液化天然气(LNG)加气站安全设计

液化天然气(LNG)加气站安全设计

0 引言

LNG加气站建设是保证LNG汽车正常运行的基本前提，单燃料LNG汽车的发展更要求配套加气站与之同步发展。为加快加气站的建设和降低建站成本，国内外正大力推广建设移动LNG 加气站。它是采用集成技术将加气站的储存装置、加注系统和控制系统等都尽可能集成在一个撬装底座上形成一个闭环控制的整体设备。该类装置不依赖天然气管网及气源，占地面积小、集成化程度高、技术先进、安全可靠、投资小、建站周期短、易操作和搬迁，机动灵活，集撬装移动的方便性和LNG运输及使用的优势于一体。这种加气站不须单独建站，可以设在现有的加油站或CNG加气站里，能在较短的时间内以较少的投资迅速形成加气网络，特别适合在城市内建设推广[1-6]。但是LNG加气站对安全具有特殊要求，所以改进其安全设计，对于保证其高度集成化与撬装移动性具有重要意义。

1 LNG加气站危险性分析

LNG燃料是一种密度小、易燃易爆且扩散性极强的液体，属甲类火灾危险品，其性质与液体甲烷相似，若处理不当，极易发生事故。LNG加气站的危险性主要包括：① LNG燃料为低温液体，一旦发生泄漏，会造成材料性能下降，导致更严重的事故，并极易造成人员被低温灼伤的事故；②在充装LNG过程中，进入同一设备及管路的LNG会由于密度和成分的差异引起分层，导致LNG突然大量蒸发，压力骤升。若压力超过设备的极限承压能力，就会造成设备损坏和介质泄漏，甚至爆炸；③LNG气化与空气混合会形成爆炸性混合物，如果存在着火源，则极易发生火灾爆炸事故。同时，气体燃烧产生的辐射热会对工作人员及装置造成极大危害；④天然气虽然毒性小，但泄漏后可能会造成人员窒息等人身伤亡事故；

⑤ LNG加气站由于其高度集成化的特点，发生事故时损坏程度深。

由此可见，LNG加气站的安全问题至关重要，在设计制造和操作过程中，必须明确有关危险源，根据相关标准和运行管理经验对其安全性进行全面把关，从而使之达到较高的安全水平。

2 LNG加气站的安全设计

2.1 建站安全设计

站址的选择和分布应符合城市和区域道路交通规划，以及安全防火、环境保护、方便使用的要求，不应设在供电、通信线路的下方。在主城区内所建的加气站，应靠近交通干道或车辆出入方便的次要干道上；郊区所建的加气站宜靠近公路或主城区的交通出入口附近。

LNG加气站的LNG储罐、加气机与站外建、构筑物或设施间的防火间距应符合表1的规定，LNG储罐与明火、散发火花地点和站内建、构筑物间的防火间距应符合表2的规定。与CNG加气站或加油站合建的LNG 加气站安全距离的确定应按GB50156的要地点和站内建、构筑物间的防火间距应符合表2的规定。与C NG加气站或加油站合建的LNG 加气站安全距离的确定应按GB50156的要求执行，若其他可燃性或危险性液体可能浸入加气站，应采取有效的防护措施[7-10]。

2.2 LNG槽车卸液安全设计

对于LNG加气站而言，其气源主要依靠槽车供应，因此LNG 槽车卸液过程相当重要。在LNG槽车卸液设计中应注意以下几点：①必须采用密闭卸液方式；

②在卸液管线的两侧均应设置切断阀，当LNG储罐的储存容量超过7.6 m3时，应在卸液口设置液相止回阀，以防止液体回流；③应设置放空和吹扫接头，集中放散放空及吹扫气体；④在卸液过程中应关闭运输车辆发动机。

2.3 加气站管路系统安全设计

LNG燃料管道作为LNG加气站的输运通道，由于其输运介质为低温流体。因此，在设计管道及其支撑结构时应考虑到温度变化及大温差对材料性能的要求，其保温材料必须具有良好的防水、隔热、阻燃功能，并对支撑结构采取隔热措施，以

防止结冰或支撑钢材脆化等。为防止由于阀与阀之间隔离开的各液体管段或低温气体管段出现超压现象，应在各管段上设置管线安全阀，以防止管道超压造成事故，放散气体需要进行集中放散处理。管线泄压安全装置的设置应能最大程度地降低对管线或管件造成破坏的可能性。应正确设置管线安全阀排出方向，以减少对人员和其他设备的危害。

LNG加气站的所有管道及管件的设计压力应为加气站最高工作压力的1.5倍以上，安全阀起跳压力为其1.05～1.10倍。设计温度低于-20℃的管线应选用奥氏体不锈钢材质及LNG专用低温阀门。低温管道系统中储罐出口至泵的液相管道应采用真空绝热管道，其余液相管道在条件允许的情况下应尽量采用真空绝热管道。

