LNG加气站主要环境污染风险目标的确定及风险分析

LNG加气站主要环境污染风险目标的确定及风险分析
6.1主要环境污染风险目标风险分析
6.1.1风险源与风险分析
加气站使用的L NG 的主要成分是甲烷，其摩尔分数达到97.25，非甲烷总烃的摩尔分数为1.97，氮气的摩尔分数为0.78 。

由于本项目的原料天然气是经脱硫、脱水等工艺处理后得到的纯净天然气，不含硫化物和水分等。

项目原料气质参数分析表
摩尔分数
( )
摩尔分数
( )
根据《液化天然气的一般特性》（GB/T 19204-2003）及相关文献等，LNG 的理化性质和危险特性总结如下：
1、LNG 及其主要成分的理化性质
LNG 是气田开采出来的天然气，经过脱水、脱酸性气体和重烃类，在压
力为0.1MPa、温度为-162℃条件下液化的天然气，主要由甲烷(含量为90
~98 )及少量的乙烷、丙烷、丁烷及氮气等惰性气体组成。

LNG的平均分子量：17.3；液相密度：447kg/m3 ；气相密度：
0.7379kg/Nm3；燃点：650℃；低热值：35.52MJ/Nm3。

LNG一旦泄漏，大量吸热，急剧气化、结霜冻冰，在常温常压下，LNG吸热极易由液态挥发为气体并迅速扩散和蔓延，在附近遇有明火，容易发生火灾。

由于其密度比空气小，火焰较大，火焰温度高、辐射热强;易形成大面积火灾，具有复燃、复爆的特点；火势具有突发性，破坏性很大。

爆炸极限为5—15 ，空气中其浓度达到此范围，遇有明火就会爆炸。

且易形成蒸云爆炸。

以上特征使LNG具有冻伤危险、易引起火灾、破坏性大、易爆性、易膨胀等危害性。

甲烷的理化性质如下：
（1）气态比重：在标准状态下的气态密度为0.717kg/m3；
（2）LNG密度：密度取决于其组分，通常为430~470kg/m3，甲烷含量越高，密度越小；密度还是液体温度的函数，温度越高，密度越小。

本项目LNG的密度为 447kg/m3。

（3）既能在常温下加压液化也能在常压下降温液化：LNG的沸腾温度取决于其组分，在大气压力下通常在-166℃到-157℃之间。

沸腾温度随蒸气压力的变化梯度约为1. 25×10-4 /Pa。

（4）易燃易爆：甲烷为甲A 类火灾危险物品，具有易燃特点，只
需很小的点燃能量便可点燃，闪点低。

在空气中一经点燃立即产生迅猛的混合燃烧。

甲烷在空气中的爆炸浓度极限为5—15。

爆炸浓度范围较宽，爆炸速度可达，2000~3000m/s；火焰温度高达2100℃。

（5）易扩散性：液化天然气由液相变为气相，体积变化很大，气相是液相的600 倍左右。

随空气流动，扩散距离远，扩散面宽，一
处点燃波及一片，并向泄漏点扩散燃烧。

（6）无色、无味，溶于油，但基本不溶于水，对橡胶软化性强。

化学性质稳定，与空气、水和其他液化气货品无危险反应。

乙烷的理化性质如下：
（1）外观与性状：无色无臭的易燃气体。

（2）乙烷熔点为-183.3℃，沸点为-88.6℃。

（3）乙烷相对密度(水=1)0.45，相对蒸气密度(空气=1)1.04；饱和蒸气压53.32 kPa (-99.7℃)
（4）乙烷的燃烧热1558.3 kJ/mol 闪点<-50℃。

