摘 要：在LNG供氣站設(shè)計(jì)中，安全是一個(gè)主要的考慮因素，各專業(yè)設(shè)計(jì)必須符合相應(yīng)的規(guī)范。作者對(duì)此類設(shè)施的安全問(wèn)題提出了獨(dú)到、全面的見(jiàn)解。
關(guān)鍵詞：LNG供氣站；設(shè)計(jì)：安全
1944年美國(guó)俄亥俄州克利夫蘭市的一個(gè)調(diào)峰站的LNG儲(chǔ)罐發(fā)生事故，時(shí)至今日，LNG安全標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)了一個(gè)相當(dāng)漫長(zhǎng)的歷程。當(dāng)時(shí)，那個(gè)LNG儲(chǔ)罐僅僅運(yùn)行了幾個(gè)月就突然破裂，溢出120萬(wàn)加侖(相當(dāng)于4542m3)的液化天然氣。由于防護(hù)堤不能滿足要求而被淹沒(méi)，爾后液化天然氣流進(jìn)街道和下水道。液化天然氣在下水道氣化引起爆炸，將古力蓋拋向空中，下水管線炸裂。部分低溫天然氣滲透到附近住宅地下室，又被熱水器上的點(diǎn)火器引爆，將房子炸壞。很多人被圍困在家中，有些人試圖沖出去，但沒(méi)能逃離燃燒的街道和高溫困境。10個(gè)小時(shí)后，火災(zāi)才得到控制。此次爆炸波及14個(gè)街區(qū)，財(cái)產(chǎn)損失巨大，其中有200輛轎車完全毀壞和136人喪生。
事故調(diào)查小組沒(méi)有查明儲(chǔ)罐失事原因，追溯事故發(fā)生的一年前，在該罐交付使用期間，靠近罐底產(chǎn)生了一道裂縫。人們沒(méi)有去調(diào)查裂縫的成因，只是對(duì)該罐進(jìn)行了簡(jiǎn)單的修補(bǔ)后即投入運(yùn)行?，F(xiàn)在人們認(rèn)識(shí)到，導(dǎo)致該罐失事的原因是內(nèi)罐上某處出現(xiàn)了裂縫，溢出的液體充滿了內(nèi)殼和外壁之間的空間，而且氣化后導(dǎo)致壓力過(guò)大。
過(guò)去對(duì)密閉的空間的設(shè)計(jì)與現(xiàn)在不同，沒(méi)有采取泄壓措施。另外，過(guò)去用來(lái)制作內(nèi)罐的材料是3.5%鎳鋼，它不適宜低溫工作，現(xiàn)在通常改用9%鎳鋼。
這起事故對(duì)液化天然氣工業(yè)是一個(gè)極大的挫折，20年之后，該工業(yè)才得以恢復(fù)。在燃?xì)夤I(yè)中斷的這些年頭，各種研究機(jī)構(gòu)和設(shè)備供應(yīng)商作進(jìn)一步調(diào)查，并開發(fā)丁天然氣應(yīng)用技術(shù)、設(shè)備和材料，在這些領(lǐng)域所取得的重大進(jìn)步，實(shí)際上部分應(yīng)歸功于使低溫工業(yè)受益非淺的美國(guó)空間計(jì)劃。這些研究成果現(xiàn)在已經(jīng)被世界上幾個(gè)正在運(yùn)行的LNG設(shè)施所證實(shí)，并創(chuàng)造了一個(gè)史無(wú)前例的長(zhǎng)達(dá)30年的安全紀(jì)錄。
影響設(shè)備和供氣站設(shè)計(jì)的安全因素有：
-安全標(biāo)準(zhǔn)
-平面布置
-控制方式
-儲(chǔ)罐
-消防
-停車
1 安全標(biāo)準(zhǔn)
由于那個(gè)LNG儲(chǔ)罐的失事，天然氣液化和儲(chǔ)存在第一次商業(yè)冒險(xiǎn)中宣告失敗，為滿足調(diào)峰站的需要，燃?xì)夤I(yè)轉(zhuǎn)向LPG。人們對(duì)克利夫蘭市災(zāi)難仍然記憶猶新，燃?xì)夤I(yè)迅速制定了LPG設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)。1948年出版了《NFPA 59公用液化石油氣站》，1957年出版了《APl 2510海上和管道終端，天然氣凝縮油廠，提煉廠和罐區(qū)建造液化石油氣裝置的設(shè)計(jì)和施工》。
