LNG供氣站安全設(shè)計(jì)原則

1、管理制度示范文本 | Excellent Model Text 資料編碼：CYKJ-FW-494編號(hào)：_LNG供氣站安全設(shè)計(jì)原則審核：_時(shí)間：_單位：_LNG供氣站安全設(shè)計(jì)原則用戶(hù)指南：該管理制度資料適用于要求所有成員按章辦事，行為有所規(guī)范，并在日積月累、反復(fù)實(shí)踐的過(guò)程中形成一種良好的風(fēng)氣和優(yōu)良的學(xué)習(xí)、工作習(xí)慣，最終推動(dòng)整體效率和產(chǎn)能提升?？赏ㄟ^(guò)修改使用，也可以直接沿用本模板進(jìn)行快速編輯。1944年美國(guó)俄亥俄州克利夫蘭市的一個(gè)調(diào)峰站的LNG儲(chǔ)罐發(fā)生事故，時(shí)至今日，LNG安全標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)了一個(gè)相當(dāng)漫長(zhǎng)的歷程。當(dāng)時(shí)，那個(gè)LNG儲(chǔ)罐僅僅運(yùn)行了幾個(gè)月就突然破裂，溢出120萬(wàn)加侖(相當(dāng)于4542m3)的液化

2、天然氣。由于防護(hù)堤不能滿(mǎn)足要求而被淹沒(méi)，爾后液化天然氣流進(jìn)街道和下水道。液化天然氣在下水道氣化引起爆炸，將古力蓋拋向空中，下水管線(xiàn)炸裂。部分低溫天然氣滲透到附近住宅地下室，又被熱水器上的點(diǎn)火器引爆，將房子炸壞。很多人被圍困在家中，有些人試圖沖出去，但沒(méi)能逃離燃燒的街道和高溫困境。10個(gè)小時(shí)后，火災(zāi)才得到控制。此次爆炸波及14個(gè)街區(qū)，財(cái)產(chǎn)損失巨大，其中有200輛轎車(chē)完全毀壞和136人喪生。事故調(diào)查小組沒(méi)有查明儲(chǔ)罐失事原因，追溯事故發(fā)生的一年前，在該罐交付使用期間，附近罐底產(chǎn)生了一道裂縫。人們沒(méi)有去調(diào)查裂縫的成因，只是對(duì)該罐進(jìn)行了簡(jiǎn)單的修補(bǔ)后即投入運(yùn)行?，F(xiàn)在人們認(rèn)識(shí)到，導(dǎo)致該罐失事的原因是內(nèi)罐上某

3、處出現(xiàn)了裂縫，溢出的液體充滿(mǎn)了內(nèi)殼和外壁之間的空間，而且氣化后導(dǎo)致壓力過(guò)大。過(guò)去對(duì)密閉的空間的設(shè)計(jì)與現(xiàn)在不同，沒(méi)有采取泄壓措施。另外，過(guò)去用來(lái)制作內(nèi)罐的材料是3.5%鎳鋼，它不適宜低溫工作，現(xiàn)在通常改用9%鎳鋼。這起事故對(duì)液化天然氣工業(yè)是一個(gè)極大的挫折，20年之后，該工業(yè)才得以恢復(fù)。在燃?xì)夤I(yè)中斷的這些年頭，各種研究機(jī)構(gòu)和設(shè)備供應(yīng)商作進(jìn)一步調(diào)查，并開(kāi)發(fā)丁天然氣應(yīng)用技術(shù)、設(shè)備和材料，在這些領(lǐng)域所取得的重大進(jìn)步，實(shí)際上部分應(yīng)歸功于使低溫工業(yè)受益非淺的美國(guó)空間計(jì)劃。這些研究成果現(xiàn)在已經(jīng)被世界上幾個(gè)正在運(yùn)行的LNG設(shè)施所證實(shí)，并創(chuàng)造了一個(gè)史無(wú)前例的長(zhǎng)達(dá)30年的安全紀(jì)錄。影響設(shè)備和供氣站設(shè)計(jì)的安全因素有