（5）爆炸极限3.0——16.0。

（6）危害：高浓度时，有单纯性窒息作用。

空气中浓度大于
6 时，出现眩晕、轻度恶心、麻醉症状；达40以上时，可引起惊厥，甚至窒息死亡。

2、液化天然气毒性分析
实验表明，人员暴露在甲烷的体积分数为9的气氛中无不良反应。

如果吸入甲烷含量更高的气体，会引起前额和眼部有压迫感，如果持续地暴露在这样的气氛环境下，会引起意识模糊和窒息。

天然气在空气中的体积分数大于40时，如果吸入过量的天然气会引起缺氧窒息。

如果吸入冷的气体，对健康有害。

虽然LNG 蒸气无毒，如果吸进纯的 LNG 蒸气，会迅速失去知觉，几分钟后死亡。

实验证明，空气中氧气的体积分数低于10，天然气的体积分数高于50，对人体会产生永久性伤害。

即使天然气浓度不是很高，也可能发生缓
慢窒息。

3、LNG 的特殊危险性
单位体积的LNG 气化后，体积将扩大约 600 倍。

LNG 的燃点为 650 ℃，在空气中的可燃极限为5 —15.0 。

因此，液化天然气的主要危险性是泄漏到空气中后产生的：
（1）泄漏后的LNG 最终会形成比其体积大数倍的气云，并伴随有火灾爆炸的危险。

点燃空气和天然气混合气以及天然气和其它碳氢化合物的混合气体所需要的能量通常小于一毫焦耳，任何可见火焰、由电路产生的火花、甚至来自于低电源以及人类通过触觉能感受到的静电排放所产生的能量都超过一毫焦耳。

因此，LNG 泄漏到任何带有低点燃能量的空气媒介中都有发生火灾和爆炸危险的可能。

（2）在低温条件下能使与其接触的低合金碳钢发生严重的脆性破裂。

超低温 LNG 与普通设备接触，由于局部冷却产生过度的热应力会使设备产生自发脆性破裂，失去延展性，从而危及整个设备结构。

因此，在操作时要防止低温条件下材料的脆性断裂和冷收缩对设备引起的危害。

（3）超低温对裸露人员造成严重冻伤。

LNG 是低温的液化气体，当与人体直接接触时，会大量的从皮肤上吸收显热，并且由于在汽化的过程中
吸收潜热，因此裸露在外的皮肤会被冻伤。

（4）对生理上的影响。

天然气在空气中的体积分数大于40时，如果吸入过量的天然气会引起缺氧窒息。

如果吸入的是冷气体，对健康有害的。

虽然 LNG 蒸气是无毒的，但是吸进纯的 LNG 蒸气，会迅速
失去知觉，几分钟后死亡。

当空气中的氧含量逐渐降低，操作人员没有一点感觉，也没有任何警示，等意识到，则为时已晚。

6.1.2生产过程风险目标及危害分析
6.1.2.1危险目标确定
通过对加气站储存、使用、装卸、运输各类危化品的污染风险分析，对加气装置、设施环境污染风险的识别，预先对发生有毒有害物质大面积泄漏或操作失控，可能会造成火灾、泄漏、中毒等安全事故的风险因素进行预测，确定本加气站风险目标如下：
LNG 加气装置、LNG 储罐。

加气站的主要物质危险因素为LNG ，LNG 是液体状态的天然气，主要成分为甲烷。

LNG 主要的理化性质与天然气相似。

LNG 无毒无味，具有易燃易爆性；LNG 为超低温液体，泄露后可能对人体和仪器产生较大危害。

LNG 化学性质稳定，泄露到空气中不会与其他物质发生反应。

LNG 加气站设计的工艺环节主要包括LNG 运输、卸车、储存、加气等工序环节。

在这些工序中，由于设备损坏或操作失误等都有可能引起 LNG 的泄漏、流失。

LNG 一旦泄露就有可能在空气中迅速扩散，很快在空气中形成爆炸性气体混合物，如遇火源，就可能发生火灾爆炸事故。

加气站的工艺流程是：LNG
槽车进站后，利用卸车增压器将槽车内的LNG 转存于低温 LNG 储罐内；加气时，将储罐内的 LNG 通过LNG 潜液泵增压后，输送至LNG 加气机给LNG 汽车加气；受气车辆中的 BOG 通过 LNG 加气机的回气枪口，经 BOG 回气管道回至 LNG 储罐。

