(高清版)GB∕T 19204-2020 液化天然氣的一般特性

ICS75.060代替GB/T19204—2003液化天然氣的一般特性(ISO16903:2015,Petroleumandnaturalgasindustries—CharacteristicsofLNG,influencingthedesign,andmaterialselection,MOD)國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T19204—2020前言 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 1 25LNG的一般特性 2 25.2一般特性 25.3物理性質(zhì) 46健康與安全 66.1概述 66.2置身于低溫環(huán)境 66.3置身于天然氣環(huán)境中 76.4火災(zāi)預(yù)防和消防 7 76.6氣味 7 87.1LNG工業(yè)中應(yīng)用的材料 87.2溫度應(yīng)力 9參考文獻 ⅢGB/T19204—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。修改外主要技術(shù)變化如下：——修改了規(guī)范性引用文件(見第2章，2003年版的第2章);-—增加了蒸發(fā)氣、液化石油氣、翻滾、沸騰液體膨脹蒸氣爆炸等術(shù)語和定義(見第3章，2003年版的第3章);——增加了LPG、QRA等縮略語(見第4章，2003年版的第4章);——刪除了LNG的甲烷、氮氣含量范圍(見5.2.1,2003年版的5.2.1);-——修改了LNG的密度范圍和密度溫度梯度值(見5.2.2,2003年版的5.2.2); 增加了LNG的黏度特性(見5.2.4):——增加了LNG實例的蒸氣熱值及該條文的注(見表1);——修改了表1中LNG實例1組分(見表1,2003年版的表1); 增加了表1中3個國內(nèi)LNG實例組分(見表1);-—修改了氣體云團的膨脹和擴散相關(guān)內(nèi)容(見5.3.4,2003年版的5.4.2);——增加了關(guān)于火災(zāi)的預(yù)防和保護應(yīng)遵循的標準及LNG火災(zāi)滅火器的類型(見6.4);——增加了關(guān)于蒸發(fā)氣顏色的內(nèi)容(見6.5);——修改了用于直接接觸LNG的主要材料列表(見表3,2003年版的表3);——修改了用于不直接接觸LNG的主要材料列表(見表4,2003年版的表4); 修改了用于LNG工業(yè)的其他材料(見003年版的6.1.3):——修改了溫度應(yīng)力有關(guān)內(nèi)容(見7.2,2003年版的6.2);——刪除了附錄A和附錄B(見2003年版的附錄A和附錄B)。本標準使用重新起草法修改采用ISO16903:2015《石油和天然氣工業(yè)影響設(shè)計和材料選擇的液本標準與ISO16903:2015的技術(shù)性差異及其原因如下：●用GB/T20368代替了NFPA59A(見第2章、6.4);●用GB/T22724代替了EN1473(見第2章、6.4);●增加引用了GB/T8423.3—2018(見第3章);●增加引用了GB/T24959(見第5章);●增加引用了GB/T24962(見第5章);●增加引用了GB/T50183—2015(見第3章);●增加引用了ISO6568(見第5章);●增加引用了GB/T27894.1(見第5章)。氣凝液術(shù)語(見第3章),以適應(yīng)我國的技術(shù)條件，并和國家標準體系一致?！狶NG密度的計算方法采用GB/T24962代替ISO6578(見第5章),以適應(yīng)我國的技術(shù)條件，并和國家標準體系一致。GB/T19204—2020——修改了LNG的黏度范圍為1.0×10-4Pa·s～2.0×10-?Pa·s(見5.2.4),以適應(yīng)我國的技術(shù)請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別這些專利的責(zé)任。本標準由全國石油天然氣標準化技術(shù)委員會(SAC/TC355)提出并歸口。本標準所代替標準的歷次版本發(fā)布情況為：——GB/T19204—2003。