LNG事故案例及安全防范措施

LNG事故案例及安全防范措施近年來(lái)天然氣市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，作為清潔能源的LNG也被廣泛應(yīng)用，我國(guó)已建成投產(chǎn)大型LNG碼頭接收站逾10座，許多城市也陸續(xù)建設(shè)了LNG應(yīng)急調(diào)峰站。LNG很好地解決了城市天然氣氣源問(wèn)題，但其在儲(chǔ)存、運(yùn)輸中存在一定的危險(xiǎn)性，本文結(jié)合LNG低溫、火災(zāi)爆炸等危險(xiǎn)特性及分層翻滾、快速相變現(xiàn)象，并結(jié)合LNG工程中的典型事故案例，對(duì)安全防范措施進(jìn)行探討。1、LNG危險(xiǎn)特性LNG的固有性質(zhì)決定了其具有低溫、分層翻滾、快速相變、火災(zāi)爆炸等危害特性，其中低溫、火災(zāi)爆炸的特性認(rèn)知比較普遍，分層翻滾、快速相變的破壞性更強(qiáng)，危害性更大，需要特別關(guān)注。①分層翻滾分層翻滾是指兩層不同密度的LNG在儲(chǔ)罐內(nèi)分層后，隨著外部熱量的導(dǎo)入，底層LNG溫度升高，密度變小，頂層LNG由于BOG的揮發(fā)而密度變大。經(jīng)過(guò)傳質(zhì)，下部LNG上升到上部，壓力減小，積蓄的能量迅速釋放，產(chǎn)生大量的BOG，即產(chǎn)生翻滾現(xiàn)象。罐內(nèi)LNG的氣化量可達(dá)到平時(shí)自然蒸發(fā)量的100多倍，這將導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)的氣壓迅速上升并超過(guò)設(shè)定的安全壓力，使儲(chǔ)罐超壓產(chǎn)生危險(xiǎn)。當(dāng)LNG蒸發(fā)時(shí)，氮?dú)夂图淄槭紫葰饣Ｓ嗟囊后w中相對(duì)分子質(zhì)量較大的烴類(lèi)組分比例增加。一般情況下，蒸發(fā)氣包括體積分?jǐn)?shù)約20%的氮?dú)?、體積分?jǐn)?shù)約80%的甲烷和微量的乙烷，其含氮量是LNG中含氮量的20倍。②快速相變快速相變即當(dāng)溫度不同的兩種液體在一定條件下接觸時(shí)，可產(chǎn)生爆炸力，也稱(chēng)冷爆炸。當(dāng)LNG與水接觸時(shí)，LNG會(huì)迅速氣化，體積瞬時(shí)擴(kuò)大600倍，即產(chǎn)生快速相變。盡管不發(fā)生燃燒，但是這種現(xiàn)象具有爆炸的特征，危害可能很?chē)?yán)重。2、LNG事故典型案例和安全防范措施伴隨著LNG市場(chǎng)的應(yīng)用和發(fā)展，國(guó)內(nèi)外曾經(jīng)發(fā)生過(guò)多起重大事故。針對(duì)LNG泄漏火災(zāi)爆炸、分層翻滾和快速相變等事故類(lèi)型，筆者列舉LNG事故典型案例，分析事故原因，并提出安全防范措施。2.1LNG儲(chǔ)罐泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸事故2.1.1事故一①事故情況1944年10月20日14:30，美國(guó)克利夫蘭LNG調(diào)峰站4號(hào)1×104m3LNG低溫常壓儲(chǔ)罐僅僅運(yùn)行幾個(gè)月就突然破裂，溢出4542m3LNG。20min后3號(hào)球罐發(fā)生坍塌，LNG流進(jìn)街道和下水道，在下水道氣化引起爆炸，部分天然氣滲透到附近住宅地下室，被熱水器點(diǎn)火器引爆，炸毀房屋并起火，火海覆蓋了近14個(gè)街區(qū)。約2×104m2范圍內(nèi)的建筑被摧毀，死亡131人，225人受傷，毀壞轎車(chē)200多輛，損失巨大。