當(dāng)時(shí)，盡管技術(shù)已有進(jìn)步，人們進(jìn)行了多年的認(rèn)真研究，但是，LNG設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的安全和技術(shù)性尚需進(jìn)一步提高。
六十年代初期，人們對(duì)LNG重新產(chǎn)生興趣。由美國(guó)消防協(xié)會(huì)(NFPA)建議并起草了LNG設(shè)施設(shè)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)。在這首個(gè)綜合性標(biāo)準(zhǔn)里，制定出了液化天然氣的設(shè)計(jì)、選址、施工和設(shè)備運(yùn)行以及液化天然氣的儲(chǔ)存、氣化、輸送和處理的要求。這些要求均包含在《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和處理標(biāo)準(zhǔn)，NFPA59A》中。
《NFPA59A》的編制工作自1960年開始著手進(jìn)行，并在1967年被美國(guó)燃?xì)鈪f(xié)會(huì)(NFPA)正式采納。一年后美國(guó)石油協(xié)會(huì)(APl)采納了《APl2510A石油終端、天然氣加工廠、提煉廠和其它工廠的LNG裝置的設(shè)計(jì)和施工》。
同年美國(guó)石油協(xié)會(huì)又采納了《附錄QAPl620大型焊接液化天然氣低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和施工的推薦標(biāo)準(zhǔn)》，其中論述的低溫應(yīng)用的設(shè)計(jì)和選材。
六十年代后期，由于LNG工業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的增長(zhǎng)期，NFPA標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍需要擴(kuò)展。人們丌始著手進(jìn)行《APl2510A》的合并吸收工作，以便重新編氣《NFPA》，1971年的版本是擴(kuò)展范圍后的第一版。隨后又進(jìn)行了多次修訂。
詳細(xì)評(píng)論LNG安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不是本文的目的，不過(guò)這里仍要提到在NFPA59A十，影響LNG供氣站安全設(shè)計(jì)的一些關(guān)鍵因素：
-站場(chǎng)防止LNG溢出和泄漏的措施
-海上運(yùn)輸和接收的要求
-攔截區(qū)的要求
-儲(chǔ)罐防護(hù)堤的要求
-儲(chǔ)罐、氣化器和工藝設(shè)備的間距
-材質(zhì)，混凝土種類
-隔熱
-安全泄壓，儲(chǔ)罐赳壓保護(hù)
-氣化器，泵和壓縮機(jī)設(shè)備
-消防，叫燃?xì)怏w檢測(cè)和火災(zāi)探測(cè)器
-ESD(緊急停工)系統(tǒng)
LNG供氣站的安全原則是預(yù)防、檢測(cè)和控制。
預(yù)防是指要密切注視劉沒(méi)施安全運(yùn)行所必需的設(shè)計(jì)特性。在工程設(shè)計(jì)階段，些設(shè)計(jì)上具能夠發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患扦提出保證安全的相應(yīng)措施。它們包括：初步危險(xiǎn)分析(PHA)，操作危險(xiǎn)性分析(HAZOP)、風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估(QRA)、氣體擴(kuò)散研究和突變分析。
假如發(fā)生事故，早期檢訓(xùn)和響應(yīng)能將使安傘隱患減全最小。各種探測(cè)器應(yīng)被合理地安裝在整個(gè)供氣站內(nèi)，用來(lái)檢測(cè)火災(zāi)和I。NG泄漏事故。
其中包括碼頭卸船區(qū)，儲(chǔ)罐防護(hù)堤內(nèi)和防護(hù)堤附近的卸車管線等位置。這些地力任何一處發(fā)生泄漏。在控制室內(nèi)都會(huì)發(fā)山聲音報(bào)警。