1GB/T19204—2020液化天然氣的一般特性GB/T8423.3—2018石油天然氣工業(yè)術(shù)語第3部分：油氣地面工程GB/T22724液化天然氣設(shè)備與安裝陸上裝置設(shè)計GB/T24959冷凍輕烴流體液化天然氣運輸船貨艙內(nèi)溫度測量系統(tǒng)一般要求(GB/T24959—2019,ISO8310:2012,MOD)GB/T24962冷凍烴類流體靜態(tài)測量計算方法(GB/T24962—2010,ISO6578:1991,MOD)GB/T27894.1天然氣在一定不確定度下用氣相色譜法測定組成第1部分：分析導(dǎo)則(GB/T27894.1—2011,ISO6974-1:2000,IDT)GB50183—2015石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范復(fù)列出了GB/T8423.3—2018和GB50183—2015中的某些術(shù)語和定義。3.1[GB/T8423.3—2018,定義2.1.14]3.2[GB/T8423.3—2018,定義5.2.4]3.3[GB/T50183—2015,定義2.1.4]2GB/T19204—20203.4的液體發(fā)生快速的混合并伴隨大量蒸發(fā)氣從液化天然氣容器中急劇釋放的現(xiàn)象。3.5沸騰液體膨脹蒸氣爆炸boilingliquidexpand處于一定壓力下飽和溫度附近的液化天然氣，因壓力系統(tǒng)突產(chǎn)生爆炸特征的現(xiàn)象。下列縮略語適用于本文件。BLEVE沸騰液體膨脹蒸氣爆炸(boilingliquidexpandingvapourexplosion)LNG液化天然氣(liquefiednaturalgas)LPG液化石油氣(liquefiedpetroleumgas)QRA定量風(fēng)險分析(quantitativeriskanalysis)RPT快速相變(rapidphasetransition)SEP表面輻射功率(surfaceemissivepower)在LNG儲運過程中潛在的危險主要起源于其3個重要性質(zhì)。a)LNG的溫度極低。在標準大氣壓下其沸點約為-160℃(還與其組分有關(guān))。在此溫度下，其蒸發(fā)氣的密度高于周圍空氣的密度。b)極少量的LNG液體可以轉(zhuǎn)變?yōu)楹艽篌w積的氣體。1單位體積的LNG可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧s600單位體積的氣體。天然氣體積分數(shù)的5%～15%。若蒸發(fā)氣在密閉空間內(nèi)聚積，遇點火源將導(dǎo)致爆炸和高壓沖本標準關(guān)注LNG的特性以及相應(yīng)的危險性。當評估LNG場站的危險性時，設(shè)計人員需考慮現(xiàn)場烷、氮等其他組分。甲烷及天然氣其他組分的物理學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)可以在有關(guān)的參考資料(參見參考文獻)和熱力學(xué)計算手冊中查到。雖然LNG的主要成分是甲烷，但是不宜以純甲烷去推斷LNG的性質(zhì)。3GB/T19204—2020分析LNG的成分時，應(yīng)特別注意的是要采集有代表性的樣品，避免因閃蒸產(chǎn)生偽分析結(jié)果。最常分析方法是采用專門的LNG取樣裝置，采集未經(jīng)閃蒸的液體，作為有代表性的樣品，進而分析一小股使用ISO6568或GB/T27894.1中所述的方法。LNG的密度取決于其組分，通常在420kg/m3~470kg/m3,但是在某些情況下可高達520kg/m3。密度還是液體溫度的函數(shù)，其變化梯度約為1.4kg/(m3·K-1)。密度可以直接測量，但通常是利用氣相色譜法分析得到的組分計算求得。推薦使用GB/T24962中規(guī)定的計算方法。注：該方法通常稱為KlosekMckinley修正法。LNG的沸點取決于其組分，在大氣壓力下通常在一166℃~-157℃。沸點隨壓力的變化約為LNG的溫度通常用銅/銅鎳熱電偶或GB/T24959中規(guī)定的鉑電阻溫度計測量。LNG的黏度取決于其組分，在一160℃下黏度范圍通常在1.0×10-?Pa·s～2.0×10-?Pa·s,大約為水的黏度的1/10～1/5。黏度也是液體溫度的函數(shù)。