其中在潜液泵预冷及回流时 LNG 通过泵池的溢流管口回流至LNG 储
罐；LNG 储罐及管道气化的BOG 气体经调压后排入市政天然气管道作为燃气回收利用或者是直接经放空立管放散入大气中；对于超压放空的 EAG 气体，经 EAG 加热器加热后进入放空立管集中排放。

因此，AA LNG 加气站的物质风险因素为 LNG 一项，无其他中间产品、最终产品和“三废”污染物。

LNG 加气站的风险类型属于火灾、爆炸类。

6.2重大危险源辨识
根
据
《危险化学品重大危险单元内存在的危害物质为单一品种，则该物质的数量即为单元内
危险物质的总量，若等于或超过相应的临界量，则定为重大危险源。

若单元内存在的危害物质为多品种时，则按下式计算，满足下式则定
为重大危险源。

q 1 / Q
1
+q
2
/ Q
2
+…… +q
n
/ Q
n
≥ 1 （公式3-1）
式中：q
1 、q
2
、q
n
——每种危险物质实际存在量，t。

Q
1 、Q
2
、Q
n
——与各危险化学品相对应的临界量，t。

加气
m3（L N G 容积，L N G 储罐的充满率为
重大危险源辨识表
因此，本加气站涉及的危险物质LNG 的贮存量小于临界量，故本项目不构成重大危险源。

6.3事故及事故后果分析
造成加气站事故的原因是多方面的，具有不同的表现形式，它与人员素质的高低、作业环节的繁简、储运设备的安装设计、经营体制、
与外部环境的适应程度等诸多因素密切相关，
6.3.1最大可信事故
从运营及储运分析和物料毒性分析，天然气物料泄漏为重大环境污染事故隐患，尤其以天然气储罐发生泄漏、破裂、爆炸等事故产生的环境风险为最大。

LNG 加气站的最大危险事故出自 LNG 加气站，而 LNG 槽车运输过
程中发生的事故一般危害性不大。

LNG 加气站最危险的场所为 LNG 储罐区，储罐区发生的重大事故主要包括两类：①阀门泄露等引起的火灾爆炸事故；②LNG翻滚等使得罐内压力急剧升高，发生火灾爆炸事故。

由于本LNG 加气站全天24h 均有值班人员，其主要工作就是加气和时刻关注各设备、管道的运行和压力等状况，当加气站各设备和管道等出现故障或超压状态时，自动控制系统将发出警报，工作人员会
立即采取行动，以避免事故发生。

本加气站使用的 LNG 储罐分为内外两层，内罐材料采用X5CrNi8-10，设计压力为1.32MPa（设计压力远高于工作压力），外罐材料选用低合金容器钢Q345R，设计压力为
-0.1MPa，中间填充珠光砂粉末保温层。

因此，在严格管理和监控下出现超压的几率很小，且本加气站使用的LNG 储罐安全性能好，发生LNG 超压促使 LNG 储罐破裂的几率几乎可以忽略不计，LNG 储罐超压破裂引发的火灾爆炸事故不能成为最大可信灾害事故。

因此，本加气站的最大可信事故为LNG 阀门泄漏引发的火灾爆炸事故。

6.3.2事故后果分析
对于液态储存的天然气，如果瞬态泄漏后遇到延迟点火或气态储存时泄漏到空气中，遇到火源，可能发生蒸气云爆炸；如果发生瞬态泄漏后立即遇到火源，则发生沸腾液体扩展蒸气爆炸。

因此，一般认为LNG 储
罐
燃
烧
爆炸主要有两种典(1)蒸气云爆炸后果分析
a.LNG加气站在加气时，LNG在储罐和管道、阀门间循环；未加气
时，绝大部分LNG在储罐内部，只有充满管道的LNG停留在管道里面。

所以，当未加气时发生阀门泄露，最多只有管道内的LNG全部泄露。

根据设计方案，储罐与泵撬连接的管道中，直径最大的为DN50，长度约1m 。

发生阀门泄露时，泄露的LNG 最大量 =3.14 ×0.052 ×1×
447kg/m3=3.5kg。

由于泄漏量很小，LNG很快在空气中气化，因此不会造成蒸气云爆炸(VCE)后果。

b.当
在
加
气
时
发
生
阀
门
泄
露
（
阀
门
直
径
D
N
，泄露5min后，泄露出来的 LNG 扩散已经能使可燃气体报警装置检测到并发出报警，且在加气时发生 LNG 泄露也容易被察觉。

