對氣化站而言,LNG的各種泄漏情況被認為呈潛在的引起爆炸的原因。例如:
-管線泄漏/破裂(高壓和低壓氣體或液體管線)
-在氣化器和冷卻器和換熱器(在壓縮機,燃氣加熱器)發生管束破裂
-由于超壓導致罐或容器破裂/毀壞
-閥門和PSVs(壓力安全閥)發斗堵塞
-泵或壓縮機密封泄漏/失效
-停電或儀器失靈
2 平面布置
典型的LNG供氣站平面布置如圖1所示,圖中標出了儲罐,運輸船的泊位,主要設備和建筑物的位置。為了確定能保護邊界線以外的人身和財產安全的初步半面布置,必需進行氣體擴散和火焰輻射研究,這對位于居民區附近的供氣站成為重要。
發生LNG泄漏事故的十要危險是火災和熱輻別。如果在匯漏事故的早期階段沒有遇到明火,則沸騰的LNG產生的氣體與空氣混合時被帶到下風側。這個氣閉一直存在爆炸的可能性,直至空氣將具稀釋到爆炸下限以下。
對供氣站邊界線以外的人身和財產的影響,NFPA59A已經做了明確的安全要求。這些要求限制了在邊界線的輻射量,同時將可燃氣體散發到邊界線以外的可能性降到最低。現在各種計算機程序能夠模擬LNG儲存設施周圍的火災輻射和氣體擴散危險。可燃氣體研究機構無償提供如:LNGFIRE和DEGAIS(氣體擴散濃度)的程序,這兩個軟件都可從互聯網下載。
DEGADIS能預測在溢流事故中氣體擴散的距離。而LNGFIRE能計算LNG儲存設施火災輻射距離,采用的方法是建立在公共的可獲得數據和LNG火災經驗介紹的基礎上。這兩個程序發表在NFPA59A(1996)上。
在LNG特性中,一個固有的安全因素是甲烷含量高。在空氣溫度為700F(21℃)時,它的臨界浮力溫度為-1660F(-110℃)。在這個溫度以上時,甲烷比空氣輕,將從泄漏處上升飄走。同其他成分(如LPG)相比,甲烷也有一個較寬的爆炸范圍(5-15%)。盡管下限較高,但由于它的自然浮力和快速的擴散,積存可燃混合氣體的可能性很小。盡管如此,氣體擴散研究是必需的,并且是擴大區域規劃成果的一個關鍵部分。
3 控制方式
圖2是一個典型的LNG供氣站控制方案。根據每個項目的特定要求、工作靈活性和客戶的需要,每一個供氣站都是不盡相同,不同的設備和控制流程都有相當大的差異。因此,這個例子僅代表諸多可能出現的流程之一,目的是用來舉例說明而已,圖中所示的僅是主要的控制回路和儀表。盡管這個控制流程是比較簡單的,但是為了安全工作,針對以下日常有潛在危險的工序卸車和氣化,進行了詳盡設計。
3.1 LNG卸車
在日常工作中,各種不穩定狀態時有發生,這就是潛在的危險。如果卸車管線中存在這種情況,將會導致兩種結果:急冷和水擊。
不僅對于初次啟動,而且在每次卸車工作時,發生急冷都是危險的,尤其是在沒有裝再回流管線的情況下(在此篇文章發表之前,在1998/99年冬季PTQ上發表的《降低LNG供氣站運行成本》一文中對回流管線已作介紹,見圖3和圖4)。
這些管線在卸車期間保持卸車管線冷卻,從而避免了需要在每次卸車前冷卻卸車。
冷卻的一個結果是撓曲現象。它是由于在管道的頂部和底部形成溫度梯度,導致管道在支架間撓曲,由于應力高,撓曲現象可以導致事故。在卸車前可以.通過正確的冷卻工藝來避免這個現象的發生。如圖2所示的供氣站設計,通過冷氣對輸送管線進行預冷卻,可以將對管線的熱沖擊降到最小。氣體預冷卻管線工藝,包括用LNG填充管道和用閃蒸氣對儲罐進行第一次增壓。這包括將流體從儲罐后面通過頂部填充管線和輸送管線連接起來,然后通過冷卻旁通到氣體回流管線并通過集氣管到氣體壓縮機。
一個經常發生的不穩定的狀態是由于水擊造成的。水擊是由于流體的流速突然發生改變。改變流體的流速需要一個瞬時的流體壓力。由于快速關閉或開啟閥門或停泵將導致這些變化可能發生。就設計而言,需要對這些事件進行一個完整的沖擊分析。
各種計算機程序可以在配管設計時計算水擊的沖擊力。對于減小壓力波動,使其保持在管道安裝允許的應力范圍內,閥門關閉次數是一個重要的變量。因此,閥門的工作對于管道安全設計和運行產生重要的影響。
3.2 LNG氣化
由于氣化器工作自身潛在的危險,在火焰加熱器里,易揮發的液體在高壓下進行氣化,所以應采取多種安全措施來防止這些潛在的危險。
通過可燃氣體、火災報警和ESD系統,也可通過燃氣管線上的高溫開關和所有外送泵失靈的信號來關閉所有運行的氣化器。每一個氣化器也有獨立的關閉系統,由以下條件驅動:
-送風故障失靈
-煙道溫度高
-出口溫度低或高
-出口壓力高
-燃氣壓力低
-煙道中的可燃氣體
具備以上任何條件,氣化器停車驅動系統將聯鎖,切斷氣化器的主燃氣管線,并放空,關閉氣化器的LNG進出口管線的切斷閥。如果所有的氣化器被停車,那么所有運行的LNG外送泵也被停車,并關閉人口閥。
4 儲罐
目前應用的絕大多數LNG儲罐可分為兩類:單容積和全容積,兩種儲罐的結構如圖3所示。<
近年來,大部分LNG儲罐設計成全容積式。單容積和全容積儲罐都是雙壁儲罐,然而,在事故狀態下,兩種儲罐容納液體和氣體的能力是不同的。
在單容積儲罐設計中,外部儲罐僅為容納氣體設計。在這種結構中,內部儲罐的事故將導致外部儲罐的事故。常規的內置儲罐是用9%鎳鋼制造,而外置罐用碳鋼制造。外置儲罐的設計是用來隔離和容納氣體(不是液體),因此這種結構需要兩級容器。
全容積儲罐的內置儲罐與單容積儲罐的設計是一樣的,都是自立式9%鎳鋼罐。然而,周圍的預應力混凝土罐是用來容納氣體和液體。常規的混凝土罐也有一個碳鋼襯層,并有一個狹窄的9%鎳鋼襯板來保護底部邊角免受熱沖擊。在內外罐之間用珍珠巖隔熱材料填充。
4.1 儲罐安全措施
LNG儲罐具有很多安全設計特征,例如:
-儲罐周圍的混凝土墻能容納全部或更多的LNG儲罐存儲量
-儲罐的所有開口例如液體輸入和輸出管線以及儀表安裝都穿過頂蓋,也就是說,在預應力混凝土外殼和9%鎳鋼底部沒有開口
-壓力和動態變送器以及熱電偶檢測儲罐的各個部分。任何不正常的運行狀態都將被檢測和報警-全廠運行聯鎖設計用來防止儲罐不安全工作和過滿以及超壓
-壓力控制閥和PSVs
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