LNG加气站的安全设计

【文章编号】1007-9467（2010）04-0067-04 LNG气化站的安全设计

■要大荣（北京市公用工程设计监理公司，北京100026） 【摘要】简述了LNG的危险性和我国LNG气化站的发展现

状，从设计标准、总平面布置、围堰区、LNG储罐、气化器、管道 及管件、消防系统等方面论述了LNG气化站的安全设计。指 出应尽快制定符合我国国情的LNG规范。 【关键词】液化天然气；气化站；安全 【中图分类号】TU272.2【文献标志码】B 1我国LNG气化站的发展现状

随着全球经济的迅速增长和能源需求量的不断

扩大，液化天然气因其具有运输效率高、用途广、供 气设施造价低、见效快、方便灵活等特点[2、3]，给世界 LNG工业的发展提供了良好的基础。我国目前发展 LNG进口项目，建设LNG气化站[4]，弥补管输天然气 的不足已成为目前城市行业较为关注的焦点。 2 LNG气化站的安全设计 2.1 LNG的危险性

1）爆炸的危险性：不同时刻进入同一设备的

LNG，由于成分和密度差异引起分层，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，会造成设备损坏和介质泄露，甚至爆炸。 2）火灾的危险性：天然气和空气的混合能形成 爆炸性混合气体，爆炸下限（体积分数）为3.6%~

6.5%，爆炸上限（体积分数）为13.0%~17.0%。[1]如果 存在火源，极易着火燃烧，甚至爆炸。

3）低温的危险性：LNG储存和操作都在低温下

进行，一旦发生泄露，会使相关设备脆性断裂和遇冷 收缩，从而破坏设备，引发事故，并对人体造成严重 损害。

4）对人体的危害性：虽然LNG毒性较小，但其 中含有体积分数82%~98%的甲烷，泄露后会造成窒 息等人身伤亡事故。

可见，LNG气化站的安全至关重要。在设计过 程中，必须确定与LNG装置有关的危险性，根据 关的标准和运行管理经验，对气化站的安全设计 面考虑，使整个系统达到较高的安全水平。 2.2设计标准

设计时可参考的国外标准主要有美国

NF-PA59A《液化天然气（LNG）生产、储存和装卸 准》、NFPA57《LNG汽车燃料系统》等；国内标准有 GB 50028-2006《城镇燃气设计规范》；GB 50183-20 《石油天然气工程设计防火规范》；GB50016-2006《 筑设计防火规范》等。

2.3总平面布置[5、6]

LNG气化站总平面布置设计要合理地确定

内各作业区和设备的位置，以确保气化站有一个 全的环境。站址选择一方面要从城市的总体规划 合理布局出发，另一方面也应从有利生产、方便 输、保护环境着眼。

1）站址应选在城镇和居民区的全年最小风向 上风侧。

2）考虑气化站的供电、供水和电话通信网络 各种条件，站址选在城市边缘为宜。

3）站址至少要有一条全天候的汽车公路。 4）气化站应避开油库、桥梁、铁路枢纽站、飞 场等重要战略目标。

5）站址不应受洪水和山洪的淹灌和冲刷，站 标高应高出历年最高洪水位0.5m以上。

6）应考虑站址的地址条件，避免在滑坡、溶洞 塌方、断层、淤泥等不良地质条件的地区，站址的 壤耐压力一般不低于0.15MPa。 2.4围堰区

液化天然气储罐周围必须设置围堰区，以保 储罐发生的事故对周围设施造成的危害降低到最

67度。围堰区是指用压实土、混凝土、金属等低温材 在LNG储罐周围建造的堤防、护墙或排液系统所 成的区域。其作用是当LNG泄露或溢出时，将可 液体在围堰区内，防止进一步扩散；当发生火 时，阻止火焰向四周蔓延。 .5 LNG储罐