表1給出了LNG的6個實例，以說明不同組成的LNG性質(zhì)的差異。常壓下在沸點溫度時的性質(zhì)摩爾分數(shù)/%C?H?0.07—0.043.260.690.120.150.095.353.210.590.400.038,612.740.420.650.022.640.110.10摩爾質(zhì)量/(kg/kmol)沸點溫度/℃—162.0—161.9—166.5—160.9—161.5密度/(kg/m3)單位體積液體氣化后產(chǎn)生的氣體體積(0℃和101325Pa)/(m3/m3)單位質(zhì)量液體氣化后產(chǎn)生的氣體體積(0℃和101325Pa)/(m3/103kg)單位質(zhì)量氣化潛熱/(kJ/kg)單位體積高熱值/(MJ/m3)4GB/T19204—2020LNG作為一種可沸騰液體儲存于大型絕熱儲罐中。任何傳入儲罐的熱量都會導(dǎo)致部分液體蒸發(fā)為氣體，這部分氣體稱為蒸發(fā)氣。蒸發(fā)氣的組分取決于液體的組分。比如，某蒸發(fā)氣可能含20%的氮、80%的甲烷和微量的乙烷；蒸發(fā)氣中的含氮量可能是液體LNG中含氮量的20倍。論是溫度低于-113℃的純甲烷，還是溫度低于-85℃、含20%氮的甲烷，其密度均比空氣密度大。但在常溫常壓下，這些蒸發(fā)氣體的密度約為空氣密度的0.6倍。液體溫度也將降到對應(yīng)壓力下的新沸點，稱為閃蒸。由于LNG為多組分的混合物，閃蒸氣體的組分與作為一個參考性數(shù)據(jù)，在1×10?Pa～2×10?Pa壓力范圍內(nèi)，且在相應(yīng)沸點溫度下的LNG,壓力每下降1×103Pa,1m3的液體約產(chǎn)生0.4kg的氣體。LNG為多組分液體，更為精確計算其閃蒸所產(chǎn)生的氣體和剩余液體的量及組分都是很復(fù)雜的。應(yīng)采用已證實的熱力學(xué)方法、工藝模擬軟件及合適的數(shù)當LNG傾倒至地面上時(事故溢出),最初會劇烈沸騰，然后蒸發(fā)速率將迅速衰減至一個恒定值，該值取決于地面的熱性質(zhì)和從周圍空氣獲得的熱量。如果將地面進行絕熱處理，則這一速率將大幅度降低，如表2所示。表中的數(shù)據(jù)只是作為例子給出，當用于QRA分析或詳細設(shè)計時應(yīng)進一步校核。材料礫石濕沙干沙水標準混凝土輕膠體混凝土當溢出發(fā)生時，少量液體能轉(zhuǎn)化成大量氣體；大氣條件下1單位體積的液體將轉(zhuǎn)化為約600單位體積的氣體(見表1)。當溢出發(fā)生在水上時，水中的對流傳熱非常強烈，足以最初，蒸發(fā)氣的溫度幾乎與LNG的溫度一樣，其密度比周圍空氣的密度大。蒸發(fā)氣首先受到重力5GB/T19204—2020至充分混合至遠低于爆炸極限之下。這一過程伴隨著氣體與空氣強烈混合。大部分LNG最初以氣溶膠的形式存在于氣體云之中。這種氣溶膠最終將與空氣進一步混合而蒸發(fā)。對于天然氣/空氣云團，當天然氣在空氣中的體積分數(shù)為5%～15%時就可以被引燃和引爆。SEP取決于考慮火池的尺寸、煙的發(fā)散情況以及測量方法。SEP隨著波及范圍的增加而降低。給定情況的SEP參見參考文獻。在沒有約束的混合云團中，天然氣以低速燃燒，并在氣體云團中產(chǎn)生小于5×103Pa的小幅度超壓。在高度擁擠的空間或受限制的區(qū)域(如設(shè)備或建筑密集的空間),可能產(chǎn)生較高的壓力。在常溫下天然氣無法通過加壓而液化，在約一80℃以下才有可能在某個壓力下液化。這就意味著球閥腔內(nèi)液體的放空這類細節(jié)也需留意。在翻滾過程中大量氣體可能在短時間內(nèi)從LNG儲罐中釋放出來；除非采取預(yù)防措施或?qū)θ萜鬟M行特殊設(shè)計，否則翻滾將導(dǎo)致容器超壓。在LNG儲罐中可能形成兩個穩(wěn)定的分層或單元，這通常是由于新注入的密度不同的LNG混合不充分造成的。在每層內(nèi)部液體密度是均勻的，但是底層液體的密底層液體過熱(通常正是這樣的情況),翻滾的同時氣化量也會增加；有時這種增加很快且量大。在少數(shù)一段時間其氣化速率遠低于正常情況。因此應(yīng)密切監(jiān)測氣化速率以確保液體沒有積蓄熱量。如果對此6GB/T19204—2020將來源不同和組分不同的LNG分罐儲存，或在注入儲罐時應(yīng)充分混合。氮氣含量高的調(diào)峰型LNG裝法是保持LNG的含氮量低于1%,并且密切監(jiān)測氣化速率。