【发展战略】天津市发展LNG的安全问题和对策-天津市燃气集团公司

天津市发展LNG 的安全问题和对策

天津市燃气管理处 刘善利

天津城市建设管理职业技术学院 田申

内容提要： 本文探讨了 LNG 在储运和使用过程中的安全问题，并提出了相应的解决措

施，对我市今后在 LNG 的运行和管理方面有一定的借鉴意义。

关键词： 安全、 LNG 、BOG 、翻滚现象、应急抢险救援预案

一、前言

随着我市经济高速增长， 能源需求量猛增， 根据天津城市发展规划， 2010 年用气量达 25 亿M , 2015年达45亿M ，2020年用气量达65亿M ，而2006年我市的供气量约为8亿M ,如 此巨大的缺口只能靠LN 咪弥补。目前塘沽在建LN 麒收站一期为300万吨，二期为500万吨， LNG 卩将在我市获得了广泛的应用。上世纪末以来，我国的 LNGi 术研究及应用发展较快，随 着中原油田、新疆、LN 佻产工厂的建成投产，国内的LNG 供气站已有几十个，现在广东、上 海、福建LNG!收基地项目正在紧锣密鼓的实施，为今后我国LNG 勺较大规模应用打下坚实的 供应基础。由于我国目前还没有相应的LNG 技术设计、防火规范，对LNGft 些深层次的技术问 题研究不深，LN (站建成后，如何实施有效地管理和控制，保证LNG*的安全运行，成为摆在 我们燃气工作者面前的新课题。本文结合天津市LNG 勺发展，谈谈对此问题的看法。

二、LNG 勺固有特性和潜在的危险性

1、 LNG 勺固有特性

液化天然气是以CH 为主的液态混合物，常压下的沸点温度约为-162 C,气液比约为 600:1，

其液体密度约为426kg /m 3。LNG!非常冷的液体，在泄漏或溢出的地方，会产生明 显的白色蒸气

云。白色蒸气云的形成，是空气中的水蒸气被溢出的 LNG^却所致。当LNG 专

变为气体时，其密度为1.5kg /m 3。气体温度上升到-107 E 时，气体密度与空气的密度相当。 意

味着LNG^化后温度高于-107 E 时，气体的密度比空气小，容易在空气中扩散。爆炸极限 为5%^ 15% (体积%，燃点约450E 等。

2、 LNG 潜在的危险性

LNG !天然气储存和输送的一种有效的方法，在实际应用中， LNG 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。

(1) 低温的危险性：人们通常认为天然气的密度比空气小，LNG 泄漏后可气化向空气飘 散，较为安全。但事实远非如此，当 LNG 泄漏后迅速蒸发，然后降至某一固定的蒸发速度。 开始蒸发时其气体密度大于空气的密度，在地面形成一个流动层，当温度上升到约 -110E 以 上时，蒸气与空气的混合物在温度上升过程中形成了密度小于空气的“云团”。同时，由于 LNG 泄漏时的温度很低， 气混合过程中完全气化。 设备和低温冻伤操作者。

(2) BOG 的危险性：

发，这就是BOG( Boil of Gas )蒸发气体。故要求LNG 储罐有一个极低的蒸发率，要求储罐 本身设有合理的安全放空系统，否则 BOG 各大大增加，严重者使罐内温度、压力上升过快， 直至储罐

其周围大气中的水蒸气被冷凝成“雾团”，然后 LNG 再进一步与空 LNG 的低温危险性还能使相关设备脆性断裂和遇冷收缩，从而损坏 虽然LNG 存在于绝热的储罐中，但外界传入的能量均能引起 LNG 的蒸

破裂。

(3)着火的危险性：天然气在空气中百分含量在5%- 15% (体积%时，遇明火可产生爆

燃。因此，必须防止可燃物、点火源、氧化剂(空气)这三个因素同时存在。

(4) 翻滚的危险性：通常储罐内的LNG 长期静止将形成两个稳定的液相层，下层密度大于 上层密度。当外界热量传入罐内时，两个液相层引发传质和传热并相互混合，液层表面也开 始蒸发，下层由于吸收了上层的热量，而处于“过热”状态。当二液相层密度接近时，可在 短时间内产生大量气体，使罐内压力急剧上升，这就是翻滚现象。

(5) 对人生理上的影响：人暴露在体积分数为9%以上的CH 气氛中会引起前额和眼部 有压迫感，但只要恢复呼吸新鲜空气，就可消除这种不适的感觉。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。甲烷是一种普通的窒息性物质。

虽然LNG 蒸气是无毒的，如果吸进纯的 LNG 蒸气，人迅速失去知觉，几分钟后死亡。 当大气中的氧的含量逐渐减少时，工作人员有可能察觉不到，慢慢地窒息，待到发觉时已经 很晚了。LNG 缓慢窒息的过程分成4个阶段，见表1。

表1 LNG 对人窒息的生理特征

当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 伤害。在这情况下，工作人员不能进入 LNG 蒸气区域。

三、LNG 紧急事故的安全对策

1、溢出或泄漏

LNG 溢出能使现场的人员处于非常危险的境地。这些危害包括低温灼烧、冻伤、体温降 低、肺部伤害、窒息等。在意外情况下，如果系统或设备发生 LNG 溢出或泄漏，LNG 在短 时间内将产生大量的蒸气，与空气形成可燃的混合物，并将很快扩散到下风处。于是在 LNG 溢出的附近区域均存在发生火灾的危险性。 LNG 的溢出可分溢出到地面和水面两种类型。

(1) LNG 溢出到地面

主要是指陆地上的LNG 系统，因设备或操作原因，使 LNG 泄漏到地面。由于LNG 与 地面之间存在较大的温差，LNG 将吸收地面的热量迅速气化。这是一个非常快速的气化过程， 初期的气化率很高，只有当土壤中的水分被冻结以后，土壤传递给 LNG 的热量逐渐地减少， 汽化速率才开始下降。另外，周围空气的传导和对流，以及太阳辐射也会增加 率。在考虑系统或设施的安全性问题时，应考虑两方面的问题：首先是设备本身， 生泄漏的情况下，设备周围应具备有限制 LNG 扩散的设施(围堰或蓄液池)， 的范围尽可能缩小；其次是LNG 溢出后，抑制气体发生的速率及影响的范围。

围堰是用于液化天然气储罐发生泄漏时， 防止LNG 扩散的设施。围堰内的容积应足够容 纳储罐内的液态天然气。在某些设计中，则在储罐周围的地面采用低热导率的材料，如用具 有隔热作用的水泥围起来，以减少蒸发的速率。另一种减少蒸发速率的安全措施是围绕围堰 安装有固定的泡沫发生器，在发生LNG 溢出时，泡沫发生器喷出泡沫，泡沫覆盖在围堰中的 LNG 上面，即可以减少来自空气的热量，降低 LNG 蒸气产生的速率。目前有一些新的设计 理念，储罐周围不设围堰，LNG 储罐安装在一钢筋混凝土的外壳内，内罐通常使用 9Ni 钢制 造。如果内罐发生溢出或泄漏，溢出的液体包含在水泥外壳的内部，液体表面暴露于空气的 面积相对很小，气体产生的速度比 LNG 在围堰内要小得多。

(2) LNG 溢出到水面

LNG 在水面上产生溢出时，水面会产生强烈的扰动，并形成少量的冰。气化的情况与 LNG 溢出到地面差不多，当然溢出到水面的蒸发速度要快得多。而且水是一个无限大的热源， 水的流动性为LNG 的汽化速 在万一发 应使LNG 影响