②發(fā)生原因儲(chǔ)罐內(nèi)罐用不銹鋼Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%，耐低溫性能差，遇低溫易脆裂；儲(chǔ)罐在交接檢驗(yàn)時(shí)已發(fā)現(xiàn)罐底產(chǎn)生了一道裂縫，但沒(méi)有去調(diào)查裂縫的成因，只是對(duì)該罐進(jìn)行了簡(jiǎn)單修補(bǔ)后即投入運(yùn)行。儲(chǔ)罐區(qū)外無(wú)攔蓄區(qū)，出現(xiàn)LNG任意流淌并最終引起爆炸。2.1.2事故二①事故情況2011年2月8日19:07，江蘇徐州二環(huán)西路北道、沈場(chǎng)立交橋西南側(cè)LNG加氣站儲(chǔ)罐底部出現(xiàn)泄漏，遇居民燃放煙花引發(fā)大火，火焰高逾20m，徐州消防支隊(duì)先后出動(dòng)15輛消防車(chē)、80余名官兵趕往現(xiàn)場(chǎng)處置火情。直到2月9日16:30左右，儲(chǔ)罐內(nèi)LNG全部燒盡，火勢(shì)最終被消防隊(duì)員成功撲滅，排除了隱患。②發(fā)生原因LNG儲(chǔ)罐區(qū)域可燃?xì)怏w報(bào)警裝置安裝位置不當(dāng)，或者是可燃?xì)怏w報(bào)警裝置靈敏度不夠，在發(fā)生LNG泄漏的情況下，沒(méi)有及時(shí)報(bào)警；進(jìn)出LNG儲(chǔ)罐的液相管上無(wú)緊急切斷閥，因此不具備自動(dòng)切斷功能；LNG儲(chǔ)罐進(jìn)出管路中有多個(gè)法蘭連接件，是LNG最易泄漏的部位。2.1.3LNG儲(chǔ)罐泄漏的安全防范措施①在LNG儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)有不燃燒實(shí)體防液堤，防液堤內(nèi)設(shè)置集液池，防止儲(chǔ)罐泄漏時(shí)LNG任意外流。②LNG儲(chǔ)罐進(jìn)出液管必須設(shè)有緊急切斷閥，與儲(chǔ)罐液位控制聯(lián)鎖，并應(yīng)有遠(yuǎn)程控制操作和緊急停機(jī)功能。③LNG管道法蘭密封面，應(yīng)采用耐低溫的金屬纏繞墊片，不宜選用聚四氟乙烯墊片，以免長(zhǎng)期冷熱交替墊片收縮變形造成泄漏事故。④建立并實(shí)施班組日常安全巡查制度，配置低濃度泄漏檢測(cè)儀定期進(jìn)行查漏，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理天然氣泄漏。⑤定期檢測(cè)和維護(hù)可燃?xì)怏w報(bào)警裝置、低溫報(bào)警裝置、超限報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)、超壓自動(dòng)排放系統(tǒng)以及消防冷卻和泡沫滅火系統(tǒng)等安全設(shè)施，使其處于完好狀態(tài)下運(yùn)行。⑥加強(qiáng)員工的LNG基本知識(shí)和安全技能培訓(xùn)，并嚴(yán)格考核，使其熟悉LNG的危險(xiǎn)特性以及崗位安全管理規(guī)章制度和操作規(guī)程，掌握本崗位所需的安全操作技能和應(yīng)急處置措施。⑦制定切實(shí)可行的事故應(yīng)急預(yù)案，定期開(kāi)展事故應(yīng)急預(yù)案演練。與周邊相關(guān)方建立應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制。發(fā)生事故時(shí)，及時(shí)通報(bào)發(fā)布事故警報(bào)，迅速組織人員疏散和開(kāi)展應(yīng)急處置，降低事故影響。⑧當(dāng)LNG泄漏后，應(yīng)利用導(dǎo)液槽將LNG收集到集液池中，用高倍數(shù)泡沫將其覆蓋，控制LNG的氣化速率。