將氣體和感煙探測(cè)器安裝在建筑物內(nèi)，從控制室的閉路電視上可以對(duì)全廠進(jìn)行監(jiān)控。
自卸車平臺(tái)的管道、碼頭和陸上的管道系統(tǒng)發(fā)生LLN(；泄漏，可以收集起來(lái)送至管網(wǎng)下面的混凝土集液溝內(nèi)。一般來(lái)講，該液溝是通向位于海岸又靠近碼頭的集液池內(nèi)。LNG管網(wǎng)和裝置周圍的集液溝能夠容納10分鐘內(nèi)的管道最大泄漏量。
1.1 初步危險(xiǎn)分析(PHA)，操作危險(xiǎn)性分析(HAZOP)和風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估(ORA)
初步危險(xiǎn)分析(PHA)纖常被用在方案階段或裝置初步設(shè)計(jì)和設(shè)備布置的前期，用來(lái)預(yù)測(cè)這些潛在危險(xiǎn)對(duì)操作人員、公眾，工廠設(shè)施和環(huán)境的影響。一次初步危險(xiǎn)分析并不能排除作進(jìn)一步危險(xiǎn)評(píng)估，事實(shí)上，它只是以后的危險(xiǎn)評(píng)估研究的一個(gè)開端。
在工程建設(shè)的后階段通常要進(jìn)行更詳細(xì)的HAZOP研究。在工程初期使用PHA技術(shù)主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：它能夠鑒別出潛在的危險(xiǎn)，并用最小的投資和措施來(lái)預(yù)防危險(xiǎn)；它能夠幫助設(shè)計(jì)小組明確或拓展用于整個(gè)工廠生產(chǎn)的運(yùn)行目標(biāo)。QRA的目的是明確LNG供氣站潛在的主要危險(xiǎn)，QRA對(duì)了廠的平面布置有重要的影響。
對(duì)氣化站而言，LNG的各種泄漏情況被認(rèn)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(jī)，燃?xì)饧訜崞?發(fā)生管束破裂
-由于超壓導(dǎo)致罐或容器破裂/毀壞
-閥門和PSVs(壓力安全閥)發(fā)斗堵塞
-泵或壓縮機(jī)密封泄漏/失效
-停電或儀器失靈
2 平面布置
一個(gè)典型的LNG供氣站平面布置如圖1所示，圖中標(biāo)出了儲(chǔ)罐，運(yùn)輸船的泊位，主要設(shè)備和建筑物的位置。為了確定能保護(hù)邊界線以外的人身和財(cái)產(chǎn)安全的初步半面布置，必需進(jìn)行氣體擴(kuò)散和火焰輻射研究，這對(duì)位于居民區(qū)附近的供氣站成為重要。
發(fā)生LNG泄漏事故的十要危險(xiǎn)是火災(zāi)和熱輻別。如果在匯漏事故的早期階段沒(méi)有遇到明火，則沸騰的LNG產(chǎn)生的氣體與空氣混合時(shí)被帶到下風(fēng)側(cè)。這個(gè)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(duì)供氣站邊界線以外的人身和財(cái)產(chǎn)的影響，NFPA59A已經(jīng)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(shí)將可燃?xì)怏w散發(fā)到邊界線以外的可能性降到最低。現(xiàn)在各種計(jì)算機(jī)程序能夠模擬LNG儲(chǔ)存設(shè)施周圍的火災(zāi)輻射和氣體擴(kuò)散危險(xiǎn)。可燃?xì)怏w研究機(jī)構(gòu)無(wú)償提供如：LNGFIRE和DEGAIS(氣體擴(kuò)散濃度)的程序，這兩個(gè)軟件都可從互聯(lián)網(wǎng)下載。
DEGADIS能預(yù)測(cè)在溢流事故中氣體擴(kuò)散的距離。而LNGFIRE能計(jì)算LNG儲(chǔ)存設(shè)施火災(zāi)輻射距離，采用的方法是建立在公共的可獲得數(shù)據(jù)和LNG火災(zāi)經(jīng)驗(yàn)介紹的基礎(chǔ)上。這兩個(gè)程序發(fā)表在NFPA59A(1996)上。
