液化天然氣LNG溢出或泄漏

液化天然氣LNG溢出或泄漏LNG溢出能使現(xiàn)場(chǎng)的人員處于非常危險(xiǎn)的境地。這些危險(xiǎn)包括低溫灼傷、凍傷、體溫降低、肺部傷害、窒息等。當(dāng)蒸汽云團(tuán)被點(diǎn)燃發(fā)生火災(zāi)時(shí)，熱輻射也將對(duì)人體造成傷害。在意外情況下，如果系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生LNG溢出或泄漏，LNG在短時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)生大量的蒸汽，與空氣形成可燃的混合物，并將很快擴(kuò)散到下風(fēng)處。于是，產(chǎn)生LNG溢出的附近區(qū)域均存在發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性。LNG蒸汽受熱以后，密度小于空氣，有利于快速擴(kuò)散到高空大氣中。蒸汽擴(kuò)散的距離與初始溢出的數(shù)量、持續(xù)的時(shí)間、風(fēng)速和風(fēng)向、地形，以及大氣溫度和濕度有關(guān)。從對(duì)LNG溢出的研究表明：風(fēng)速比較高時(shí)，能很快地驅(qū)散LNG蒸汽云團(tuán)；風(fēng)速較低（或無風(fēng)）時(shí)，蒸汽云團(tuán)主要聚集在溢出附近。移動(dòng)的蒸汽云團(tuán)容易產(chǎn)生燃燒的區(qū)域，主要是在可見氣云團(tuán)的周圍，因?yàn)檫@些區(qū)域內(nèi)的部分混合氣體處于燃燒范圍之內(nèi)。LNG溢出或泄漏是屬于一種比較嚴(yán)重的事故，由設(shè)備的損壞或操作失誤等原因引起。正確評(píng)估LNG的溢出，以及蒸汽云團(tuán)的產(chǎn)生與擴(kuò)散，是有關(guān)安全的一個(gè)重要問題。溢出的LNG蒸發(fā)速度非常快，形成大量的蒸汽云。蒸汽云將四面擴(kuò)散，比較危險(xiǎn)的情況是遇到火源產(chǎn)生火災(zāi)。因?yàn)檎羝臄?shù)量多，溢出的LNG能不斷地蒸發(fā)和擴(kuò)散。在蒸發(fā)和擴(kuò)散過程中，如果遇到有風(fēng)的情況，火災(zāi)可能迅速蔓延。而且火災(zāi)本身也能產(chǎn)生強(qiáng)勁的空氣對(duì)流。因此，在考慮人員和設(shè)備的安全問題時(shí)，應(yīng)重視風(fēng)和火的相互作用的影響。最危險(xiǎn)的情況是由于燃燒產(chǎn)生強(qiáng)烈的空氣對(duì)流，能對(duì)LNG設(shè)備造成進(jìn)一步的損壞，擴(kuò)大事故的嚴(yán)重性。LNG的溢出可分為溢出到地面和水面兩種類型。4.1LNG溢出到地面主要是指陸地上的LNG系統(tǒng)，因設(shè)備或操作原因，使LNG泄漏到地面。由于LNG與地面之間存在較大溫差，LNG將吸收地面的熱量而迅速氣化，這是一個(gè)非?？焖俚臍饣^程，初期的氣化率很高，只有當(dāng)土壤中的水分被凍結(jié)以后，土壤傳遞給LNG的熱量逐漸地減少，氣化速率才開始下降。另外，周圍空氣的傳導(dǎo)和對(duì)流，以及太陽輻射也會(huì)增加LNG的氣化速率。在考慮系統(tǒng)或設(shè)備的安全問題時(shí)，應(yīng)考慮兩方面的問題：首先是設(shè)備本身，在萬一發(fā)生泄漏的情況下，設(shè)備周圍應(yīng)具備有限制LNG擴(kuò)散的設(shè)備（圍堰或蓄液池），應(yīng)使LNG影響的范圍盡可能縮小；其次是LNG溢出后，抑制氣體發(fā)生的速率及影響的范圍。圍堰是用于液化天然氣儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏時(shí)，防止LNG擴(kuò)散的設(shè)施。圍堰內(nèi)的容積應(yīng)足夠容納儲(chǔ)罐內(nèi)的液態(tài)天然氣。