液体泄露量使用“EIAProA2008软件风险预测部分泄露与蒸发估算中的液体泄露速率”进行计算。

其中，LNG的密度为 447 kg/m3 ，液体泄露系数（圆形泄漏口）为 0.65，容器裂口之上液位高度 2.5m，容
器内液体压力最大值 2.5MPa。

各项参数见下图：
预测的液体泄漏速率=1.72kg/s；所以，泄露5min 的LNG 量=5*60s*1.72kg/s=516kg。

本加气站使用“EIAProA2008软件风险预测部分的热辐射与冲击波中的蒸汽云爆炸模型”对LNG 储罐泄漏的蒸汽云爆炸进行后果预测分析。

各项参数见下图：
计算结果如下：
TNT 当量= 320.559 Kg
各种损失半径:
死亡半径= 8.93 m
重伤半径= 27.03
m 轻伤半径=
48.49 m
财产损失半径= 14.63 m
(1)沸腾液体扩展蒸气爆炸后果分析
在未加气的时候发生 LNG 泄露，泄漏量很小，很快在空气扩散。

不会造成沸腾液体扩展蒸气爆炸后果。

同样，在加气时发生阀门泄露，泄露 5min 后发现并堵漏，泄漏量为 516kg。

各项参数如下图所示：
23
热辐射损害判别等级如表 6-1 所示。

根据上述模型计算出本加气 站发生沸腾液体扩展蒸气爆炸的后果，再根据表 6-1 确定不同距离处 热辐射对人和设备的损害及损害级别，如表 6-2 所示。

表 6-1 热辐射损害等级判别
损失 等级 热辐射强度 （KW/m 2
） 对人的损害 对设备的损害 A ≥37.5 10s 下 1 死亡,60s 下 100死
亡 操作设备完全损坏
B
25.0—37.5
10s 下重大伤
亡,60s 下 100死
亡
无火焰时,长时间辐射
下木材燃烧的最小能量 C
12.5—25.0 10s 下 1 度烧
伤,60s 下 1 死亡 有火焰时,木材燃烧、塑
料熔化的最低能量
D
4.0—12.5 20s 以上感到疼痛 /
E
1.6—4.0
长时间辐射无不舒
服感
/
计算结果如下： 火球半径 = 20.55 m 火焰表面热通量 = 180.73 KW/m^2 燃烧持续时间 = 8.40 s
表 6-2 不同距离处的热辐射强度(KW/m^2)
距离(m)
辐射
（KW/
m 2 ） 损失等级 对人的损害 对设备的损害
10 126.604
A
10s 下 1 死亡,60s 下 100死
操作设备完全损坏
24
10s 下1死
亡,60s下100死
亡
10s 下重大伤
亡,60s 下100死
亡
10s 下 1 度烧
伤,60s 下 1死
亡
10s 下 1 度烧
伤,60s 下 1死
亡
根
据
死亡半径内均是本加气站的站房和道路，重伤半径内本项目的值班室、AA 换乘枢纽站的例行检修点和车辆检修用房。

发生沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）的火球半径为20.55m。

从热辐射强度的角度看，热辐射A 损失等级的范围在 30m 之内，B 损失等级的范围在 30m—40m 之内。

根据本项目周围的敏感点距离可以看出本项目周围 60m 内无集中的居住人口，此范围主要是站区设施和站内道路。

总的来说，本加气站发生LNG 泄漏引发的火灾、爆炸事故的主要影响范围在 40m 以内。

当发生最严重的蒸气云爆炸时，其死亡半径内有AA交通换乘枢纽站的例行检修点。

因此，当加气站发生火灾、爆炸事故发生后为了防止事态扩大，应立即启动紧急预案，爆炸危害半径内重要设施以及人员得到迅速撤离、救助和保护。