⑨當(dāng)LNG泄漏起火后，應(yīng)首先疏散周?chē)用窈蛙?chē)輛，然后開(kāi)始滅火和采取防爆處置。要用干粉或隋性氣體隔離滅火，并用固定式噴淋裝置或水槍、水炮對(duì)儲(chǔ)罐及其他需要保護(hù)的設(shè)施進(jìn)行噴淋降溫。2.2LNG儲(chǔ)罐分層翻滾事故2.2.1事故一①事故情況英國(guó)BG公司PantingtonLNG調(diào)峰站設(shè)有2套天然氣液化裝置，4座5×104m3的LNG儲(chǔ)罐，1993年10月儲(chǔ)罐充裝前有存液17266t。在第1階段充裝新液的過(guò)程中，液化裝置的原料氣和生產(chǎn)工藝基本上沒(méi)有變化，因此生產(chǎn)出的LNG與儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG比較一致，密度差為3kg/m3，新液加入量為1533t。由于北海新的氣田投產(chǎn)，原來(lái)向調(diào)峰站供氣的氣田關(guān)閉。北海新氣田的天然氣含氮量少，致使生產(chǎn)的LNG密度減小，又由于新原料氣中的二氧化碳和重?zé)N含量較高，液化生產(chǎn)工藝中新增的脫碳裝置和重?zé)N提取塔同時(shí)投產(chǎn)，使生產(chǎn)出的LNG中的乙烷體積分?jǐn)?shù)只有2%，生產(chǎn)出的LNG密度僅為433kg/m3，與存液的密度差高達(dá)13kg/m3，LNG加液量為1900t。充裝完畢后的最初58d內(nèi)，只蒸發(fā)掉160tLNG，而不是預(yù)計(jì)的350t。充裝完畢后的第68天，突然發(fā)生翻滾，儲(chǔ)罐壓力迅速上升，安全放散閥和緊急放散閥全部打開(kāi)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)2h。由于翻滾排入大氣的天然氣約為150t，排放的平均質(zhì)量流量為75t/h。因儲(chǔ)罐排放天然氣的總能力為123.4t/h，可以滿足75t/h的排放，儲(chǔ)罐本身沒(méi)有受到損壞。儲(chǔ)罐正常BOG的排放量為0.25t/h，因此翻滾的排放量為正常排放量的300倍。②事故原因新充裝的LNG密度比存液小13kg/m3，形成了分層；上進(jìn)液使重量輕的LNG積聚在上層而蓋滿了表層，阻礙了下層LNG的蒸發(fā)。Pantington站是LNG調(diào)峰站，充裝后在長(zhǎng)達(dá)68d的儲(chǔ)存時(shí)間內(nèi)，使兩層的密度趨于一致有了足夠的時(shí)間，為翻滾創(chuàng)造了條件。2.2.2事故二①事故情況1971年8月，意大利拉斯佩齊亞市的某LNG接收終端站，S-1儲(chǔ)罐充裝完畢18h后發(fā)生翻滾事故。突然產(chǎn)生的大量LNG蒸發(fā)氣使儲(chǔ)罐內(nèi)壓力迅速上升。在壓力達(dá)到57.3kPa時(shí)，8個(gè)安全放散閥打開(kāi)。此時(shí)壓力仍然繼續(xù)上升，最高壓力達(dá)94.7kPa，然后壓力開(kāi)始下降，壓力降至42.1kPa時(shí)安全放散閥關(guān)閉。蒸發(fā)氣通過(guò)通常的放散途徑繼續(xù)高速排放，直至儲(chǔ)罐內(nèi)壓力下降至24.5kPa時(shí)恢復(fù)正常。整個(gè)過(guò)程歷時(shí)2h。事故導(dǎo)致排放損失LNG181.44t。②事故原因充裝的新LNG密度比存液密度大，密度差為3.8kg/m3，形成分層。充裝的新LNG的溫度比存液溫度高，溫差約為4℃，帶入了較多熱量，促進(jìn)層間混合。