???摘要：簡述了LNG接收站的工藝流程，對LNG接收站潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行了分析，從危險(xiǎn)源的探測和消防系統(tǒng)等方面論述了LNG接收站的安全設(shè)計(jì)。

???關(guān)鍵詞：LNG接收站；安全設(shè)計(jì)；安全分析

???1 概述

??? 天然氣以其儲量豐富、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等特性成為繼石油之后各國重點(diǎn)大力開發(fā)的化石燃料，其中以液化天然氣(LNG)的發(fā)展尤為迅速，規(guī)模也日益擴(kuò)大。在未來的15年間，我國天然氣消費(fèi)將從400×10⁸m³/a達(dá)到2200×10⁸m³/a，主要以西氣東輸、海氣上岸、進(jìn)口管輸氣及LNG等方式保證天然氣資源的供應(yīng)。未來3—10年，我國沿海將規(guī)劃建設(shè)8～10座接收站，屆時(shí)每年將有(2000～3000)×10⁴t/a的LNG到岸。

??? 深圳大鵬灣秤頭角已成功建起我國第1個(gè)LNG接收站^[1]，于2006年5月底正式投產(chǎn)運(yùn)營。2004年9月12日，我國第一個(gè)完全由國內(nèi)企業(yè)中海福建天然氣有限責(zé)任公司自主引進(jìn)、建設(shè)、管理的LNG項(xiàng)目——福建LNG總體項(xiàng)目的商務(wù)合同在北京簽訂，這個(gè)項(xiàng)目也是中國海洋石油總公司在沿海投資建設(shè)的第2個(gè)LNG接收站。浙江省將成為我國第3個(gè)引進(jìn)LNG項(xiàng)目的地區(qū)，浙江LNG項(xiàng)目由LNG接收站、輸氣干線、配套LNG電廠3部分組成。另外，在山東、江蘇、大連、秦皇島、海南等地都有正在規(guī)劃或建設(shè)的LNG接收站。我國的LNG工業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)?！，F(xiàn)階段我國大力進(jìn)行的LNG接收站的建設(shè)，必將帶動LNG生產(chǎn)及儲運(yùn)等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，我國LNG工業(yè)將迎來快速發(fā)展的春天^[2～4]。

??? LNG作為一種低溫液體，其主要危害體現(xiàn)在：溫度極低，氣液膨脹比大，易于與空氣形成爆炸性混合物^[5～10]。

??? LNG通常由專用運(yùn)輸船從生產(chǎn)地輸出終端運(yùn)到LNG接收站碼頭后，經(jīng)過碼頭卸到接收站的儲罐中。LNG進(jìn)入儲罐所置換出的蒸發(fā)氣(BOG)通過回氣管道輸?shù)竭\(yùn)輸船的LNG儲罐中，以維持儲罐系統(tǒng)壓力平衡。

??? 根據(jù)對蒸發(fā)氣的處理方式，接收站天然氣的外輸工藝可分為直接輸出工藝和再冷凝工藝。直接輸出工藝是將蒸發(fā)氣直接壓縮到外輸壓力后送至管網(wǎng)。再冷凝工藝是將蒸發(fā)氣壓縮至一定壓力后，與從LNG儲罐低壓泵輸出的過冷LNG混合并進(jìn)行冷量交換，使蒸發(fā)氣再冷凝，然后經(jīng)高壓輸送泵加壓后送至氣化器氣化后外輸。與直接外輸工藝相比，再冷凝工藝節(jié)省了大量的壓縮功。外輸工藝的選擇主要由接收站的實(shí)際操作模式以及市場天然氣需求量決定，我國已運(yùn)行的大型LNG接收站采用的主要為再冷凝工藝。目前，已形成了包括LNG生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、接收、氣化及冷量利用等完整的產(chǎn)、運(yùn)、銷LNG工業(yè)體系^[11]。

??? 翻滾現(xiàn)象是指兩層不同密度的LNG在儲罐內(nèi)迅速上下翻動混合，瞬間產(chǎn)生大量蒸發(fā)氣的現(xiàn)象。翻滾現(xiàn)象發(fā)生的根本原因是儲罐中的液體密度不同，存在分層。