4、：-安全標(biāo)準(zhǔn)-平面布置-控制方式-儲(chǔ)罐-消防-停車(chē)1 安全標(biāo)準(zhǔn)由于那個(gè)LNG儲(chǔ)罐的失事，天然氣液化和儲(chǔ)存在第一次商業(yè)冒險(xiǎn)中宣告失敗，為滿(mǎn)足調(diào)峰站的需要，燃?xì)夤I(yè)轉(zhuǎn)向LPG。人們對(duì)克利夫蘭市災(zāi)難仍然記憶猶新，燃?xì)夤I(yè)迅速制定了LPG設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)。1948年出版了NFPA 59公用液化石油氣站，1957年出版了APl 2510海上和管道終端，天然氣凝縮油廠(chǎng)，提煉廠(chǎng)和罐區(qū)建造液化石油氣裝置的設(shè)計(jì)和施工。當(dāng)時(shí)，盡管技術(shù)已有進(jìn)步，人們進(jìn)行了多年的認(rèn)真研究，但是，LNG設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的安全和技術(shù)性尚需進(jìn)一步提高。六十年代初期，人們對(duì)LNG重新產(chǎn)生興趣。由美國(guó)消防協(xié)會(huì)(NFPA)建議并起草了LNG設(shè)施設(shè)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)。

5、在這首個(gè)綜合性標(biāo)準(zhǔn)里，制定出了液化天然氣的設(shè)計(jì)、選址、施工和設(shè)備運(yùn)行以及液化天然氣的儲(chǔ)存、氣化、輸送和處理的要求。這些要求均包含在液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和處理標(biāo)準(zhǔn)，NFPA59A中。NFPA59A的編制工作自1960年開(kāi)始著手進(jìn)行，并在1967年被美國(guó)燃?xì)鈪f(xié)會(huì)(NFPA)正式采納。一年后美國(guó)石油協(xié)會(huì)(APl)采納了APl2510A石油終端、天然氣加工廠(chǎng)、提煉廠(chǎng)和其它工廠(chǎng)的LNG裝置的設(shè)計(jì)和施工。同年美國(guó)石油協(xié)會(huì)又采納了附錄QAPl620大型焊接液化天然氣低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和施工的推薦標(biāo)準(zhǔn)，其中論述的低溫應(yīng)用的設(shè)計(jì)和選材。六十年代后期，由于LNG工業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的增長(zhǎng)期，NFPA標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍需

6、要擴(kuò)展。人們丌始著手進(jìn)行APl2510A的合并吸收工作，以便重新編氣NFPA，1971年的版本是擴(kuò)展范圍后的第一版。隨后又進(jìn)行了多次修訂。詳細(xì)評(píng)論LNG安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不是本文的目的，不過(guò)這里仍要提到在NFPA59A中，影響LNG供氣站安全設(shè)計(jì)的一些關(guān)鍵因素：-站場(chǎng)防止LNG溢出和泄漏的措施-海上運(yùn)輸和接收的要求-攔截區(qū)的要求-儲(chǔ)罐防護(hù)堤的要求-儲(chǔ)罐、氣化器和工藝設(shè)備的間距-材質(zhì)，混凝土種類(lèi)-隔熱-安全泄壓，儲(chǔ)罐赳壓保護(hù)-氣化器，泵和壓縮機(jī)設(shè)備-消防，叫燃?xì)怏w檢測(cè)和火災(zāi)探測(cè)器-ESD(緊急停工)系統(tǒng)LNG供氣站的安全原則是預(yù)防、檢測(cè)和控制。預(yù)防是指要密切注視劉沒(méi)施安全運(yùn)行所必需的設(shè)計(jì)特性。在工程

7、設(shè)計(jì)階段，些設(shè)計(jì)上具能夠發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患扦提出保證安全的相應(yīng)措施。它們包括：初步危險(xiǎn)分析(PHA)，工作危險(xiǎn)性分析(HAZOP)、風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估(QRA)、氣體擴(kuò)散研究和突變分析。假如發(fā)生事故，早期檢訓(xùn)和響應(yīng)能將使安傘隱患減全最小。各種探測(cè)器應(yīng)被合理地安裝在整個(gè)供氣站內(nèi)，用來(lái)檢測(cè)火災(zāi)和I。NG泄漏事故。 其中包括碼頭卸船區(qū)，儲(chǔ)罐防護(hù)堤內(nèi)和防護(hù)堤附近的卸車(chē)管線(xiàn)等位置。這些地力任何一處發(fā)生泄漏。在控制室內(nèi)都會(huì)發(fā)山聲音報(bào)警。將氣體和感煙探測(cè)器安裝在建筑物內(nèi)，從控制室的閉路電視上可以對(duì)全廠(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控。自卸車(chē)平臺(tái)的管道、碼頭和陸上的管道系統(tǒng)發(fā)生LLN(；泄漏，可以收集起來(lái)送至管網(wǎng)下面的混凝土集液溝內(nèi)。一般