發(fā)生。盡管不會發(fā)生燃燒，但會產(chǎn)生類似爆炸的壓力波。LNG泄漏至水面上而引發(fā)的RPT是罕見的，熱液體的溫度高于較冷液體沸點的1.1倍(以開氏溫度表示),后者溫度將迅速上升，其表層溫度可能超過自發(fā)成核溫度(此時液體中產(chǎn)生氣泡)。在某些情況下，過熱液體會通過復(fù)雜的鏈式反應(yīng)機制在短時例如，液體之間能夠通過機械沖擊產(chǎn)生密切接觸，將LNG或液態(tài)氮置種接觸會引發(fā)快速相變。最近的研究對RPT有了更深刻的認識，可量化此現(xiàn)象的嚴重程度以確定是否需要采取預(yù)防措施。會以極高的速率蒸發(fā)。已經(jīng)發(fā)生過這種案例，劇烈的膨脹將破裂容器的大塊構(gòu)件拋出幾百米。BLEVE在LNG裝置上發(fā)生的可能性極小，一是因為儲存LNG的容器在低壓下就會發(fā)生破裂(參見參考文獻),而且蒸發(fā)速率很低；二是由于LNG在絕熱的壓力容器和管道中儲存和輸送，這類容器和管道本身具有一定的防火能力。6健康與安全6.1概述下面的推薦意見為LNG設(shè)施運行的有關(guān)人員提供指南，但不能取代國家相關(guān)法規(guī)的要求。6.2置身于低溫環(huán)境與LNG相關(guān)聯(lián)的低溫會對身體暴露的部分產(chǎn)生各種影響；如果對處于低溫環(huán)境的人體未能適當當皮膚與液體LNG接觸時，可造成類似于灼傷的皮膚起泡現(xiàn)象。LNG蒸發(fā)產(chǎn)生的氣體也具有極膚，但是，類似眼睛一類脆弱的組織仍會受到傷害。人體未受保護的部分不應(yīng)接觸盛有LNG而未經(jīng)保嚴重或長時間地暴露在寒冷的蒸氣和氣體中會引起凍傷。通常會有局部疼痛給出凍傷預(yù)警，但有7GB/T19204—2020時也會感覺不到疼痛。10℃以下的低溫都有導(dǎo)致體溫過低的危險，對于明顯地受到低溫影響的人，應(yīng)迅速地從寒冷地帶移開并用溫水洗浴使體溫恢復(fù)，水溫應(yīng)在40℃~42℃。不應(yīng)利用干熱的方法提升體溫。當裝運LNG時，如果可以合理預(yù)見到將暴露于LNG的環(huán)境之中，應(yīng)使用合適的面罩或安全護目鏡以保護眼睛。觸碰任何正在或可能已經(jīng)與低溫的液體或氣體接觸過的設(shè)備或器件時，均應(yīng)始終佩戴皮革手套。佩戴的手套應(yīng)當寬松以便在低溫液體不慎濺到手套內(nèi)部或表面時能夠迅速脫去。即使佩戴護服被低溫的液體或蒸氣附著，穿用者在進入密閉空間或接近火源之前應(yīng)對衣服進行通風(fēng)處理。操作者應(yīng)明白：防護服只是在偶然出現(xiàn)LNG濺落時起一定的保護作用，應(yīng)盡量避免與LNG接觸。6.3置身于天然氣環(huán)境中LNG和天然氣是無毒的。天然氣可以令人窒息。空氣中氧氣的體積分數(shù)通常為20.9%,大氣中氧氣的體積分數(shù)低于18%在裝運LNG時，建議備好干粉(最好是碳酸鉀)滅火器。與裝運LNG有關(guān)的人員應(yīng)經(jīng)過使用干粉滅火器撲滅液體火災(zāi)的培訓(xùn)。高膨脹性泡沫或泡沫玻璃塊可用于覆蓋LNG池火，進而極大地降低其輻射作用。應(yīng)保證水的供應(yīng)以用于冷卻，或在配有設(shè)備的情況下用于產(chǎn)生泡沫。但是不應(yīng)使用水進行LNG的直接滅火。有關(guān)防火和消防的設(shè)計，應(yīng)遵守GB/T22724或者GB/T20368,以及其他國際標準或國家標準。8GB/T19204—2020絕大多數(shù)普通建造材料在極低溫度條件下，會因脆性斷裂而失效。尤其是碳鋼的抗斷裂韌性在LNG溫度下(-160℃)很低。因此用于與LNG接觸的材料應(yīng)當驗證抵抗脆性斷裂性能。與LNG直接接觸而不會變脆的主要材料及其一般應(yīng)用列于表3中，該表尚不完全。表3用于直接接觸LNG的主要材料及其一般應(yīng)用材料一般應(yīng)用奧氏體不銹鋼儲罐、卸料臂、螺母和螺栓、管道和管件、泵、換熱器9%鎳合金儲罐鎳合金，鎳鐵合金儲罐、螺母、螺栓36%鎳的鐵合金(因瓦合金)管道、儲罐鋁合金儲罐、換熱器銅和銅合金密封件、磨損面彈性材料密封件、墊片混凝土(預(yù)應(yīng)力)儲罐石墨密封件、填料函氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)電絕緣聚四氟乙烯(PTFE)密封件、填料函、軸承面聚三氟一氯乙烯(KelF)軸承面司太立合金軸承面"司太立合金：Co55%,Cr33%,W10%,C2%。