2.4 LNG储罐安全性设计

LNG储罐作为LNG加气站的存储设备，在安全设计中应考虑以下几点[6]：

1）为保证储罐及其连接部件在低温条件下能够正常工作，其罐体材料必须采用抗低温材料。暴露在外的储罐隔热层应具有防火、防水、阻燃、阻蒸汽的性能，且在消防水的冲击力作用下不会移动。

2）储罐内外筒之间填充的不可燃隔热材料不仅要适应LNG及冷蒸汽的低温环境，而且当外筒遇火灾事故时，还要确保内筒材料的导热性能稳定。

3）合理设计、配置安全阀等附件，除与安全阀、检测仪表连接的管路外，其他所有输运介质为天然气（液相或气相）的管路应设有能够自动关闭的紧急切断阀。当出现火灾或接触明火、LNG储罐泄漏时，上述紧急切断阀应能就地或在远距离处实现自动或手动关闭。

4）为避免罐内形成空气与天然气的混合物导致事故，储罐在首次充注LNG 之前或停止使用内部检修后，需要进行惰化处理。

5）应避免LNG充注过量、液体受热膨胀造成液位超高，以及罐内压力达到安全阀启动值时液体淹没安全阀进口。

6）分析地震、风灾、雪灾等自然灾害发生的可能性，在设计时考虑储罐抵御风雪载荷和地震载荷的能力。

2.5 消防系统安全设计

1）对所有LNG加气设施都应采取相应的防火措施进行保护。在选择采用何种防火措施时应考虑以下因素：应对LNG着火、泄漏及溢出等事故的监测和控制设备的配备；使汽车、设备及其结构设施免受明火影响所需的方法；用于紧急事故关闭的工艺流程技术；启动紧急事故处理系统自动运行所需元件及其安装位置；出现紧急事故时，设备专管人员的职责和可达性、外部反应人员的可达性；事故处理人员所需防护装备和应接受的专门训练。此外，不得采用沥青敷设站内场地地坪和道路路面，宜采用不产生火花的材料敷设路面。

2）消防水系统。单独的LNG加气站或LNG加气站与CNG加气站或加油站合建时可以不设消防水系统； LNG 加气站与LPG 加气站合建时应遵循GB50156的规定设置消防水系统。

3）灭火设施。加气站内灭火设施的设置应符合GB50183的有关规定，对于所有可能发生的突发事件均须准备好相应的应对方案，灭火器材配置应符合下列规定[11-12]：每两台加气机应配置不少于1只8kg 手提式干粉灭火器或两只4 kg 手提式干粉灭火器，加气机不足2台时按2台计；LNG储罐应配置35 kg推车式干粉灭火器2个；加气站应配置灭火毯5块，沙子2 m3；站内其余建、构筑物的灭火器材应按GB50140的规定配置；灭火器材应指定专人按照设备使用说明进行维护。

4）报警系统及警告标志。报警系统在LNG加气站中必不可少，除了安装天然气泄漏监测设施和有关连锁装置外，还应安装可燃气体超限报警、储罐液位超限报警、储罐压力超限报警、系统安保提示报警、LNG 泵抽空报警、LNG 泵超压报警、停电报警、控制柜超温报警、控制阀故障报警等系统。

所有LNG加气设施应设有字体高度不低于15 cm、白底红字的警告标志，如禁止吸烟、关闭马达、禁止明火、注意低温可燃性液体等。

2.6 其他安全注意事项

1）合理选择与防爆区域等级相适应的电气设备，确保站区供电系统的安全可靠性及站内的消防用电及通信设施正常工作。同时，消防控制系统、消防水泵等主要用电设备还应备有备用电源，站内工艺装置及辅助设施上均应安装避雷装置。

2）应采取通风措施，使站内危险气体聚积所存在的潜在危害性降到最低，并设置专用放空管路，将各处放空气体均引至该专用放空管路后集中进行排放，避免在站内形成爆炸性混合物。

3）对工作人员进行定期培训，使其了解LNG特性及可能产生的危害和影响，了解防护用品的作用及正确使用方法，熟悉应急事故处理预案[7]。

3 结束语

为加快加气站的建设和降低建站成本，国内外正大力研究并推广建设移动L NG加气站。它作为新型加气站的一种，尽管目前才刚起步，规范和标准还不很健全，但随着我国LNG工业的快速发展，这种具有较多优势的加气站必将得到快速发展。由于LNG 加气站工作地是易燃易爆场所，充分分析LNG燃料及LNG加气站的危险性，做好建站、LNG槽车卸液、加注、消防系统、LNG储罐以及加气站管路系统等的安全设计，消除其安全隐患可为减少或杜绝LNG加气站发生重、特大安全事故提供安全保障，促进其安全运行