液化天然气产业链安全技术研究(2020年)

( 安全论文 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改液化天然气产业链安全技术研究(2020年)Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.液化天然气产业链安全技术研究(2020年)摘要：针对液化天然气易燃、易爆、低温等特性以及产业链长的特征，介绍了产业链各环节、各类用户的安全技术特点与要求，论述了LNG泄漏引发的安全风险及防范措施，提出了实施全面安全管理的建议。

关键词：液化天然气；泄漏；安全技术；全面安全管理；产业链1概述“甲烷先锋号”装载2000t 世界上最早使用LNG的时间是1959年，的LNG从美国的路易斯安那州出发穿过大西洋运抵英国泰晤士的Canvery岛。

在我国，2000年2月，第一座天然气液化工厂在上海建成投产，标志着我国大规模利用LNG开始。

第一座大型LNG接收站(在深圳大鹏湾)建成投产于2006年6月，进口澳大利亚LNG，供应广东部分城市燃气和电厂。

经过近几年的快速发展，中国LNG已形成一个极具发展潜力的新型产业，国产LNG与进口资源有机结合，互为补充，平衡发展。

2009年，我国LNG的使用量已达到800×104t/a以上，预计未来5年，国产LNG产能将达到350×104t/a，进口LNG接收站规模可望突破5000×104t/a。

作为一个发展历史较短、技术含量较高的新领域，LNG产业安全技术具有许多独特之处，从生产到利用历经多个环节，产业链长且密切联系、相互依存，气相-液相-气相多次转换，易燃易爆，低温，使其安全管理问题错综复杂。

因此，深入研究LNG产业链各环节的安全保障技术，对于促进行业稳妥发展有着十分重要的意义。

2LNG产业链LNG的主要组分是甲烷(CH4)，气相体积分数一般在85%以上，还含有一定量的乙烷、丙烷及微量的氮气等组分。

LNG产业链是一条资金庞大、技术密集的完整链系，产业链较长，主要包括上游开采与液化、中游运输与输配、下游储存、气化、利用等部分，涉及开采、集输、净化、液化、液相运输、储存、气化、管道输送、利用等多个环节。

典型的LNG产业链流程见图1。

从图1可以看出，为便于运输及节省运输费用，天然气一般在产地经过低温处理变成液体，然后借助于车船等运输工具将其运抵终端用户侧进行气化，再通过管道及输配设施输送给用户使用。

其间，天然气经历了几次相变、几次温度剧变。

这大大增加了LNG产业链上的安全管理难度，对LNG安全技术提出了较高的要求，对操作人员的操作技能要求也愈加严格。

3LNG产业链的安全风险分析3.1LNG的安全特性①基本物性LNG气相相对密度为0.6～0.7；液相密度为430～460kg/m3；气态体积是液态体积的600多倍；临界温度为190K左右，常温下不能靠加压液化而只能采用低温工艺将其液化。