8、來(lái)講，該液溝是通向位于海岸又工近碼頭的集液池內(nèi)。LNG管網(wǎng)和裝置周?chē)募簻夏軌蛉菁{10分鐘內(nèi)的管道最大泄漏量。1.1 初步危險(xiǎn)分析(PHA)，工作危險(xiǎn)性分析(HAZOP)和風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估(ORA)初步危險(xiǎn)分析(PHA)纖常被用在方案階段或裝置初步設(shè)計(jì)和設(shè)備布置的前期，用來(lái)預(yù)測(cè)這些潛在危險(xiǎn)對(duì)工作人員、公眾，工廠(chǎng)設(shè)施和環(huán)境的影響。一次初步危險(xiǎn)分析并不能排除作進(jìn)一步危險(xiǎn)評(píng)估，事實(shí)上，它只是以后的危險(xiǎn)評(píng)估研究的一個(gè)開(kāi)端。在工程建設(shè)的后階段通常要進(jìn)行更詳細(xì)的HAZOP研究。在工程初期使用PHA技術(shù)主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：它能夠鑒別出潛在的危險(xiǎn)，并用最小的投資和措施來(lái)預(yù)防危險(xiǎn)；它能夠幫助設(shè)計(jì)小組明確或拓展用于整個(gè)

9、工廠(chǎng)生產(chǎn)的運(yùn)行目標(biāo)。QRA的目的是明確LNG供氣站潛在的主要危險(xiǎn)，QRA對(duì)了廠(chǎng)的平面布置有重要的影響。對(duì)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(xiàn)泄漏/破裂(高壓和低壓氣體或液體管線(xiàn))-在氣化器和冷卻器和換熱器(在壓縮機(jī)，燃?xì)饧訜崞?發(fā)生管束破裂-由于超壓導(dǎo)致罐或容器破裂/毀壞-閥門(mén)和PSVs(壓力安全閥)發(fā)斗堵塞-泵或壓縮機(jī)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(chǔ)罐，運(yùn)輸船的泊位，主要設(shè)備和建筑物的位置。為了確定能保護(hù)邊界線(xiàn)以外的人身和財(cái)產(chǎn)安全的初步半面布置，必需進(jìn)行氣體擴(kuò)散和火焰輻射研究，這對(duì)位于居民區(qū)附近

10、的供氣站成為重要。發(fā)生LNG泄漏事故的十要危險(xiǎn)是火災(zāi)和熱輻別。如果在匯漏事故的早期階段沒(méi)有遇到明火，則沸騰的LNG產(chǎn)生的氣體與空氣混合時(shí)被帶到下風(fēng)側(cè)。這個(gè)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(duì)供氣站邊界線(xiàn)以外的人身和財(cái)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(xiàn)的輻射量，同時(shí)將可燃?xì)怏w散發(fā)到邊界線(xiàn)以外的可能性降到最低。現(xiàn)在各種計(jì)算機(jī)程序能夠模擬LNG儲(chǔ)存設(shè)施周?chē)幕馂?zāi)輻射和氣體擴(kuò)散危險(xiǎn)?？扇?xì)怏w研究機(jī)構(gòu)無(wú)償提供如：LNGFIRE和DEGAIS(氣體擴(kuò)散濃度)的程序，這兩個(gè)軟件都可從互聯(lián)網(wǎng)下載。DEGADIS能預(yù)測(cè)在溢流事故中氣體擴(kuò)散的距離。而LN

11、GFIRE能計(jì)算LNG儲(chǔ)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(yàn)介紹的基礎(chǔ)上。這兩個(gè)程序發(fā)表在NFPA59A()上。在LNG特性中，一個(gè)固有的安全因素是甲烷含量高。在空氣溫度為700F(21)時(shí)，它的臨界浮力溫度為-1660F(-110)。在這個(gè)溫度以上時(shí)，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(gè)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(kuò)散，積存可燃混合氣體的可能性很小。盡管如此，氣體擴(kuò)散研究是必需的，并且是擴(kuò)大區(qū)域規(guī)劃成果的一個(gè)關(guān)鍵部分。3 控制方式圖2是一個(gè)典型的LNG供氣站控制方案。根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目

12、的特定要求、工作靈活性和客戶(hù)的需要，每一個(gè)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(gè)例子僅代表諸多可能出現(xiàn)的流程之一，目的是用來(lái)舉例說(shuō)明而已，圖中所示的僅是主要的控制回路和儀表。盡管這個(gè)控制流程是比較簡(jiǎn)單的，但是為了安全工作，針對(duì)以下日常有潛在危險(xiǎn)的工序卸車(chē)和氣化，進(jìn)行了詳盡設(shè)計(jì)。3.1 LNG卸車(chē) 在日常工作中，各種不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)有發(fā)生，這就是潛在的危險(xiǎn)。如果卸車(chē)管線(xiàn)中存在這種情況，將會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果：急冷和水擊。不僅對(duì)于初次啟動(dòng)，而且在每次卸車(chē)工作時(shí)，發(fā)生急冷都是危險(xiǎn)的，尤其是在沒(méi)有裝再回流管線(xiàn)的情況下(在此篇文章發(fā)表之前，在/99年冬季PTQ上發(fā)表的降低LNG供氣站