在某些設(shè)計(jì)中，則在儲(chǔ)罐周圍的地面采用低熱導(dǎo)率的材料，如用具有隔熱作用的水泥圍起來，以減少蒸發(fā)的速率。另一種減少蒸發(fā)速率的安全措施是圍繞圍堰，安裝有固定的泡沫發(fā)生器，在發(fā)生LNG溢出時(shí)，泡沫發(fā)生器噴出泡沫，泡沫覆蓋在圍堰中的LNG上面，即可以減少來自空氣的熱量，降低了LNG蒸發(fā)產(chǎn)生的速率。目前有一些新的設(shè)計(jì)理念，儲(chǔ)罐周圍不設(shè)圍堰。LNG儲(chǔ)罐安裝在一鋼筋混凝土的外殼上，內(nèi)罐通常使用9Ni鋼制造。如果內(nèi)罐發(fā)生溢出或泄漏，逸出的液體包含在水泥外殼的內(nèi)部，液體表面暴露于空氣的面積相對(duì)很小，氣體產(chǎn)生的速度比LNG圍堰內(nèi)要小得多。比較危險(xiǎn)的是LNG氣體在飄散的過程中，可能遇到點(diǎn)火源，然后產(chǎn)生燃燒，火焰順著蒸汽云往回蔓延到蒸汽發(fā)生點(diǎn)，對(duì)設(shè)施具有潛在的毀壞作用。4.2LNG溢出到水面LNG溢出到水面上時(shí)，水面會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，并形成少量的冰。氣化的情況與LNG溢出到地面差不多，當(dāng)然，溢出到水面的蒸發(fā)速度要快的多。而且水是一個(gè)無限大的熱源，水的流動(dòng)性為L(zhǎng)NG的氣化提供了穩(wěn)定的熱量。有關(guān)的LNG工業(yè)機(jī)構(gòu)和航運(yùn)安全代理機(jī)構(gòu)，對(duì)LNG在水上溢出的情況進(jìn)行了深入的研究。根據(jù)有關(guān)報(bào)道，LNG溢出到水面的蒸發(fā)速率為0.18㎏/m3.s,基本上不受時(shí)間的影響。LNG溢出到水面上，最重要的安全問題是蒸汽云的形成和引起火災(zāi)的可能性。在空曠的地方，LNG產(chǎn)生的蒸汽云一般不會(huì)產(chǎn)生爆炸，但有可能引起燃燒和快速蔓延的火災(zāi)。蒸汽云產(chǎn)生以后，主要有兩個(gè)方面的問題：一是隨著蒸汽云的擴(kuò)散方向，如果在下風(fēng)向存在高溫?zé)嵩椿蚧鹪?，就有可能點(diǎn)著這些可燃?xì)怏w云團(tuán)；二是天然氣云團(tuán)被點(diǎn)著以后，火焰的擴(kuò)散及火焰產(chǎn)生的熱流，點(diǎn)燃飄逸的天然氣云團(tuán)。蒸汽云團(tuán)在大氣中的擴(kuò)散是個(gè)令人關(guān)注的問題。一旦發(fā)生類似的事故以后，需要利用氣象學(xué)方面的技術(shù)，對(duì)可能擴(kuò)散到的區(qū)域，提前進(jìn)行預(yù)報(bào)，預(yù)先采取防火和防空氣污染的措施。表8-5LNG和液氮在水面上的蒸發(fā)量和熱流范圍。蒸發(fā)條件蒸發(fā)率/（㎏/㎡.s）熱流密度/（103W/㎡）最大值平均值最大值平均值LNG在水面蒸發(fā)0.229-0.3030.146-0.159132.5-176.684.9-113.3LNG在冰上蒸發(fā)0.332-0.7320.171-0.190192.4-328.199.1-123.0LN2在水面蒸發(fā)0.151-0.3420.063-0.17130.3-68.112.62-34.14.3LNG儲(chǔ)罐處于火災(zāi)情況下的傳熱計(jì)算在設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮火災(zāi)情況下對(duì)儲(chǔ)罐的影響，絕熱儲(chǔ)罐周圍發(fā)生火災(zāi)時(shí)絕熱結(jié)構(gòu)要經(jīng)得起消防滅火劑的沖擊，不會(huì)有移動(dòng)，溫度高達(dá)5380C時(shí)不溶化，如果絕熱材料不能滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，將不能允許用作儲(chǔ)罐的絕熱。