②燃烧着火温度：LNG的着火温度约为538℃，高于丙烷(493℃)、柴油(252℃)、汽油(257℃)、甲醇(464℃)。

最小点火能量与燃烧速度：LNG的最小点火能量约为0.285mJ，低于汽油与柴油；燃烧速度也较慢，只有0.3m/s。

爆炸极限：LNG在空气中的爆炸极限约为5%～15%，范围较窄，危险性相对小一些。

扩散性：气相LNG常温条件下密度小，扩散系数较大，具有很强的扩散性。

这表明，一方面，LNG泄漏后容易扩散，难以形成爆炸气体；但另一方面，一旦发生燃烧爆炸，火势蔓延速度则很快，燃烧面积和破坏程度也较大。

因此，LNG泄漏后，力求避免燃烧爆炸是首要任务。

③低温LNG的最典型特征是低温，储存及运输环节中的LNG均呈低温特性。

除了表现在对设备、管道材料的抗低温要求外，还要解决系统保冷、蒸发气处理等技术问题。

防低温灼伤是运行人员必须具备的基本常识。

④泄漏防泄漏扩散及低温冻伤是安全利用LNG的两个关键问题。

泄漏扩散包含液相泄漏与气相泄漏两种形式，涵盖LNG产业链的全部过程。

无论哪个环节的任何形式的泄漏，都具有极大的危险性。

LNG连续供应的特征，在一定程度上更易造成持续和大量的危险气体泄漏，造成更大范围的爆炸性气体空间，使事故的波及范围扩大。

⑤储存储存过程中应防止LNG分层与翻滚等现象的产生。

此外，有效抑制储罐内LNG由液相向气相转换也是储存过程主要工作目标。

⑥压力输配气相LNG的输送一般都采用压力输送方式，输配管道运行压力大多在4.0MPa以上，具有典型的高压特征。

防止泄漏是该环节最重要的任务。

3.2LNG产业链的安全风险分析从图1可以看出，在终端利用环节之前，尽管LNG都是以液相形式出现的，但自始至终都需要设法抑制其由液相向气相转化。

事实上，每个环节的LNG都是处于气液两相平衡之中。

LNG产业所有链条上最大的安全风险就在于LNG的泄漏(包括气相状态的泄漏)，以及由此而产生的火灾与爆炸事故。

①LNG泄漏及其危害分析LNG的泄漏较容易被发现，但也极易引起火灾爆炸和低温冻伤等安全事故。

如果是陆上地面泄漏，LNG将吸收地面和空气的热量迅速气化，在短时间内产生大量的蒸气。

起初，低温的LNG蒸气密度大于空气，随着不断吸收周围环境的热量，LNG蒸气的密度小于空气，向大气上方扩散并与空气形成可燃的混合物随风漂流[1] 。

如果是水上泄漏，由于水的比热容大及流动性等原因，使得LNG 泄漏在水面上比在地面时的蒸发速率大得多，一般可达到0.18kg/(m2·s)。

LNG蒸气扩散的范围与初始溢出的数量、持续的时间、风速和风向、地形、大气温度与湿度等因素有关。

处置LNG泄漏事故要结合现场实际，正确评估LNG溢出速率、溢出量以及蒸气云的产生与扩散情况，采取正确的措施。

对于风的影响，应从两方面考虑，没有产生火灾或爆炸事故之前，风势大有助于危险气体的快速消散；一旦造成了火灾，则会导致火灾蔓延、事故扩大。

②预防与控制对于有可能发生泄漏的设备周围应设置限制LNG扩散的设施，比如围堰或蓄液池，减少暴露的LNG表面与空气的对流换热，以降低蒸发量；也可以将高膨胀率的泡沫灭火剂喷洒在LNG液面上，使其与空气隔离，降低LNG表面的气化率。

