LNG裝置安全設計及規范探討

陜西省燃氣設計院

郭宗華

2014.3.28青島

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陜西省燃氣設計院化工石化醫藥甲級市政燃氣甲級

目錄問題的提出2.LNG裝置危險性分析3.LNG裝置安全設計的原則4.LNG裝置安全設計探討

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1.1安全的重要性及系統安全的思想1、問題的提出LNG工廠物料的低溫深冷特性、易燃易爆特性、低溫工況下工藝操作條件的苛刻性，決定了它的安全的重要性。

關于“安全”，美國安全工程師協會（ASSE）給出的定義是：安全意味著可以容忍的風險程度。“安全”是相對“風險”而言，世界上沒有絕對安全的事物，關注風險就是關注安全，系統安全是指系統生命周期內可以容忍的風險程度。

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1.2安全設計是系統安全的基礎1、問題的提出一個系統運行的風險最小，或者說系統達到最佳的安全狀態，在很大程度上取決于系統的安全設計，安全設計是系統安全的基礎安全設計即是分析系統中人、物（物料和裝置）的不安全狀態、不安全行為、環境的不安全表現所帶來的危險性以及消除這些危險所采取的安全措施，將系統的安全置于系統的設計階段。

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1.2安全設計是系統安全的基礎1、問題的提出系統的安全設計基于系統生命周期中安全的兩個方面。（1）本質化安全：

本質化安全是系統安全的根本保證，從系統總成或組件的構思開始就融入安全設計的思想，一是保證系統在正常運行條件下本身是安全的，也就是系統在其生命周期內不依賴保護設備也能安全運行；二是系統的故障安全，當系統偏離正常的操作條件或控制系統失效時，系統能保持穩定或停止在安全的狀態下；（2）工程化安全：

工程化安全是對本質化安全的補充，其主導思想是依靠工程安全設施作為后備保護，加強系統在生命周期內的安全性。

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（1）.物料的危險性①低溫過冷危險特性

LNG的儲存溫度為－162℃，發生泄漏后的射流或冷蒸氣云，會使所接觸的一些材料變脆、易碎，或者產生冷收縮。特別是對LNG儲罐可能會引起外罐脆裂或變形，導致真空失效絕熱破壞，引發儲罐熱膨脹事故。過冷液體或氣體都會對人體產生低溫灼燒、凍傷等危害。發生泄漏事故時，由于事故點溫度過低，搶險人員不易靠近泄漏部位，增加施救難度，延誤施救時間。2.1物（物料和裝置）的不安全狀態2、LNG裝置危險性分析

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（1）.物料的危險性②LNG泄漏的特征

·溢出性泄漏時，由于LNG液體粘度小、流動性強，泄漏的液體或者流淌火災會四處流散、蔓延，流經過的地面、防火堤、設備基礎等因冷凍而強度大大降低，甚至發生坍塌事故；·射流性泄漏時，由于液體帶壓而噴射距離較遠，噴射火焰不易撲救；·快速相變形成冷蒸汽云團，云團被空氣加熱至溫度高于-107℃比空氣輕，迅速擴散。

2.1物（物料和裝置）的不安全狀態2、LNG裝置危險性分析

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（2）.裝置的危險性

①熱膨脹和熱蒸發帶來的裝置超壓爆裂；②LNG儲罐的危險性：超裝后隨著時間的推延可能超壓爆裂；③凈化不徹底致使換熱器堵塞或腐蝕；④管道振動的危害性：壓縮機出口的振動，節流膨脹引起的振動，管道中水擊現象引起的振動；⑤輸送物料時管道的靜電危害。2.1物（物料和裝置）的不安全狀態2、LNG裝置危險性分析

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（1）.運行時的誤操作

①LNG儲罐液位超限：進液時由于液位儀表的失靈或人為誤讀，使儲罐超裝。②操作程序有誤：操作程序有誤時，可能導致系統無法正常運行甚至發生事故。

（2）.事故狀態的誤操作①處理泄漏事故時未切斷儲罐根部閥，導致事故范圍擴大。②發生泄漏時未切斷電源、火源，導致火災或爆炸事故發生。2.2人的不安全行為2、LNG裝置危險性分析

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(1)

雷電雷電災害引起以下三方面的效應：·熱效應：強大的雷電流在瞬間轉換成熱能，造成金屬熔化飛濺。雷電的放電火花或瞬時高溫引燃泄漏的天然氣。·機械效應：熱效應也可導致儲罐內的液體劇烈蒸發，蒸發氣體膨脹的機械作用可使容器爆裂?！る姶判豪纂姼袘倪^電壓可毀壞用電設備；脈沖電磁輻射會毀掉微電子技術的設備如信息系統等，值得注意的是脈沖電磁輻射作用在三維空間，不是單一的采用設備接地方法能解決的。(2)地震地震力可對LNG造成如下破壞：·儲罐基礎坍塌，儲罐傾斜或罐體撕裂引發大量泄漏·管口斷裂引發泄漏事故2.3環境的不安全表現2、LNG裝置危險性分析

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（1）即自我約束，自我控制安全。如工藝過程中設計的自動糾錯系統、聯鎖系統、安全泄放系統等，以不發生熱膨脹、不發生泄漏事故及不產生火源為目標。