??? 無論儲罐內(nèi)是均勻混合的LNG還是單一來源的LNG都會分層，滲入LNG的熱量推動自然對流，形成自然循環(huán)。溫度相對較高的LNG沿著罐壁往上流動，穿過液面，吸收熱量氣化，形成蒸氣；溫度相對較低的LNG向下回補(bǔ)，完成循環(huán)。

??? 如果有不同密度的分層出現(xiàn)，較輕的一層LNG可以正常對流，并通過閃蒸，將熱量釋放到罐的蒸氣空間。但是，如果底部密度較大的一層LNG的對流無法穿過上面一層LNG到達(dá)液面，底部的LNG就會形成單獨(dú)的對流格局。吸收了罐壁和罐底滲透熱的罐底的LNG無法流動到液面通過蒸發(fā)釋放熱量，造成底部LNG的熱量儲存和溫度上升。隨著外部熱量的導(dǎo)入，底部LNG的溫度增加，而密度下降；頂層LNG由于BOG的揮發(fā)而變重。如果兩部分接觸面的密度無法達(dá)到大致相等，那么就會一直保留這種分層的現(xiàn)象，當(dāng)?shù)讓覮NG密度低于上層LNG密度時(shí)，底部LNG就會上升，經(jīng)過傳質(zhì)，下部LNG上升到上部，壓力減小，成為過飽和液體，積蓄的熱量迅速釋放，產(chǎn)生大量的BOG，即產(chǎn)生翻滾現(xiàn)象。

???翻滾從現(xiàn)象來看分成兩類^[12]：LNG儲罐在長期儲存中，因其中較輕的組分(主要是N₂和CH₄)首先蒸發(fā)，而自發(fā)形成翻滾現(xiàn)象；LNG儲罐中原有LNG在充裝密度不同、溫度不同的新LNG一段時(shí)間(幾小時(shí)甚至幾十天)后，突然產(chǎn)生翻滾現(xiàn)象。

???根據(jù)翻滾產(chǎn)生的機(jī)理，可以采取以下方法防止LNG分層和翻滾：將來源不同、密度不同的LNG分別儲存于不同的儲罐中；采用儲罐內(nèi)潛液泵打回流來進(jìn)行循環(huán)，消除儲罐內(nèi)LNG的密度差，抑制LNG的分層；儲罐內(nèi)設(shè)置液位計(jì)及液位-溫度-密度等參數(shù)連續(xù)監(jiān)測儀表，實(shí)時(shí)監(jiān)測，避免儲罐內(nèi)的分層液體的密度差較大，進(jìn)而避免引起翻滾；根據(jù)LNG密度選擇正確的充注方法：密度相近時(shí)，一般從底部充注；將密度小的LNG充注到密度大的LNG儲罐中時(shí)，應(yīng)該采用底部充注的辦法；將密度大的LNG充注到密度小的LNG儲罐中時(shí)，應(yīng)該采用頂部充注的辦法。

??? 與水平面垂直的充滿LNG的管子，若頂端向儲罐開口，當(dāng)管內(nèi)的LNG受熱達(dá)到一定程度后，會通過自噴的方式快速地將管內(nèi)的LNG清空。管噴是自發(fā)的，管噴效應(yīng)會導(dǎo)致罐內(nèi)壓力快速增加，甚至可能導(dǎo)致放空，重復(fù)性的沖擊可能帶來破壞。

??? 冷凝錘擊效應(yīng)經(jīng)常發(fā)生在長時(shí)間帶壓作業(yè)的支管、泄放口泄壓后恢復(fù)工作壓力的瞬間。冷凝錘擊效應(yīng)可導(dǎo)致管道局部壓力瞬間劇增，致使墊片或閥門密封破壞。

