LNG供气站安全设计

LNG 供气站安全设计
1944 年美国俄亥俄州克利夫兰市的一个调峰站的 LNG 储罐发生事故，时至今日，LNG 安全标准经过了一
个相当漫长的历程。当时，那个 LNG 储罐仅仅运行了几个月就突然破裂，溢出 120 万加仑(相当于 4542m3)
的液化天然气。由于防护堤不能满足要求而被淹没，尔后液化天然气流进街道和下水道。液化天然气在下
水道气化引起爆炸，将古力盖抛向空中，下水管线炸裂。部分低温天然气渗透到附近住宅地下室，又被热
水器上的点火器引爆，将房子炸坏。很多人被围困在家中，有些人试图冲出去，但没能逃离燃烧的街道和
高温困境。10 个小时后，火灾才得到控制。此次爆炸波及 14 个街区，财产损失巨大，其中有 200 辆轿车
完全毁坏和 136 人丧生。
　　事故调查小组没有查明储罐失事原因，追溯事故发生的一年前，在该罐交付使用期间，*近罐底产生了
一道裂缝。人们没有去调查裂缝的成因，只是对该罐进行了简单的修补后即投入运行。现在人们认识到，
导致该罐失事的原因是内罐上某处出现了裂缝，溢出的液体充满了内壳和外壁之间的空间，而且气化后导
致压力过大。
　　过去对密闭的空间的设计与现在不同，没有采取泄压措施。另外，过去用来制作内罐的材料是 3.5%镍
钢，它不适宜低温工作，现在通常改用 9%镍钢。
　　这起事故对液化天然气工业是一个极大的挫折，20 年之后，该工业才得以恢复。在燃气工业中断的这
些年头，各种研究机构和设备供应商作进一步调查，并开发丁天然气应用技术、设备和材料，在这些领域
所取得的重大进步，实际上部分应归功于使低温工业受益非浅的美国空间计划。这些研究成果现在已经被
世界上几个正在运行的 LNG 设施所证实，并创造了一个史无前例的长达 30 年的安全纪录。
　　影响设备和供气站设计的安全因素有：
　　-安全标准
　　-平面布置
　　-控制方式
　　-储罐
　　-消防
　　-停车
1 安全标准
　　由于那个 LNG 储罐的失事，天然气液化和储存在第一次商业冒险中宣告失败，为满足调峰站的需要，
燃气工业转向 LPG。人们对克利夫兰市灾难仍然记忆犹新，燃气工业迅速制定了 LPG 设施标准。1948 年
出版了《NFPA 59 公用液化石油气站》，1957 年出版了《APl 2510 海上和管道终端，天然气凝缩油厂，提
炼厂和罐区建造液化石油气装置的设计和施工》。
　　当时，尽管技术已有进步，人们进行了多年的认真研究，但是，LNG 设施设计标准的安全和技术性尚
需进一步提高。
　　六十年代初期，人们对 LNG 重新产生兴趣。由美国消防协会(NFPA)建议并起草了 LNG 设施设计新标
准。在这首个综合性标准里，制定出了液化天然气的设计、选址、施工和设备运行以及液化天然气的储存、
气化、输送和处理的要求。这些要求均包含在《液化天然气(LNG)生产、储存和处理标准，NFPA59A》中。
　　《NFPA59A》的编制工作自 1960 年开始着手进行，并在 1967 年被美国燃气协会(NFPA)正式采纳。一
年后美国石油协会(APl)采纳了《APl2510A 石油终端、天然气加工厂、提炼厂和其它工厂的 LNG 装置的设
计和施工》。
　　同年美国石油协会又采纳了《附录 QAPl620 大型焊接液化天然气低压储罐设计和施工的推荐标准》，
其中论述的低温应用的设计和选材。
　　六十年代后期，由于 LNG 工业进入一个新的增长期，NFPA 标准的适用范围需要扩展。人们丌始着手
进行《APl2510A》的合并吸收工作，以便重新编气《NFPA》，1971 年的版本是扩展范围后的第一版。随后
又进行了多次修订。
　　详细评论 LNG 安全标准和规范不是本文的目的，不过这里仍要提到在 NFPA59A 十，影响 LNG 供气
站安全设计的一些关键因素：
　　-站场防止 LNG 溢出和泄漏的措施
　　-海上运输和接收的要求
　　-拦截区的要求
　　-储罐防护堤的要求
　　-储罐、气化器和工艺设备的间距
　　-材质，混凝土种类
　　-隔热
　　-安全泄压，储罐赳压保护
　　-气化器，泵和压缩机设备
　　-消防，叫燃气体检测和火灾探测器
　　-ESD(紧急停工)系统
　　LNG 供气站的安全原则是预防、检测和控制。
　　预防是指要密切注视刘没施安全运行所必需的设计特性。在工程设计阶段，些设计上具能够发现潜在
的安全隐患扦提出保证安全的相应措施。它们包括：初步危险分析(PHA)，*作危险性分析(HAZOP)、风险
定量评估(QRA)、气体扩散研究和突变分析。
　　假如发生事故，早期检训和响应能将使安伞隐患减全最小。各种探测器应被合理地安装在整个供气站
内，用来检测火灾和 I。NG 泄漏事故。
　　其中包括码头卸船区，储罐防护堤内和防护堤附近的卸车管线等位置。这些地力任何一处发生泄漏。
在控制室内都会发山声音报警。
　　将气体和感烟探测器安装在建筑物内，从控制室的闭路电视上可以对全厂进行监控。
　　自卸车平台的管道、码头和陆上的管道系统发生 LLN(；泄漏，可以收集起来送至管网下面的混凝土集
液沟内。一般来讲，该液沟是通向位于海岸又*近码头的集液池内。LNG 管网和装置周围的集液沟能够容
纳 10 分钟内的管道最大泄漏量。
1.1 初步危险分析(PHA)，*作危险性分析(HAZOP)和风险定量评估(ORA)
　　初步危险分析(PHA)纤常被用在方案阶段或装置初步设计和设备布置的前期，用来预测这些潜在危险对
*作人员、公众，工厂设施和环境的影响。一次初步危险分析并不能排除作进一步危险评估，事实上，它只
是以后的危险评估研究的一个开端。
　　在工程建设的后阶段通常要进行更详细的 HAZOP 研究。在工程初期使用 PHA 技术主要有两个优点：
它能够鉴别出潜在的危险，并用最小的投资和措施来预防危险；它能够帮助设计小组明确或拓展用于整个
工厂生产的运行目标。QRA 的目的是明确 LNG 供气站潜在的主要危险，QRA 对了厂的平面布置有重要的
影响。
　　对气化站而言，LNG 的各种泄漏情况被认为呈潜在的引起爆炸的原因。例如：
　　-管线泄漏/破裂(高压和低压气体或液体管线)
　　-在气化器和冷却器和换热器(在压缩机，燃气加热器)发生管束破裂
　　-由于超压导致罐或容器破裂/毁坏
　　-阀门和 PSVs(压力安全阀)发斗堵塞
　　-泵或压缩机密封泄漏/失效
　　-停电或仪器失灵
2 平面布置