3h[8]。

4.2防雷区域

防雷区包括加气站罐区、加气罩棚，区内设施属第二类防雷建筑物。

（1）防止雷击。根据5建筑物防雷设计规范6及5石油化工企业设计防火规范6。壁厚大于4mm的储罐等设备，可利用设备本体兼作接闪器，不专设避雷针，但应保证设备本体有良好的电气性能，与工艺装置区接地网连接即可。

（2）防雷电感应。站内所有设备、管道、构架、平台、电缆金属外皮等金属物均应接到接地装置上。

（3）防雷电波侵入。低压电缆埋地敷设，电缆

金属外皮均需接到接地装置上，所有管道在进出建筑物时与接地装置相连，管道每隔25m接地一次。

（4）防雷击电磁脉冲。低压电磁脉冲主要侵害对象为计算机信息系统，站房的控制室等建筑物屋面应装设避雷针网格，网格不大于10m×10m。供配电系统，配电线路首末端均需装设电涌保护器。

4.3防静电措施

在生产过程中，因液体、气体在设备、管道中高速流动而产生静电，静电电荷可高达数千伏，可能产生静电放电火花，引燃泄漏的可燃气体。防止静电火花最根本的方法是设备管道做良好接地，每台设备两处接地，管道每隔25m接地一次，法兰、阀门之间做电气跨接[9]。槽车装卸作业，应采用接地夹与装卸设备实行等电位连接。

4.4接地系统

（1）配电系统采用TN-S接地形式，引入低压电源的进线在控制室重复接地，接地电阻不大于48。

（2）电气设备的金属外壳均做保护接地，防止人身触电，接地电阻不大于108。

（3）防雷接地。接地电阻不大于108。

（4）防静电接地。接地电阻不大于1008。

（5）自控仪表等信息系统接地。接地电阻不大于18。所有接地系统如防雷接地、电气系统接地、防静电接地、信息系统的共用接地装置，接地电阻不大于18。

4.5作业现场的安全要求

LNG加气站应建立健全特种设备安全管理制度和岗位操作规程，严格落实安全生产责任制，操作人员严格按照操作规程作业，应对站内设备进行巡回检查，做到沟见底、轴见光、设备见本色，并做好设备的巡回检查记录;LNG充装人员在加气时机动车辆必须熄火，驾乘人员必须离车并在安全区域等候;在加气作业时站内严禁检修车辆、敲击铁器等易产生火花的作业，非加气站工作人员不得进行加气卸气作业;对新入站人员应进行不少于30个课时的三级安全教育培训，经考试合格后，持压力容器操作或气瓶充装证上岗;组织员工进行应急预案演练，进行安全及岗位操作规程、制度的学习、考试;对进站车辆的气瓶检查必须严格进行，在气瓶检查中必须做好气瓶充装检查的记录，严格执行气瓶/七不充装规定[10]。

LNG在兼备CNG的特点外，更具安全、高效、环保、经济等多方面的优势。LNG的燃点为650e，比汽、柴油的燃点高;LNG的爆炸极限为5%-15%，-106.7e以上的LNG蒸气比空气轻，稍有泄漏立即挥发飞散，很难形成遇火燃烧爆炸的浓度。因此，无论LNG，还是它的蒸气都不会在一个不封闭的环境下爆炸。LNG的储存压力一般小于1.6MPa，远低于CNG的储存压力，这样就避免了如CNG因采用高压容器所带来的潜在危险，同时 

6接收站中危险源的探测

危险探测器可以提醒人们潜在的危险环境，比如气体、火焰、烟雾、高温、低温或氧气不足等。一个可以持续探测的系统比人工探测更具有可靠性，而且它能最大限度地探测到更严重的情况。

可燃气体探测系统在工厂内很常见，感应器应安装在最有可能泄漏的地点。当感应器探测到空气中可燃气体的体积分数达到爆炸下限的10%～25%（不含25%）时，将向控制室发送警报，操作员开始进行调查并采取控制措施。当感应器探测到空气中可燃气体的体积分数达到爆炸下限的25%时，运行中的工厂会自动停止。按照活动区域和相应的探测器敏感度的不同，对各区域可燃气体探测器设置不同的敏感度。气体探测器的安装位置，根据可对潜在的危险气体及危害程度提供及时的警报为原则进行布置。

火焰探测器是根据热辐射量来探测的。火焰的热辐射可以根据紫外线和红外线波长范围内不断增长的信号来测定。当超出一定的辐射量时，就会响铃报警。除了火焰、闪电、焊弧外，阳光反射到挡风板也会有紫外线和红外线辐射，易导致发出虚假的警报。也可采用多功能探测器、交互型探测器和延迟报警系统等辅助系统来提高探测器的准确度。