用于低溫狀態(tài)，但在正常操作下不與LNG直接接觸的主要材料列于表4中，該表尚不完全。表4在正常操作下不與LNG直接接觸的主要材料材料一般應(yīng)用低合金不銹鋼滾珠軸承混凝土(預(yù)應(yīng)力、加強)儲罐膠體混凝土防泄漏圍堰木材(輕木、膠合板、軟木)熱絕緣9GB/T19204—2020表4(續(xù))材料一般應(yīng)用彈性材料涂料、膠黏劑玻璃棉熱絕緣分層云母熱絕緣聚氯乙烯熱絕緣聚苯乙烯熱絕緣聚氨酯熱絕緣聚異氰脲酯熱絕緣砂子熱絕緣硅酸鈣防泄漏圍堰二氧化硅(玻璃)熱絕緣泡沫玻璃熱絕緣、防泄漏圍堰珍珠巖熱絕緣鋁材還可用于儲罐的內(nèi)吊頂。專門設(shè)計用于液態(tài)氧或液態(tài)氮的設(shè)備和材料，通常也適用于L設(shè)計用于LNG正常操作條件為較高壓力和溫度的設(shè)備時，也應(yīng)考慮由于減壓而引起內(nèi)部介質(zhì)溫度的下降。用于LNG設(shè)施的大多數(shù)深冷裝置都會承受從環(huán)境溫度到LNG溫度的快速冷卻過程。值發(fā)生在與LNG直接接觸的容器壁上。這種應(yīng)力隨著材料厚度的增加而增加，當其厚度超過約也可通過實驗測其脆性斷裂性能。LNG設(shè)施所承受的極端溫度范圍，會導(dǎo)致顯著的熱脹冷縮，配管和結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)為由此而產(chǎn)生的部至底部的溫度梯度會產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和永久變形，進而可能導(dǎo)致LNG的泄漏，主要發(fā)生在法蘭連接處。態(tài)工況等),因溫度變化而產(chǎn)生過大的應(yīng)力。柔性分析應(yīng)包含所有正常工況、事故工況及特殊載荷工況GB/T19204—2020[1]ISO6208Nickelandnickelalloyplate,sheetandstrip[2]ISO6578Refrigeratedhydrocarbonliquids—Staticmeasurement—Calculationprocedure[3]ISO6974Naturalgas—Determinationofhydrogen,inertgasesan[4]ISO8310Refrigeratedhydrocarbonandnon-petroleumbasedliquefiedgaseousfuels—Generalrequirementsforautomatictankthermometersonboardmarinecarriersandfloatingstorage[5]ISO9328Steelflatproductsforpressurepurposes—Technicaldeliveryconditions[6]ISO9722Nickelandnickelalloys—Compositionandformsofwroughtproducts[7]ISO9723Nickelandnickelalloybars[9]MethodologyofGazdeFranceconcerningmattersofLNGterminals,D.NEDELKA,A.GOY(GazdeFrance),Paper1,SessionⅢ,LNG10,KualaLumpur(May1992)[10]GrundlagensicherheitstechnischerErfordernisseimUmgangmitFlüssigerdgas(LNG),K.A.HOPFER,gwfGas-Erdgas130(1989),S27-32[11]Calculationofradiationeffects,D.NEDELKA(GazdeFrance),EUROGASTrondheimHOUSE,R.F.TUCKER,(GazdeFrance,Britis[13]FiresafetyassessmentforISOstoragefacilities,B.J.LOWESMITH,J.MOORHOUSE,P.ROBERT,Paper2,SessionⅢ,Intern.ConferenceonLNG(LNG10),KualaLumpur1992[14]PredictionoftheheatradiationandsafetydistancesoflargefireswiththemodelOS-RAMO,A.SCHONBUCHERetal,7thInt.Symp.onLossPreventionandSafetyPromotionintheprocessindustries,68-1/68-16,Proceedings,Taormina(1992)[15]DasexperimentellvalidierteBallen-StrahlungsmodellOSRAMO,Teil1:TheoretischeGrundlagen,A.SCHONBUCI-IERetal,Tü33(1992),137/140[16]DasexperimentellvalidierteBallen-StrahlungsmodellOSRAMO,Teil2:Sicherheitstech-nischeAnwendung(Sicherheitsabstande),A.SCHONBUCHERetal,Tü33(1992),219/223[18]ThermalradiationfromLNGtrenchfires,VolumeⅢ,Finalreport,September1982-Sep-tember1984,GasResearchInstitute,8600WestBrynMawrAvenue,Chicago,Illinois60631[19]Methodsofthecalculationofthephysicaleffectsoftheescapeofdangerousmaterial,Chapter6-Heatradiation,G.WHOFTIJERTNOOrganizationforIndustrialResearch-DivisionofTechnologyforSocietyP.O.Box342,7300AHApeldoorn,Netherlands[20]LargescaleLNGandLPGpoolfiresintheassessmentofmajorhazards,GAMIZNERandGB/T19204—2020J.A.EYRE,InstitutionofChemicalEngineersSymposium,SeriesNo.71(1982)[21]DOE/SandiaNationalLaboratoriesCoordinatedApproachforLNGSafetyandSecurityResearch,BriefingtoNARUCStaffSubcommitteeonGasJuly15,2007[22]Dr.PhaniK.Raj,LargeLNGFireThermalRadiation—ModelingIssues&.HazardCriteriaRevisited,Technology&.ManagementSystems,Inc,ProcessSafetyProgress,2005[23]PhaniK.Raj,NFPA59AVaporDispersion&.ThermalRadiationModelsinthelightofNewDataTechnology&.ManagementSystems,Inc.Burlington,MA01803PresentedattheAGA-NF-PA59AStandardsWorkshopCharlotte,NC,2006[24]McGrattanK.B.,BaumH.R.,HaminsA.ThermalRadiationfromLargePoolFires,NISTIR6546.NIST,2000[25]FireL.N.G.HMALVOSandP.K.RAJ,ThermalEmissionandothercharacteristicsoflargeLiquefiedNaturalGasFires.ProcessSafetyProgress.2007September,26pp.237-247[26]Contributiontothestudyofthebeh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