在LNG特性中，一個(gè)固有的安全因素是甲烷含量高。在空氣溫度為700F(21℃)時(shí)，它的臨界浮力溫度為-1660F(-110℃)。在這個(gè)溫度以上時(shí)，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(gè)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(kuò)散，積存可燃混合氣體的可能性很小。盡管如此，氣體擴(kuò)散研究是必需的，并且是擴(kuò)大區(qū)域規(guī)劃成果的一個(gè)關(guān)鍵部分。
3 控制方式
圖2是一個(gè)典型的LNG供氣站控制方案。根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的特定要求、操作靈活性和客戶的需要，每一個(gè)供氣站都是不盡相同，不同的設(shè)備和控制流程都有相當(dāng)大的差異。因此，這個(gè)例子僅代表諸多可能出現(xiàn)的流程之一，目的是用來(lái)舉例說(shuō)明而已，圖中所示的僅是主要的控制回路和儀表。盡管這個(gè)控制流程是比較簡(jiǎn)單的，但是為了安全操作，針對(duì)以下日常有潛在危險(xiǎn)的工序卸車和氣化，進(jìn)行了詳盡設(shè)計(jì)。
3.1 LNG卸車
在日常操作中，各種不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)有發(fā)生，這就是潛在的危險(xiǎn)。如果卸車管線中存在這種情況，將會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果：急冷和水擊。
不僅對(duì)于初次啟動(dòng)，而且在每次卸車操作時(shí)，發(fā)生急冷都是危險(xiǎn)的，尤其是在沒(méi)有裝再回流管線的情況下(在此篇文章發(fā)表之前，在1998/99年冬季PTQ上發(fā)表的《降低LNG供氣站運(yùn)行成本》一文中對(duì)回流管線已作介紹，見(jiàn)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(gè)結(jié)果是撓曲現(xiàn)象。它是由于在管道的頂部和底部形成溫度梯度，導(dǎo)致管道在支架間撓曲，由于應(yīng)力高，撓曲現(xiàn)象可以導(dǎo)致事故。在卸車前可以．通過(guò)正確的冷卻工藝來(lái)避免這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)生。如圖2所示的供氣站設(shè)計(jì)，通過(guò)冷氣對(duì)輸送管線進(jìn)行預(yù)冷卻，可以將對(duì)管線的熱沖擊降到最小。氣體預(yù)冷卻管線工藝，包括用LNG填充管道和用閃蒸氣對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行第一次增壓。這包括將流體從儲(chǔ)罐后面通過(guò)頂部填充管線和輸送管線連接起來(lái)，然后通過(guò)冷卻旁通到氣體回流管線并通過(guò)集氣管到氣體壓縮機(jī)。
另一個(gè)經(jīng)常發(fā)生的不穩(wěn)定的狀態(tài)是由于水擊造成的。水擊是由于流體的流速突然發(fā)生改變。改變流體的流速需要一個(gè)瞬時(shí)的流體壓力。由于快速關(guān)閉或開啟閥門或停泵將導(dǎo)致這些變化可能發(fā)生。就設(shè)計(jì)而言，需要對(duì)這些事件進(jìn)行一個(gè)完整的沖擊分析。
各種計(jì)算機(jī)程序可以在配管設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算水擊的沖擊力。對(duì)于減小壓力波動(dòng)，使其保持在管道安裝允許的應(yīng)力范圍內(nèi)，閥門關(guān)閉次數(shù)是一個(gè)重要的變量。因此，閥門的操作對(duì)于管道安全設(shè)計(jì)和運(yùn)行產(chǎn)生重要的影響。
3.2 LNG氣化
由于氣化器操作自身潛在的危險(xiǎn)，在火焰加熱器里，易揮發(fā)的液體在高壓下進(jìn)行氣化，所以應(yīng)采取多種安全措施來(lái)防止這些潛在的危險(xiǎn)。