在一些高危设备上还需要安装高温探测器，高温探测器能够对某一部位、全部的温度或温度急速上升的情况作出反应，可以触动警报，使设备关闭或启动灭火设备。低温探测器用来对液化天然气或冷蒸气的释放作出预警，安装在液化天然气设备的底部或收集溢出气体和冷蒸气的低洼区域。

液化天然气的燃烧伴随着少量的烟雾。烟雾探测器能够探测到着火源，由于小股的烟火产生的热量不大可能触动高温探测器，烟雾探测器这时起到补充作用。烟雾探测器一般安装在电气设备上面或靠近可能产生烟雾的区域。

组合式气体探测系统比较适合对含氧量的测试。便携式气体探测器运用一个内置式取样泵，它具有两个测量功能，可以同时探测易燃气体和含氧量。当探测到氧气含量不足时，微型的个人便携显示器会自动输出监测数据并发出警报。 

7接收站消防系统

消防系统的安全设计原则是：尽量切断气源，控制泄漏；对储罐及邻近储罐的设备进行冷却保护，避免设备超压造成更大的灾害；将泄漏的LNG引至安全地带气化，避免燃烧扩大。接收站消防设施包括消防水系统、高倍数泡沫灭火系统、干粉灭火系统、固定式气体灭火系统、水喷雾系统、水幕系统、灭火器等。

接收站设置3种消防水炮，包括固定式消防水炮、远控消防水炮、移动式消防水炮。

在工艺区（包括BOG压缩机房、气化器等）、LNG槽车装车区、计量输出区设置固定式消防水炮。固定式消防水炮靠近被保护的工艺设备，但离被保护的设备的间距不小于15m。在码头前沿设置2个高架远控消防水炮（防爆型），能够覆盖码头上的全部装卸工艺设施，可协助消防船或消拖两用船，供给LNG运输船的消防冷却用水，满足水量及覆盖要求。

接收站在LNG槽车装车区、高压输出泵、气化器、LNG罐顶的钢结构及码头阀门的汇聚部分等地方设置固定式水喷雾系统。所有水喷雾系统均为自动控制，同时具有远程手动和应急操作的功能。设置在各区域的火焰探测器探测到火灾信号后，传输信号至火灾报警控制盘，通过火灾报警控制盘的连锁控制信号启动雨淋阀，从而开启水喷雾系统。火灾报警控制盘上设置有各水喷雾系统的远程手动控制按钮，可以远程手动开启各水喷雾系统。

在码头装卸臂前沿设置一套水幕系统，水幕系统采用自动控制，同时具有远程手动和应急操作的功能。设置在码头前沿的火焰探测器探测到火灾信号后，传输信号至火灾报警控制盘，通过火灾报警控制盘的连锁控制信号启动雨淋阀，从而开启水幕系统。火灾报警控制盘上设置有水幕系统的远程手动控制按钮，可以远程手动开启水幕系统。

接收站在LNG罐区事故收集池、工艺装置区事故收集池、码头事故收集池、槽车装车区设置高倍数泡沫灭火系统。该系统的设置目的是控制泄漏到LNG收集池内的液化天然气的挥发。泡沫原液选用体积分数为3%的耐海水型高倍数泡沫原液。高倍数泡沫灭火系统采用自动控制方式。每个LNG收集池设置2个可燃气体探测器、1个低温探测器、1个感温探测器，当4个探测器中的2个探测器探测到有LNG泄漏到收集池后，由火灾报警控制盘连锁控制启动雨淋阀，从而启动高倍数泡沫灭火系统，向收集池内喷射泡沫混合液。

另外，接收站内还有一些气体消防设施，比如在码头控制室、变电所、主控室的机柜间设置气体灭火系统；在行政楼内设置固定式水喷淋系统；在柴油罐区、事故柴油发电机房设置移动式泡沫灭火装置；在码头、LNG罐区、LNG槽车装车区、工艺装置区和各建筑物内配置干粉、二氧化碳等手提式及推车式灭火器，以利于扑灭初起火灾；在每台LNG储罐罐顶的释放阀处设置固定式干粉灭火系统，用于扑灭释放阀因天然气释放而导致的火灾，系统设置100%的备用量。

 

8结语

尽管LNG被认为是一种非常危险的燃料。但是，从LNG产业几十年的发展历史来看，LNG产业具有良好的安全记录。但这并非说LNG就不危险，关键是能不能够掌握LNG的特性和危险来源，是否按标准和规范去设计、施工、运行及管理。鉴于我国的LNG汽车加气站正处于起步阶段，对LNG某些深层次的技术问题研究不深，LNG安全检查标准还没有制定，本文阐述了LNG汽车加气站的安全保护，以及如何解决运输和储存中的安全问题和低温带来的冻伤、窒息伤害来自LNG潜在的危险等问题，希望在今后的LNG运行中不会出现类似的危害。