充裝量比存液量大得多，且充裝時(shí)間短，僅為18h，在翻滾發(fā)生前4h，由于控制閥的故障使儲(chǔ)罐內(nèi)壓力下降，上層的蒸發(fā)量增大，使上層LNG的密度增大，加快了上下兩層的混合。2.2.3儲(chǔ)罐分層翻滾的安全防范措施儲(chǔ)罐分層翻滾的破壞性非常強(qiáng)，一旦發(fā)生，其事故后果將難以控制，在運(yùn)行安全管理中必須嚴(yán)格防范并從源頭上消除其發(fā)生的條件。a.選擇的LNG供應(yīng)商應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定，防止由于組成差異而產(chǎn)生分層。b.檢測(cè)控制進(jìn)站的LNG中氮的體積分?jǐn)?shù)在1%以下，并保證安全放散閥在翻滾時(shí)能全部打開(kāi)，防止儲(chǔ)罐超壓破壞。c.不允許密度差和溫度差過(guò)大的LNG存入同一個(gè)儲(chǔ)罐中，充裝液和罐內(nèi)液密度差不宜超過(guò)10kg/m3。d.若確實(shí)不具備條件進(jìn)行分罐儲(chǔ)存，應(yīng)正確選擇上、下進(jìn)液方式，以應(yīng)對(duì)不同密度的LNG進(jìn)入同一儲(chǔ)罐。密度小的LNG充裝到存液密度大的LNG儲(chǔ)罐中時(shí)，應(yīng)該采用底部進(jìn)液；密度大的LNG充裝到存液密度小的LNG儲(chǔ)罐中時(shí)，應(yīng)該采用頂部進(jìn)液。e.對(duì)LNG儲(chǔ)罐的壓力、液位和日蒸發(fā)率進(jìn)行密切監(jiān)控。對(duì)于安裝有密度、溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備的LNG儲(chǔ)罐，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)垂直方向的密度和溫度。當(dāng)分層液體之間的溫差大于0.2℃、密度差大于0.5kg/m3時(shí)，可采用內(nèi)部攪拌、倒罐或輸出部分液體的方法來(lái)消除分層。未安裝密度監(jiān)測(cè)設(shè)備的儲(chǔ)罐不宜長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存LNG，儲(chǔ)存期超過(guò)一個(gè)月時(shí)應(yīng)進(jìn)行倒罐處理。2.3LNG快速相變事故2.3.1事故情況①1973年5月，英國(guó)坎維依一艘LNG運(yùn)輸船進(jìn)行卸液作業(yè)時(shí)，卸液管道爆破片破裂，LNG泄漏，流經(jīng)有雨水的碼頭，發(fā)生爆炸，損壞了鄰近建筑物的窗戶。②1977年3月，阿爾及利亞阿爾澤天然氣液化廠，由于閥門(mén)破裂，在10h內(nèi)泄漏了大量LNG，LNG流入海中，產(chǎn)生若干次快速相變，沖擊波損壞了海邊建筑物的門(mén)窗。③1995年10月，法國(guó)MontoirLNG接收站，開(kāi)架式海水氣化器頂部高壓閥的盤(pán)根盒處出現(xiàn)了泄漏，海水在氣化器管束的外側(cè)由上而下流動(dòng)，泄漏的高壓LNG流進(jìn)海水收集池中與海水接觸，產(chǎn)生快速相變，造成環(huán)繞著氣化器的波紋狀塑膠結(jié)構(gòu)破壞。2.3.2快速相變事故的安全防范措施在一定條件下，當(dāng)LNG與水接觸時(shí)會(huì)迅速氣化，產(chǎn)生快速相變現(xiàn)象。防范快速相變事故的發(fā)生，首先考慮的是采取有效的技術(shù)手段和運(yùn)行安全管理措施預(yù)防LNG泄漏。預(yù)防泄漏的安全防范措施前文已闡述，在此僅補(bǔ)充兩條快速相變事故的防范措施。①在LNG儲(chǔ)罐區(qū)防護(hù)堤內(nèi)應(yīng)設(shè)置集液池，并配備潛水泵以抽