LNG储罐按结构形式可分为地下储罐、地上金 储罐和金属-预应力混凝土储罐3类，地上LNG 罐又分为金属子母罐和金属单罐2种。LNG气化 采用何种储罐，主要决定于其储存量。储存量为 200m3~5 000m3时可采用金属子母储罐带压储存和 压罐储存。储存量为1200m3以下的城市LNG气 站，基本采用金属单罐带压储存。 1）LNG储罐的安全措施

根据储罐容积合理确定安全间距，见表1[7]

表1围堰墙与站区围墙之间、储罐之间的水平净距 ②为保证储罐及其连接部件在LNG及其冷蒸 温度下能正常工作，储罐材料必须满足低温性能 求。暴露的储罐隔热层应防火、阻燃、阻蒸汽、防 ，且在消防水的冲击力作用下不会移动。储罐内外 之间填充的不可燃隔热材料不仅要适应LNG及 蒸汽的性质，而且当外筒遇火灾事故时，能确保内 材料的导热性能稳定[8]。

③合理设计、配置阀门等附件，主要包括：

罐进液系统设顶部、底部两个进液阀。当充注液体 储罐中原有液体物理性质有差异时，通过不同部 的进液，减少混合液体分层的可能性，减少事故发 率[9]。

设置足够数量的安全阀，安全阀与罐体之间设 动截止阀，保证储罐工作压力在允许范围内。内筒 安全放空阀，连通火炬。外筒泄压装置将放空气体 至放空火炬。

每个储罐的液相管上设2个紧急切断阀，发生意 外事故时切断储罐与外界的连通，防止罐内LNG泄 露。

每个储罐设2套相互的液位测量装置。

在储罐真空夹层套层设压力仪表，测量压力是否在 合理的范围内。

多台储罐之间隔离阀的操作水平净距至少为 0.9m。

储罐投入运行时，设温度检测仪，用来监测温度 或作为检查和校正液位计的工具。

④储罐应当设置一个高液位报警器，使操作人 员有足够的时间停止进料。储罐应设置高液位进料 切断装置，它应与全部的控制计量仪表分开设置。 ⑤为了避免罐内形成空气与天然气的混合气体

导致事故，储罐首次充注LNG之前，或停止使用内 部检修后，需要用惰性气体将罐内的空气或天然气 置换出来，进行惰化处理[10]。

⑥根据地质、气象等资料，份子发生地震、风灾、 雪灾等自然灾害的可能性及其特征，考虑储罐的抗 震和抵御风雪荷载的能力。 2）LNG漩涡现象的预防

漩涡现象[11]，也称翻滚，通常出现在多组分的液 化天然气中，是由于向已装有LNG的低温储罐中充 注新的LNG，或由于LNG中的氮优先蒸发而使储罐 内的液体发生分层而引起。防止发生涡旋现象的方 法有[5]：①将不同产地、不同气源的LNG分开储存， 可避免因密度差而引起分层。②根据需储存的LNG 与储罐内原有LNG的密度差异，选择正确的充注方 式。③使用混合喷嘴和多孔管向储罐中充注LNG。④ 检测LNG的蒸发速度，LNG分层会抑制LNG的蒸 发速度，使出现涡旋前的蒸发速度比通常情况下的 蒸发速度低。

3）储罐静态蒸发率

储罐静态蒸发率能较为直观地反映储罐在使用 时的绝热性能，其定义为低温绝热压力容器在装有

大于有效容积的1/2的低温液体时，静止达到热平衡 后，24h内自然蒸发损失的低温液体质量和容器有效 容积下低温液体质量的比值。 V/m Á

󰀀󰀀󰀀/m 󰀀󰀀󰀀 󰀀󰀀/m

V󰀀0.5 0.0 0.0

0.5󰀀V󰀀1.9 3.0 1.0 1.9󰀀V󰀀7.6 4.6 1.5 7.6󰀀V󰀀56.8 7.6 1.5 56.8󰀀V󰀀114.0 15.0 1.5 14.0󰀀V󰀀265.0 23.0 265.0󰀀󰀀󰀀󰀀0.7󰀀󰀀󰀀 -󰀀30.0m !󰀀󰀀󰀀󰀀󰀀 \"1/4󰀀#󰀀󰀀$ 1.5m

