笔者从事LNG加气站工程建设及运营多年,曾参与过LNG加气站、气化站、接收站工程建设及生产调试,也参与过LNG泄漏现场处置与事故调查,积累了一些理论与实践经验,现分享给广大同仁。
熟悉理解LNG的基本理化特性,有利于正确认识LNG加气站工艺管道工程设计、安装、建设、维修过程的危险,并制定防范措施。
(1)组成及物理特性
不同区域出产的 LNG 组成成分并不相同,所以物理特性也并不相似。在对不同区域的 LNG 进行分析之后发现,甲烷作为LNG燃料的主要组成部分,主要占比为84%-96%,所以,LNG的物理特性主要与甲烷有关系。LNG燃料的液态相密度为每立方米410千克—500千克,会根据甲烷含量变化而变化。一般是含量越高,密度越小。LNG 气化的温度一般在-162℃左右,在所有组成的成分中,氮气的沸点温度最低,约为-195.78℃。所以,在 LNG 的运输和存储过程中,氮气会最先气化;LNG中氮气含量越多,其气化温度就会变得越低。
(2)LNG低温风险
在LNG加气站的建设中,最主要的就是要保证安全,存储、运输、加气等所有环节都要十分注意。常压之下的LNG温度为-162℃左右(温度低于162℃的气是掺液氮的气),所以,在加气站的设计中,要考虑到LNG的低温性,选择设备的时候需要选择耐低温且不影响功能的设施。在存储的时候要注意保持LNG的低温,不能引入外界热量。如果有外界热量进入,很容易造成LNG内的甲烷和氮气气化蒸发,进而导致LNG存储装置内压增大,发生生产安全事故。而且,由于LNG是进行低温存储的,对 LNG 进行操作的人员一定要做好防护措施,避免低温冻伤,保证不会吸入 LNG蒸发的气体,因为这些蒸发气很可能造成操作人员窒息。
(3)LNG泄漏风险
LNG 如果发生泄漏,其蒸发气体的密度会随着温度的升高不断变小,最后会与空气完全混合在一起,体积就会不断增大,可以增大到原体积的600多倍。由于LNG是液态燃料,其温度很低,在与空气中的水蒸气接触后,会将冷空气冷却,进而形成大面积的蒸汽云,当有水分接触到LNG 表面的时候,很可能通过机械设备产生的冲击,进而导致 LNG 快速相变,最后导致其以爆炸的速率产生蒸汽云。虽然并不会导致燃烧的出现,但是爆炸的特点都已经具备,依旧会给工作人员及设备造成危害。而且,LNG的爆炸极限体积是5%—15%,当LNG气化变成常温的LNG后,如果体积浓度高于或者小于这个范围,都很可能发生火燃烧,进而给加气站带来更大危险。
图一 LNG 保温效果不好导致管线结霜
图二 LNG泄漏导致火灾事故
(1)通常做法
目前从工程建设现场来看,很多LNG低温泵出口至加液机的管线是采用管沟敷设的。管沟敷设的时候管线下应设置支架,正常高于沟底100mm。
(2)相关标准
《汽车加油加气加氢站技术标准》(GB 50156-2021)第6.3.14条要求:加油站内的工艺管道除必须露出地面的以外,均应埋地敷设。当采用管沟敷设时,管沟必须用中性沙子或细土填满、填实。但应注意:
① 加油站内多是道路或加油场地,工艺管道地上敷设易遭受破坏,故规定“工艺管道除必须露出地面的以外,均应埋地敷设”。采用管沟敷设时要求必须用中性沙子或细土填满、填实,主要是为了避免管沟积聚油气,形成爆炸危险空间。
② 第6.3.14 条属于第6章节,特指的是输送汽柴油的工艺管沟,并非LNG管沟。由此可见:加油站经营的汽柴油泄漏后,因为挥发后的蒸汽与空气可形成爆炸性混合物,遇明火、高热极易燃烧爆炸,挥发后的蒸汽比空气重,可扩散到较远的地方,所以才形成此条文。但是,《汽车加油加气加氢站技术标准》(GB 50156-2021)第9.4.7条要求,当LNG管道需要采用封闭管沟敷设时,管沟应采用中性沙子填实。条文说明:LNG管道如果采用封闭管沟敷设,泄漏的可燃气体会在管沟内积聚,进而形成爆炸性气体。管沟采用中性沙子填实,可消除封闭空间,防止泄漏的可燃气体在封闭空间积聚。
(3)管沟排水
《汽车加油加气加氢站技术标准》(GB 50156-2021)第12.3.2条要求,汽车加油加气加氢站的排水应符合下列规定:
1. 站内地面雨水可散流排出站外,当加油站、LPG加气站或加油与LPG加气合建站的雨水由明沟排到站外时,应在围墙内设置水封装置;
2. 加油站、LPG加气站或加油与LPG加气合建站排出建筑物或围墙的污水,在建筑物墙外或围墙内应分别设水封井,水封井的水封高度不应小于0.25m,水封井应设沉泥段,沉泥段高度不应小于0.25m;
3. 清洗油罐的污水应集中收集处理,不应直接进入排水管道,LPG储罐的排污(排水)应采用活动式回收桶集中收集处理,不应直接接入排水管道;
4. 排出站外的污水应符合国家现行有关污水排放标准的规定;
5. 加油站、LPG加气站不应采用暗沟排水。
(4)个人思考
为便于后期运营及检修,LNG 潜液泵到 LNC 加气机的管线宜采用非封闭式管沟敷设,管沟上设置能够承受槽车碾压的盖板,管沟的深度应能容纳并支撑管道,沟底应有一定的坡度以利于排水。另外,如果储罐发生泄漏,围堰内的LNG不能进入LNG管沟。如果管沟内的管线上设有阀门,要特别注意管沟盖板下的净空应能容纳阀门完全开启后的高度。管沟内布置可燃气体报警探头和低温报警探头,同时应考虑布置集水井,用水泵抽出或用排水管排至水封井再排至站外。LNG加气站的排出污水应在建筑物墙外或围墙内设水封井,水封井的水封高度不应小于0.25m。水封井应设沉泥段,沉泥段高度不应小于0.25m。
图三 LNG加气站工艺管沟
来源:中国化学品安全协会
编辑:静安
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