通過(guò)可燃?xì)怏w、火災(zāi)報(bào)警和ESD系統(tǒng)，也可通過(guò)燃?xì)夤芫€上的高溫開關(guān)和所有外送泵失靈的信號(hào)來(lái)關(guān)閉所有運(yùn)行的氣化器。每一個(gè)氣化器也有獨(dú)立的關(guān)閉系統(tǒng)，由以下條件驅(qū)動(dòng)：
-送風(fēng)故障失靈
-煙道溫度高
-出口溫度低或高
-出口壓力高
-燃?xì)鈮毫Φ?br> -煙道中的可燃?xì)怏w
具備以上任何條件，氣化器停車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將聯(lián)鎖，切斷氣化器的主燃?xì)夤芫€，并放空，關(guān)閉氣化器的LNG進(jìn)出口管線的切斷閥。如果所有的氣化器被停車，那么所有運(yùn)行的LNG外送泵也被停車，并關(guān)閉人口閥。
4 儲(chǔ)罐
目前應(yīng)用的絕大多數(shù)LNG儲(chǔ)罐可分為兩類：?jiǎn)稳莘e和全容積，兩種儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
近年來(lái)，大部分LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)成全容積式。單容積和全容積儲(chǔ)罐都是雙壁儲(chǔ)罐，然而，在事故狀態(tài)下，兩種儲(chǔ)罐容納液體和氣體的能力是不同的。
在單容積儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中，外部?jī)?chǔ)罐僅為容納氣體設(shè)計(jì)。在這種結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部?jī)?chǔ)罐的事故將導(dǎo)致外部?jī)?chǔ)罐的事故。常規(guī)的內(nèi)置儲(chǔ)罐是用9％鎳鋼制造，而外置罐用碳鋼制造。外置儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)是用來(lái)隔離和容納氣體(不是液體)，因此這種結(jié)構(gòu)需要兩級(jí)容器。
全容積儲(chǔ)罐的內(nèi)置儲(chǔ)罐與單容積儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)是一樣的，都是自立式9%鎳鋼罐。然而，周圍的預(yù)應(yīng)力混凝土罐是用來(lái)容納氣體和液體。常規(guī)的混凝土罐也有一個(gè)碳鋼襯層，并有一個(gè)狹窄的9%鎳鋼襯板來(lái)保護(hù)底部邊角免受熱沖擊。在內(nèi)外罐之間用珍珠巖隔熱材料填充。
4.1 儲(chǔ)罐安全措施
LNG儲(chǔ)罐具有很多安全設(shè)計(jì)特征，例如：
-儲(chǔ)罐周圍的混凝土墻能容納全部或更多的LNG儲(chǔ)罐存儲(chǔ)量
-儲(chǔ)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(guò)頂蓋，也就是說(shuō)，在預(yù)應(yīng)力混凝土外殼和9％鎳鋼底部沒(méi)有開口
-壓力和動(dòng)態(tài)變送器以及熱電偶檢測(cè)儲(chǔ)罐的各個(gè)部分。任何不正常的運(yùn)行狀態(tài)都將被檢測(cè)和報(bào)警-全廠運(yùn)行聯(lián)鎖設(shè)計(jì)用來(lái)防止儲(chǔ)罐不安全工作和過(guò)滿以及超壓
-壓力控制閥和PSVs
4.2 翻滾
在LNG儲(chǔ)存中，翻滾是一個(gè)主要的安全問(wèn)題。通過(guò)進(jìn)一步研究，該現(xiàn)象已被人們很好地認(rèn)識(shí)，在儲(chǔ)罐中它將引起大量的氣體突然轉(zhuǎn)變并導(dǎo)致罐結(jié)構(gòu)破壞，因輸送到儲(chǔ)罐的LNG成分不同而導(dǎo)致的分層引起翻滾。由于熱量損失，超過(guò)一個(gè)周期的時(shí)間，LNG的底層將變的特別熱。當(dāng)這個(gè)過(guò)飽和底層(由于靜壓頭不會(huì)氣化)因溫度相同而突然升到頂部時(shí)，將會(huì)迅速產(chǎn)生大量的氣體。