少量泄漏情况下，最有效的措施是通风并消除点火源。

③气相LNG的泄漏及其预防少量气相LNG泄漏的情况较多，而且较难发现。

预防气相LNG 泄漏的有效方式是加强巡查及设置完善的检测监控设施，特别是一些易泄漏的部位，应重点监控，及早发现，及早处理。

4LNG产业链的安全技术研究4.1天然气开采、净化处理与液化环节天然气开采过程的安全技术问题很复杂，主要是钻探、钻井建造及井口设施运行管理的安全技术措施。

天然气净化处理及液化环节则主要强调设备运行安全。

需要针对LNG的低温特性、制冷剂系统特点，采取必要的安全技术措施。

4.2LNG储存环节储存是LNG产业链中安全技术问题最为突出的环节。

不仅涉及LNG储罐等低温储存设施的性能及工艺流程的科学性，而且与操作人员技术水平、安全意识等息息相关[2～5]。

首先，工程设计、材料及设备的优选，特别是储罐的设计与建造是储存环节提高安全可靠性的第一步。

其次，工艺流程的设计与优化，务必将安全性放在首位，并与操作的便利性、可靠性相融合，罐区布置等方面要竭力体现以人为本的理念。

作为人的因素，对操作人员进行安全技术培训，提高业务素质，严格执行各项规章、操作规程等，都是至关重要的。

训练出一个素质高、安全意识及责任心强、技术水平高的操作人员团队，储运环节的安全性就多了一份保障。

在具体的安全技术方面，需要掌握LNG的如下特性。

①液体分层不同来源的LNG存在组成、液体密度上的差异，不针对密度不同的LNG采取正确的进液方法，就有可能导致储罐内LNG因密度大小不一致而产生分层现象。

另外，即使混合均匀的LNG，若N2 含量较高，也会由于氮的常压沸点(-195.82℃)远低于甲烷的沸点(-161.5℃)，其挥发性远大于甲烷，使得氮的蒸发量远大于甲烷，从而形成自由液面上的LNG中甲烷浓度增加，液体密度减小，与储罐中下部的LNG产生分层的现象。

②老化多组分的LNG在储存过程中，因各组分的蒸发量差异导致液体的密度发生变化的过程称为老化。

可见，组分越多、组分间蒸发速度差距越大的LNG，老化的速度越快；静态储存时间越长，老化的程度就越严重。

③翻滚翻滚现象发生时，蒸发率比正常情况增加250多倍，压力瞬间骤升，大量的蒸发气体很难立即通过安全阀得到释放。

此时，储罐损坏则不可避免，导致大量的LNG外泄，后果不堪设想。

尽管形成LNG翻滚的机理十分复杂，但分层、老化的发生是导致其产生的主要因素。

因此，避免分层及老化是避免翻滚现象产生的有效对策。

④间歇泉和水锤现象如果储罐底部有较长的而且充满LNG的竖直管道，由于管内LNG 受热，有可能产生气泡积聚，间歇性形成喷发，这称为间歇泉现象。

另外，管道中有可能产生一种类似于水击现象的LNG液体冲击波，这称为水锤现象。

上述两种情况下，均会产生很大的瞬间高压，有可能对管道中的垫圈和阀门造成损坏，应力求避免。

4.3LNG运输环节常见的LNG运输方式主要有水路运输和陆路运输两种方式，水运指的是船运，陆运则可分为汽车运输和火车运输两种类型，短距离运输则可以考虑采用管道方式[6]。

在国际贸易中，LNG船运量占80%以上。

①船运LNG船运的安全技术类似于储存环节，但有其特殊性，主要是蒸发气(BOG)的回收处理问题。

一般如果能够较好地解决BOG问题，则对船上储罐隔热要求可适当低一些，有利于降低船舶造价、增加货运量、提高航运经济性。

目前，回收船上LNG蒸发气的技术方向，一是采用BOG再液化工艺，将BOG降温使之再成为液体回到储罐中去；另一个方向是船上动力采用天然气燃料，BOG直接用作船上驱动燃料。

②车运车运分汽车槽车与火车槽车两种方式，尽管情况有些差异，但安全技术的重点相同，都是防泄漏扩散和BOG问题。

对于汽车运输[7]，避免超压、消除静电、防泄漏是安全方面应注意的主要问题。

因蒸发量大而超压的情况在车运环节较少出现，也较好解决，放散是有效对策之一。

防泄漏问题除了在设备的可靠性方面严格把关之外，驾驶员的安全意识、驾驶水平等特别关键。

良好的接地是防静电产生的根本措施。

对于火车运输，安全技术措施与汽车槽车相同，不同之处在于车辆编组导致路途时间不可控情况的避免。

4.4LNG接收站与卫星站影响接收站与卫星站安全运行的主要因素是泄漏引发的风险以及相继产生的火灾爆炸事故[8]，危险源除与储存环节相同外，薄弱环节还包括以下两个方面：①LNG的装卸操作，即原料的频繁进出。