當(dāng)LNG儲(chǔ)罐暴露在火災(zāi)條件下，為防止儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力過高，應(yīng)釋放儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體。氣體排放的量按照傳熱進(jìn)行估算。這種特殊情況下的總熱流可按下列公式計(jì)算：=71000FA0.82+式中,為總的流量(W);為液化天然氣儲(chǔ)罐的正常熱損失(W);A為儲(chǔ)罐所暴露的濕表面面積(M2);F為環(huán)境系數(shù),見表8-6.表8-6環(huán)境系數(shù)基礎(chǔ)環(huán)境系數(shù)有地基的儲(chǔ)罐1.0有水的設(shè)備1.0減壓或放空的設(shè)備1.0地下儲(chǔ)罐0有熱保護(hù)的設(shè)備F=K(904-Tf)/71000注:K為絕熱系統(tǒng)在Tf至9040C溫度之間的平均傳熱系數(shù)[W/(M2.K)];TFw為儲(chǔ)罐內(nèi)的介質(zhì)在排氣條件下的溫度(0C).排氣量按下式計(jì)算:Qm=B/r式中，qm為排氣量；r為排氣時(shí)的壓力和溫度條件下的氣化潛熱。4.4LNG泄漏或溢出后的蒸汽擴(kuò)散對(duì)LNG的溢出，希望能夠預(yù)測(cè)LNG蒸汽量與溢出距離和溢出時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。這樣可以通過用溢出的流量和時(shí)間來預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的區(qū)域。預(yù)測(cè)首先要估計(jì)溢出發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的蒸汽量，有突然溢出和逐步溢出之分.突然溢出后,LNG的蒸發(fā)速率隨著時(shí)間的增加而減少.逐步溢出的LNG則像在溢出到?jīng)]有限制的水面上一樣,蒸發(fā)很快.特別要考慮溫度較低的蒸氣,因密度比空氣大,流出圍堰后會(huì)四處彌散.LNG蒸氣充滿圍堰后,然后會(huì)流出圍堰,所需的時(shí)間要等于或大于達(dá)到穩(wěn)定蒸發(fā)的時(shí)間.蒸氣在達(dá)到穩(wěn)定蒸流出圍堰區(qū).蒸氣也有可能在充滿圍堰前,密度就已經(jīng)減小,能上升擴(kuò)散到空氣中,這是比較理想的情況.溢出后蒸氣量與溢出距離和溢出時(shí)間的關(guān)系有下類因素決定:1)LNG蒸氣的產(chǎn)生速率.2)圍堰等限制建筑的結(jié)構(gòu)形式.3)大氣條件,包括風(fēng)速、垂直溫度梯度及濕度。LNG蒸氣的擴(kuò)散與空氣的情況有關(guān)。無風(fēng)條件下的擴(kuò)散，比較重的LNG蒸氣受熱上升前，只有少量的LNG蒸氣與空氣混合。蒸氣從與之接觸的地面、太陽輻射獲取能量，同時(shí)冷凝和凍結(jié)大氣中的水分。濕空氣形成了可見的蒸氣團(tuán)。在無風(fēng)條件下模擬LNG蒸氣擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模型顯示：高含量的LNG蒸氣聚集在溢出點(diǎn)附近，隨后由于溫度上升，密度減少，空氣的浮力作用使之?dāng)U散。溢出流量比較小的情況下，蒸氣逐漸擴(kuò)散和消失，而溢出流量很大是，蒸氣擴(kuò)散越來越嚴(yán)重。當(dāng)蒸七受熱后，開始上升，在上升過程中與空氣混合。有風(fēng)的條件下擴(kuò)散時(shí)，LNG蒸氣團(tuán)被流動(dòng)的空氣帶走，向下風(fēng)方向移動(dòng)?？諝鈱NG蒸氣從溢出處帶走的過程很復(fù)雜。