??? 運(yùn)輸LNG的槽車在卸車或裝車過程中不能夠保證沒有一滴LNG泄漏，操作員在工作期間應(yīng)佩戴好個(gè)人勞動防護(hù)用品，搬運(yùn)和存放輸送軟管的操作員應(yīng)十分小心，軟管上的臟物和摩擦?xí)茐能浌艿耐暾?，同時(shí)可能會產(chǎn)生靜電，從而引發(fā)事故。LNG槽車等移動設(shè)備在工藝操作前，應(yīng)做好接地，工藝操作結(jié)束后，應(yīng)靜置一段規(guī)定時(shí)間才允許拆除接地線。

??? LNG泄漏可能對人體產(chǎn)生以下危害：局部凍傷，如低溫凍傷、霜凍傷；一般凍傷，如體溫過低，肺部凍傷；窒息；如果蒸氣云被點(diǎn)燃，還存在熱輻射的危險(xiǎn)。LNG工業(yè)的安全很難用數(shù)據(jù)來描述，因?yàn)橐恍o重大泄漏事故的裝置的操作年限還不夠作數(shù)量上的分析。本節(jié)主要介紹LNG泄漏點(diǎn)以及泄漏的危險(xiǎn)性。

??? 閥門填料處的泄漏：LNG接收站的裝置溫度降低到操作溫度時(shí)，閥門金屬部分會發(fā)生收縮，這時(shí)就可能在閥門填料處發(fā)生泄漏?？梢愿鶕?jù)在閥門處是否有不正常的積霜，來判斷該閥門是否發(fā)生了泄漏。

??? 輸送軟管和管道組成件處的泄漏：輸送LNG的管子冷卻后發(fā)生收縮就可能在管子螺紋或法蘭連接處發(fā)生泄漏。輸送軟管需要按照國家安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行年度壓力檢測。輸送軟管放空時(shí)可能同時(shí)排放液體和氣體，不可對著人或設(shè)備，也不可接觸到點(diǎn)火源。

??? 取樣管道、取樣容器和氣相管道發(fā)生泄漏：LNG接收站的取樣管道和取樣容器處發(fā)生泄漏的可能性較大，操作人員接觸到泄漏的LNG的可能性很大。天然氣氣相管道泄漏的危害性較大，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域不僅流速快、壓力高，而且存在管道材料過渡(從低溫管材過渡到常溫管材)。如果泄漏的是冷氣體，應(yīng)當(dāng)注意低于-107℃的蒸氣在最初泄漏的階段會比空氣重，容易引起火災(zāi)以及造成人體凍傷。

??? 泄漏的LNG氣化時(shí)產(chǎn)生的危害性可分為LNG泄漏到地面和泄漏到水中兩種情況。

??? 當(dāng)LNG傾倒至地面上時(shí)(例如事故溢出)，最初會猛烈沸騰，如果泄漏持續(xù)進(jìn)行，就會在地面上形成一小池，而沸騰速度下降，最后保持一個(gè)相對穩(wěn)定的沸騰速度。在最初階段，沸騰速度由地面與LNG液體之間的一層氣體的對流傳熱速度決定。當(dāng)LNG溫度和地面溫度之間的差別逐漸減小時(shí)，這一層氣體就消失了。這時(shí)影響沸騰速度的主要因素是地面向LNG的熱傳遞，其他因素還有太陽輻射、LNG上方的通風(fēng)對流情況。后來地面被冷凍，并保持持續(xù)低溫，那么太陽輻射和通風(fēng)就成了影響LNG蒸發(fā)的主要因素。

??? 當(dāng)LNG泄漏流進(jìn)水中時(shí)，可導(dǎo)致LNG與水相接觸，如LNG運(yùn)輸工具發(fā)生意外交通事故時(shí)，可導(dǎo)致LNG泄漏流進(jìn)水中；又如浸沒燃燒式氣化器的內(nèi)部泄漏可導(dǎo)致LNG與水相接觸，此時(shí)LNG與水之間有非常高的熱傳遞速率，發(fā)生快速相變，LNG將激烈地沸騰并伴隨大的響聲，噴出水霧，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致LNG蒸氣爆炸，由此產(chǎn)生的爆炸威力足以摧毀鄰近的工廠或建筑物，導(dǎo)致嚴(yán)重的事故^[13]。