液化天然气安全技术

第四章液化天然气安全技术

第一节概述

天然气属于易燃易爆介质，在天然气的应用中，安全问题始终放在非常重要的位置。液化天然气是天然气储存和运输的一种有效的方法，在实际应用中，液态天然气也是要转变为气态使用，因此，在考虑LNG设备或工程的安全问题时，不仅要考虑天然气所具有的易燃易爆的危险性，还要考虑由于转变为液态以后，其低温特性和液体特征所引起的安全问题。

在考虑LNG系统的安全问题时，首先要了解液化天然气的特性及其潜在的危险性，针对这些潜在的危险性，充分考虑对人员、设备、环境等可能造成的危害，考虑相应的防护要求和措施。其次是要了解相关标准，我国液化天然气工业起步较晚，相关的标准还不太健全，对于不同的LNG系统，还必要参照一些液化天然气工业比较发达的国家标准。如美国的NFPA59A、NFPA57、加拿大的49CFR193、英国的EN-1473、国际海事组织的（IMO）关于液化天然气体船运规定等。

对于液化天然气的生产、储运和气化供气各个环节，主要考虑的安全问题，就是围绕如何防止天然气泄漏，与空气形成可燃的混合气体，消除引发燃烧的基本条件以及LNG设备的防火剂消防要求；防止低温液化天然气设备超压，引起超压排放或爆炸；由于液化天然气的低温特性，对材料选择和设备制作方面的相关要求；在进行LNG操作时，操作人员的防护等。

多年来，LNG在世界上已经大量应用，如发电、民用燃气、汽车或火车的燃料等。在城市里布有天然气的输配管线，数以千计的LNG 槽车在美国的高速公路上运输，没有发生过重大事故。与LNG或CNG 作燃料的汽车，虽然发生过一些碰撞事故，但LNG燃料系统没有发生重大损害，没有引起LNG的泄漏和火灾。作为汽车燃料，从某种角度上说，LNG比汽油和柴油还安全一些。当然，LNG的温度很低，极易产生气化，会引发一些低温液化气体带来的安全问题。无论是设计还是操作，都应该像对待所有的易燃介质那样小心。了解和掌握天然气不同相态的物理特性及其燃烧特性，可有助于天然气的安全使用。第二节液化天然气的有关安全特征

液化天然气是以甲烷为主的液态混合物，常压下的沸点温度约为-162℃，密度大约为424㎏/m3。LNG是非常冷的液体，在泄漏或溢出的地方，会产生明显的白色蒸汽云。白色蒸汽云的形成，是空气中的水蒸气被溢出的LNG冷却所致。当LNG转变为气体时，其密度为1.5kg/m3。气体密度上升到-107℃时，气体密度与空气密度相当。意味着LNG气化后，温度高于-107℃时，气体的密度比空气小，容易在空气中扩散。液态天然气的容积大约是气态的1/625。天然气无毒、无味、无色，泄露到空气中不易发觉，因此，通常在天然气管网系统中，有意地加入一种难闻的气味，即加臭处理，以便气体泄漏时易于发觉。

2.1 燃烧（爆炸）范围

天然气与空气的混合物在一定条件下是可燃的。众所周知，产生燃烧需同时具备三个条件：可燃物、点火源、氧化剂（空气）。必须尽量防止三个条件同时存在，如果三个条件同时出现，将产生燃烧，在密闭的空间内的燃烧还有可能引起爆炸。

燃烧范围是指可燃气体与空气形成混合物，能够产生燃烧或爆炸的浓度范围。通常用燃烧下限（LEL）和燃烧上限（UEL）来界定其燃烧范围，只有当燃料在空气中的比例在燃烧范围内，混合物才可能产生燃烧。对于天然气，在空气中达到燃烧的比例范围比较窄，其燃烧范围大约在体积分数为5%-15%之间，即体积分数低于5%和高于15%都不会燃烧。由于不同产地的天然气组分会有所差别，燃烧范围的值也会略有差别。LNG的燃烧下限明显高于其它燃料，柴油在空气中的含量只需要达到体积分数0.6%，点火就会燃烧。

在-162℃的低温条件下，其燃烧范围为体积分数6%-13%。另外，天然气的认识速度相对比较慢（大约为0.3m/s）。所以在敞开的环境条件下，LNG和蒸汽一般不会因燃烧引起爆炸。天然气燃烧产生的黑烟很少，导致热辐射也少。

LNG组分的物性见表6-1，碳氢化合物的燃烧极限比甲烷的低。如果LNG中碳氢化合物的含量增加，将使LNG的燃烧范围的下限降低。天然气与汽油、柴油等燃料的特征比较见表8-2。LNG与其它燃料的比较见表8-3。

表8—1 LNG主要组分物性

①常温常压条件下（20℃，0.1Mpa）。

②、④常压下的沸点（0.1Mpa）。

③在空气中的体积分数。

表8-2 天然气与汽油、柴油燃烧特性比较

表8-3 LNG与其它燃料的比较

2.2着火温度与燃烧速度

自动着火温度是指可燃气体混合物，在达到某一温度后，能够自

动点燃着火的最低温度。自动着火温度并不是一个固定值，它和空气与燃料的混合浓度和混合气体的压力有关。在大气压条件下，纯甲烷的平均自动着火温度为

650℃。如果混合气体的温度高于自动着火点，则在很短的时间内，气体将会自动点燃。如果温度比着火点高得多，气体将立即点燃。LNG 的自动着火点温度随着组分的变化而变化，例如，若LNG中碳氢化合物的重组分比例增加，则自动着火温度降低。

除了受热点火外，天然气也能被火花点燃。如衣服上的静电，也能产生足够的能量点燃天然气。因此，工作人员不能穿化纤（晴纶、尼纶等）类的衣服操作天然气，化纤布比天然纤维更容易产生静电。

燃烧速度是火焰在空气-燃料的混合物中的传递速度。燃烧速度也称为点燃速度或火焰速度。天然气燃烧速度较低，其最高燃烧速度只有0.3m/s。随着天然气在空气中的比例增加，燃烧速度亦增加。

2.3LNG的低温特性

LNG既有可燃的特性，又有低温的特性。低温特性的处理和操作并不是一门新的技术。在许多标准中，低温设备的操作有比较明确的要求。对于安全的考虑，主要是在低温条件下一些材料会变脆、易碎。使设备产生损坏，引起LNG的泄露。如今低温液体应用较为广泛。液氮液氧的应用更为广泛。LNG的温度还没有液氮和液氧的温度低。从低温介质安全操作的角度，与液氮和液氧的安全考虑基本是一致的，主要是防止低温条件下材料的脆性断裂和冷却收缩对设备引起的危害。操作时主要是防止低温流体对人体的低温灼伤。