在大氣中，空氣與溫度很低的LNG蒸氣混合，以及LNG蒸氣被空氣加熱和混合氣體變輕的過程也是很復(fù)雜的，和風(fēng)速、垂直溫度梯度、障礙物情況有關(guān)。雖然過程比較復(fù)雜，但也可以用數(shù)學(xué)模型來模擬。有些研究人員用數(shù)學(xué)模型模擬了大型圍堰去LNG溢出后，產(chǎn)生的蒸氣順風(fēng)擴(kuò)散的情況。同樣，在水面上的無限制溢出的情況也可以模擬。風(fēng)俗和垂直溫度梯度的共同作用，影響LNG蒸氣的水平和垂直的擴(kuò)散。LNG蒸氣在擴(kuò)散的過程中，溫度倒置（指空氣上部的溫度不靠近地面的溫度高），較低的風(fēng)速將使混合過程變慢，并增加順風(fēng)方向的漂移距離。4．5LNG泄露或溢出的預(yù)防焊縫、閥門、法蘭和與儲(chǔ)罐壁連接的管路等，是LNG容易產(chǎn)生泄露的地方。當(dāng)LNG從系統(tǒng)中泄露時(shí)，冷流體將周圍的空氣冷卻至露點(diǎn)以下，形成可見霧團(tuán)。通過可見的蒸氣云團(tuán)可以觀測(cè)和判斷有LNG的泄露。當(dāng)發(fā)現(xiàn)泄露后，應(yīng)當(dāng)迅速判斷裝置是否需要立即停機(jī)，還是在不停機(jī)的情況下可將泄露處隔離和修復(fù)，事先應(yīng)當(dāng)制定評(píng)估泄露的標(biāo)準(zhǔn)并決定相應(yīng)的措施。另外，安全規(guī)程中必須防止人員接近泄露的流體或冷蒸氣，并盡量減少蒸氣接近火源。工廠應(yīng)當(dāng)安裝柵欄、警告標(biāo)志、可燃?xì)怏w檢測(cè)器等設(shè)備。管路閥門的泄露閥門是比較容易泄露的部件。雖然LNG系統(tǒng)的閥門都是根據(jù)低溫條件特殊設(shè)計(jì)的，但當(dāng)系統(tǒng)在工作溫度下冷卻后，金屬部分會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的收縮，管路閥門可能產(chǎn)生泄露。需要充分考慮這種泄露的可能性應(yīng)對(duì)措施，并安裝必需的設(shè)備。另外，為了在冷卻過程中操作調(diào)節(jié)這些部件，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備相應(yīng)的工具和服裝。總之，暴露在外部的LNG設(shè)備上的閥門，可以通過閥門上異常結(jié)霜來判斷是否出現(xiàn)泄露。日常的檢測(cè)可以有效地防止液的泄露。輸送軟管和連接處的泄露LNG從容器向外輸送時(shí)，LNG在管路中流動(dòng)，并有蒸氣回流。由于溫度很低，造成管路螺紋或法蘭連接處的泄露。在使用軟管輸送LNG的情況下，軟管本身也可能產(chǎn)生泄露。柔軟的軟管必須通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的壓力測(cè)試，并在使用前對(duì)每一根管路進(jìn)行檢查，盡量減少泄露發(fā)生的可能性。當(dāng)輸送管萬一發(fā)生發(fā)生泄露時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)拇胧⑿孤短幎伦?，或切斷輸送，更換泄露部件。同時(shí)，個(gè)人安全保護(hù)和防止蒸氣點(diǎn)燃等措施也要同時(shí)啟動(dòng)。3．氣相管路的泄露在天然氣液化、存儲(chǔ)、汽化等流程中，液化流程使用的制冷也有可能產(chǎn)生泄露。連接液化部分和儲(chǔ)罐的管路、氣體回流管路及汽化環(huán)路都可能產(chǎn)生漏泄。當(dāng)汽化器及其控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，冷氣體和液體進(jìn)入普通溫度下運(yùn)行的管路，造成設(shè)備的損壞。應(yīng)當(dāng)采取預(yù)防措施，使其能夠迅速隔離產(chǎn)生泄露的管路和汽化器，同時(shí)采取緊急控制措施，阻止液體繼續(xù)流入汽化器