公用工程设计

ublic Utilities Design

68国家现行标准中没有给出LNG储罐蒸发率的 上限标准，设计时可以参考液氮的标准。 2.6气化器

美国标准NFPA59A[7]将气化器分为加热气化

器、环境气化器和工艺气化器3类。气化器安全设计 主要有以下2方面内容： 1）保证安全间距

①除非导热介质不可燃，否则气化器及其主热

源与其他任何火源之间的水平净距至少为15m，整 体加热气化器到围墙的水平净距至少为30m。 ②气化器到LNG、可燃制冷剂或可燃气体储罐

的水平净距至少为15m，到控制大楼、办公室、车间 等有人的重要建筑物的水平净距至少为15m。 ③控制大楼、办公室、商店、居民楼等建筑物，布 置多个气化器时，各气化器之间的水平净距至少为 1.5m。

2）合理设置阀门等附件，主要包括：

①每台气化器都应设置进口、出口切断阀和安全 阀。

②为防止泄露的LNG进入备用气化器，可安装 两个进口阀门，并采用安全措施排空积存在两个阀 门之间的LNG或蒸发气体。

③在与气化器的水平净距为15m的LNG管路

上安装切断阀，该阀门可由现场操作或远程控制，且 有一定保护措施预防阀门因温度过低而失效。 ④在液体管路上设自动控制切断阀，该阀门到

气化器的水平净距至少为3m，且在液体流量过大、 设备周围温度异常、气化器出口处温度过低时能自 动关闭。

⑤加热气化器应配备切断电源的装置，可由现 场操作或远程控制。

⑥设置自动装置，防止LNG或其蒸汽在异常温 度下进入输配系统。这些装置应与仅用于紧急情况 的管路阀门配合使用。

⑦设置温度检测仪，测量LNG、蒸发气体和加热 介质的进口温度。 2.7 LNG输送管道

在进行LNG管道设计中，不仅要考虑低温液体 的隔热要求，还应特别注意因低温引起的热应力、 止水蒸气渗漏、避免出现冷凝和结冰、管道泄露的 测方法以及防火等问题。LNG管道和其他低温液 输送管道一样，管道的热补偿是一个需要细心考 的重要问题。 2.8气化站的消防

消防系统的安全设计原则是：尽量切断气源， 制泄露；对储罐及临近储罐的设备进行冷却保护， 免设备超压造成更大的灾害；将泄露的LNG引至 全地带气化，避免燃烧扩大。根据以上原则，消防 统安全设计主要包括分布控制系统、紧急关闭系统 火灾和泄漏探测报警系统、消防水系统、干粉泡沫 火系统和其他一些安全措施。 3结语

LNG设施在国外已安全、环保地运行了30a， 是，设计出既安全又经济的LNG气化站仍是一项 战。国内尚未颁布关于LNG气化站设计和施工 范，在工程设计中普遍以美国、欧洲国家、日本的 准作为参考，因此本着安全的原则，制定和颁布 靠、可行、可依的LNG规范是当务之急。 【参考文献】

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【6】NFPA59A,液化天然气（LNG）生产、储存和装卸标准[S]. 【7】沈惠康.液化天然气的工艺与设备[J].煤气与热力，1996，1 （6）：25-28.

【8】周伟国，阮应君，藤汜颖.液化天然气储罐中翻滚现象及预 防措施探讨[J].煤气与热力，2002，22（4）：294-296.

【9】江金华，金颖，冯春强.液化天然气在城市燃气的应用[J]. 煤气与热力，2003，23（1）：53-，57.

【10】林文胜，顾安忠，李品友.液化天然气的分层与涡旋研究 公用工程设

Public Utilities Des

69展[J].真空与低温，2000（6）：125-132. 【收稿日期】2010-02-05要大荣（1975～），女，山西寿阳人，注册设备工程师，从事 LNG气化设计及燃气燃烧与应用研究，（电子信箱） ydrchh@sohu.com。