（2）完善的后備安全設計及消防措施，對可能發生的事故（包括人為事故和環境事故）設置安全措施，事故發生時采取何時得當的搶險安全措施及消防技術。

3.1本質化安全和工程化安全的原則3、LNG裝置安全設計的原則

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（1）注重操作者行為，“靜”、“動”相結合的原則靜態的裝置設計和動態的操作者行為相結合，設置聯鎖，防止誤操作。（2）注重工作程序的原則

設置完善的工作程序，使工藝流程有條不紊的進行，當操作者的不當操作與程序相背時或者物料參數發生變化時，能報警提示或鎖定程序，使系統停止在安全狀態。

3.2關注操作者行為和工作程序的原則3、LNG裝置安全設計的原則

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（1）所謂“一指化”就是在設定功能目標后，一“鍵”按下去就能使得流程按順序正確運行。（2）所謂“簡單化”就是流程的設計勿復雜化，簡單意味著組成系統的設備少、單元少，系統簡單、容易操作、容易判斷故障處理事故。3.3一指化、簡單化設計原則3、LNG裝置安全設計的原則

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以LNG儲罐和攔蓄區為安全設計的重心，以防止災難性泄漏和事故為第一目標，下列設計措施應予以重視：（1）容器根部設計切斷閥；（2）儲罐區、裝卸區設計、集液池及攔蓄區；（3）儲罐基礎及防火堤設計：因目前國內尚未開發出耐低溫建筑材料，儲罐基礎及防火堤的設計，應從結構上考慮短時間內承受低溫；儲罐底部設計測溫元體，混凝土基礎設置自然通風；管口法蘭、閥門、焊縫盡量離開基礎，防止這些易泄漏部位泄漏后凍壞基礎；防火堤的培土設計：防火堤可采用混凝土中間加培土。3.4關注重點部位的原則3、LNG裝置安全設計的原則

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（1）LNG站場（廠）的場地的標高一定要低于周邊地區，防止泄漏后的大量LNG流入到周邊區域，如水域、道路、周邊企業等，引發更大的事故；

（2）盡量地利用自然地形，圈定泄漏的LNG；

（3）階梯式布置時，LNG儲罐區儲罐區布置在高處時，儲罐區防火堤外局部區域標高要低于周邊，形成局部低洼，并有防止LNG從高處向低處流淌的措施。（4）切斷站場（廠）與外部管道、管溝聯系，為了防止泄漏的LNG竄入市政或外部管道，LNG站場（廠）的排水系統必須經過一段明渠或者敞口水池再排到外部，LNG儲罐攔蓄區和集液池必須設置檢漏報警裝置。4.1場地安全是裝置安全的最后一道屏障4、LNG裝置安全設計探討

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4.2遠程（人工）切斷系統是自動切斷的后備保護4、LNG裝置安全設計探討（1）不能完全依賴DCS系統和ESD系統，自控系統在事故狀態下可能失靈，人工切斷是自動切斷系統的后備保護。切斷點應是：·停止相關旋轉設備

·儲罐根部閥；

·裝（卸）處的槽車管路；

·原料氣的進口。（2）泄漏發生后的狀況，如液體的射流噴濺、過低的環境溫度、冷蒸氣云團的擴散或者火災發生，使得操作人員不能接近事故點，所以人工切斷按扭一定要遠離泄漏的地方，遠程操作。

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4.3水在LNG事故中的作用及水幕系統的設置4、LNG裝置安全設計探討（1）.水在LNG事故中的作用水不能撲滅LNG火災，也有可能加速LNG氣化，不發生火災時盡量不用水，水的作用是：泄漏但未發生火災時：①霧狀水槍的驅趕作用，將LNG蒸氣向相對安全的方向驅趕；②搶險需關閉閥門時提升溫度，使搶險人員容易接近事故點③水可以中和導走靜電；④微量泄漏時加速氣化，以利擴散；⑤提升溫度防止凍壞常溫設備。發生火災時：①給著火罐或相鄰罐噴淋降溫降溫，冷卻儲罐，防止儲罐熱膨脹；②噴淋的水簾隔絕火焰直接烘烤，降低火焰熱輻射強度；③與熊熊燃燒的大火相比水加速氣化的作用不大。

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4.3水在LNG事故中的作用及水幕系統的設置4、LNG裝置安全設計探討（2）.水幕系統的設置除儲罐本體設備固定噴淋系統外EN1473《液化天然氣設備：陸上裝置設計》要求設置水幕系統，即在儲罐區周圍、裝置區周圍一定距離設置架空的水幕系統，其作用一是在對LNG蒸氣圍堵，防止蒸氣擴散，事故擴大化。二是水幕系統對LNG火災與周邊設施起到隔離作用，降低LNG火災的熱輻射強度，保護周邊居民的人身安全。

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4.4冷劑壓縮機廠房的安全設計4、LNG裝置安全設計探討（1）混合冷劑泄漏后，比重小的組分上浮比重大的組分可能下沉，然后隨著空氣加熱再上浮到廠房頂部，故應設置低式和高式并舉的可燃氣體泄漏報警裝置。（2）自然通風和機械通風結合的原則，要以自然通風為重，下進冷風，上出熱風。

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4.5大型儲罐選擇原則4、LNG裝置安全設計探討（1）大型儲罐的管口盡量從儲