13、運(yùn)行成本一文中對(duì)回流管線(xiàn)已作介紹，見(jiàn)圖3和圖4)。這些管線(xiàn)在卸車(chē)期間保持卸車(chē)管線(xiàn)冷卻，從而避免了需要在每次卸車(chē)前冷卻卸車(chē)。冷卻的一個(gè)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(chē)前可以通過(guò)正確的冷卻工藝來(lái)避免這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)生。如圖2所示的供氣站設(shè)計(jì)，通過(guò)冷氣對(duì)輸送管線(xiàn)進(jìn)行預(yù)冷卻，可以將對(duì)管線(xiàn)的熱沖擊降到最小。氣體預(yù)冷卻管線(xiàn)工藝，包括用LNG填充管道和用閃蒸氣對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行第一次增壓。這包括將流體從儲(chǔ)罐后面通過(guò)頂部填充管線(xiàn)和輸送管線(xiàn)連接起來(lái)，然后通過(guò)冷卻旁通到氣體回流管線(xiàn)并通過(guò)集氣管到氣體壓縮機(jī)。一個(gè)經(jīng)常發(fā)生的不穩(wěn)定的狀態(tài)是由于水

14、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(gè)瞬時(shí)的流體壓力。由于快速關(guān)閉或開(kāi)啟閥門(mén)或停泵將導(dǎo)致這些變化可能發(fā)生。就設(shè)計(jì)而言，需要對(duì)這些事件進(jìn)行一個(gè)完整的沖擊分析。各種計(jì)算機(jī)程序可以在配管設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算水擊的沖擊力。對(duì)于減小壓力波動(dòng)，使其保持在管道安裝允許的應(yīng)力范圍內(nèi)，閥門(mén)關(guān)閉次數(shù)是一個(gè)重要的變量。因此，閥門(mén)的工作對(duì)于管道安全設(shè)計(jì)和運(yùn)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(xiǎn)，在火焰加熱器里，易揮發(fā)的液體在高壓下進(jìn)行氣化，所以應(yīng)采取多種安全措施來(lái)防止這些潛在的危險(xiǎn)。通過(guò)可燃?xì)怏w、火災(zāi)報(bào)警和ESD系統(tǒng)，也可通過(guò)燃?xì)夤芫€(xiàn)上的高溫開(kāi)關(guān)和所有外送泵失靈的信號(hào)來(lái)關(guān)閉

15、所有運(yùn)行的氣化器。每一個(gè)氣化器也有獨(dú)立的關(guān)閉系統(tǒng)，由以下條件驅(qū)動(dòng)：-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?xì)鈮毫Φ?煙道中的可燃?xì)怏w具備以上任何條件，氣化器停車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將聯(lián)鎖，切斷氣化器的主燃?xì)夤芫€(xiàn)，并放空，關(guān)閉氣化器的LNG進(jìn)出口管線(xiàn)的切斷閥。如果所有的氣化器被停車(chē)，那么所有運(yùn)行的LNG外送泵也被停車(chē)，并關(guān)閉人口閥。4 儲(chǔ)罐目前應(yīng)用的絕大多數(shù)LNG儲(chǔ)罐可分為兩類(lèi)：?jiǎn)稳莘e和全容積，兩種儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)如圖3所示。<近年來(lái)，大部分LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)成全容積式。單容積和全容積儲(chǔ)罐都是雙壁儲(chǔ)罐，然而，在事故狀態(tài)下，兩種儲(chǔ)罐容納液體和氣體的能力是不同的。在單容積儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中，外部?jī)?chǔ)罐僅為容納氣體設(shè)計(jì)。在這種結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部?jī)?chǔ)罐的事故將導(dǎo)致外部?jī)?chǔ)罐的事故。常規(guī)的內(nèi)置儲(chǔ)罐是用9鎳鋼制造，而外置罐用碳鋼制造。外置儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)是用來(lái)隔離和容納氣體(不是液體)，因此這種結(jié)構(gòu)需要兩級(jí)容器。全容積儲(chǔ)罐的內(nèi)置儲(chǔ)罐與單容積儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)是一樣的，都是自立式9%鎳鋼罐。然而，周?chē)念A(yù)應(yīng)力混凝土罐是用來(lái)容納氣體和液體。常規(guī)的混凝土罐也有一個(gè)碳鋼襯層，