計(jì)算機(jī)模型已經(jīng)發(fā)展到能夠預(yù)測(cè)突變發(fā)生的時(shí)間、分層和氣體釋放率。然而，在突變時(shí)的氣體釋放率峰值很難精確預(yù)測(cè)。因此，為避免突變的發(fā)生，在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)防是必要的。
顯然，要避免突變的一個(gè)方法是只卸到空罐里或通過(guò)分離等濃度液體。但此法將成倍增大儲(chǔ)罐的投資，事實(shí)上這個(gè)選擇已經(jīng)受到限制。
使用的一些類似方法是把不同品質(zhì)的LNG分開儲(chǔ)存，使用人口噴射器促進(jìn)LNG混合；通過(guò)泵將剩余部分進(jìn)行再循環(huán)頂部進(jìn)入濃度大的，底部進(jìn)入濃度小的。
對(duì)于這些方法每一種都有其局限性，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的思考后再做決定。
5 消防
一個(gè)完整的LNG供氣站消防包括控制部分的設(shè)計(jì)和安裝，將火災(zāi)可能性降到最小的邏輯聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，快速探測(cè)和遏制火災(zāi)。其中的一些設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：
-火焰和可燃?xì)怏w探測(cè)器以及自動(dòng)隔離和停車聯(lián)鎖。
-服務(wù)于儲(chǔ)罐和構(gòu)筑物以及所有主要設(shè)備自動(dòng)噴頭和手動(dòng)系統(tǒng)
-為防止安全停車失敗，在整個(gè)裝置上安裝自動(dòng)和手動(dòng)切斷閥來(lái)隔離火災(zāi)。
-在供氣站消防中使用的兩種單獨(dú)的系統(tǒng)是：化學(xué)干粉消防系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)。
5.1 化學(xué)干粉滅火系統(tǒng)
有些獨(dú)立的干粉滅火系統(tǒng)，在壓縮氮?dú)獾耐苿?dòng)下，固體碳酸氫鈉用來(lái)保護(hù)供氣站的重要區(qū)域。依靠這種設(shè)備，有五種激活方法：
-自動(dòng)紫外線感應(yīng)器
-自動(dòng)伺服設(shè)備
-來(lái)自被保護(hù)裝置或附近的就地氣源
-化學(xué)干粉滅火器手動(dòng)機(jī)械裝置
-來(lái)自主控盤的遠(yuǎn)傳氣源
5.2 雨淋系統(tǒng)
海水被用作LNG供氣站選定區(qū)域的消防水。水源通過(guò)一個(gè)帶立式消防水泵的人口裝置送到消防水環(huán)形管路系統(tǒng)。當(dāng)壓力低于60psig(0．4MPa表壓)時(shí)，泵自動(dòng)啟動(dòng)。噴淋系統(tǒng)則連到這個(gè)環(huán)路上。
從生活水系統(tǒng)中通過(guò)一個(gè)穩(wěn)壓泵來(lái)維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在100psig(0．67MPa表壓)。
雨淋閥由空氣感溫探頭(HAD)控制安裝在被保護(hù)建筑內(nèi)的每一個(gè)系統(tǒng)。所有雨淋系統(tǒng)雨淋閥的控制氣源由閥門附近存放的氮?dú)怃撈刻峁?br>
5.3 可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)
有兩個(gè)可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)：在氣化器里的碳?xì)浠衔镄孤z測(cè)和大氣中可燃?xì)怏w檢測(cè)。
每個(gè)氣化器安裝一個(gè)氧含量和燃燒分析儀，來(lái)取樣、分析和記錄煙道氣體中氧和碳?xì)浠衔锏暮俊?br>
5.4 紫外線火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)
每個(gè)紫外線探測(cè)器都是一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)，它能對(duì)碳?xì)浠衔镆l(fā)的火焰進(jìn)行探測(cè)。該探測(cè)器暴露在陽(yáng)光、白熾燈光、熒光或水銀光、電或電弧焊以及閃電的照射下不會(huì)報(bào)警。暴露在碳?xì)浠衔锘鹧娴淖贤饩€感應(yīng)器自動(dòng)激活相關(guān)聯(lián)的化學(xué)干粉系統(tǒng)同時(shí)報(bào)警。
紫外線探測(cè)器被安裝在如下火災(zāi)控制區(qū)：氣化器區(qū)、外送泵區(qū)、碼頭以及罐區(qū)。
5.5 煙氣檢測(cè)
為控制火災(zāi)，感煙探測(cè)器安裝在以下建筑內(nèi)：控制室、電氣室以及消防泵房。
露置在含煙氣中的探測(cè)器自動(dòng)激活以下設(shè)備：主控制盤上的可視火災(zāi)報(bào)警，全廠火災(zāi)警報(bào)器和著火部位的火災(zāi)信息。
此時(shí)，上面列出的建筑物的加熱和通風(fēng)系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉。
5.6 消防水量
水不是用來(lái)?yè)錅缁馂?zāi)，而是用來(lái)保護(hù)暴露在外部火災(zāi)中的建筑物、儲(chǔ)罐和設(shè)備的需要。
對(duì)于噴淋頂部和每一個(gè)建筑物的外墻的常規(guī)的水量為：
單位：加侖/分鐘(升/分鐘)
①壓縮機(jī)房1000-1500(3785-5678)
?、诳刂剖?25(2366)
?、巯辣梅?00-600(1514-2271)
④主配電室200(757)
?、莨媒ㄖ?60(606)
除噴淋系統(tǒng)外，來(lái)自監(jiān)控器和消防船的水也經(jīng)常用來(lái)幫助控制火災(zāi)，主要是通過(guò)冷卻相鄰的設(shè)備和建筑物以防火勢(shì)蔓延。
6 停車
各種可能的事件，如火災(zāi)信號(hào)，儲(chǔ)罐壓力高，儲(chǔ)罐液位高或儀表風(fēng)壓低，都將啟動(dòng)緊急停車系統(tǒng)。整個(gè)過(guò)程是經(jīng)過(guò)各種切斷閥和放空來(lái)關(guān)閉受影響區(qū)域的設(shè)備和封鎖將受影響的區(qū)域。當(dāng)安裝在碼頭上的任何一個(gè)紫外線探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)，人們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)和控制室內(nèi)將聽(tīng)到聲音報(bào)警。卸車管線上的切斷閥將自動(dòng)關(guān)閉。如果是初次起動(dòng)，為保證安全停車，原則上手動(dòng)ESD按鈕應(yīng)設(shè)在裝置上。
另外，在沒(méi)有電源或氣源的情況下，低溫閥根據(jù)設(shè)計(jì)將關(guān)閉。每個(gè)閥門(除壓縮機(jī)旁通閥外)也有一個(gè)保險(xiǎn)連接激活開關(guān)，關(guān)閉火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的閥門。
7 結(jié)論
LNG設(shè)施在全世界已經(jīng)安全、可靠、環(huán)保運(yùn)行了三十年，但是，設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)的LNG供氣站仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。這是因?yàn)椋?br>
-LNG工業(yè)面臨著降低成本的壓力(但是，LNG設(shè)計(jì)的安全性仍不容忽視)
-LNG工業(yè)的成長(zhǎng)將主要依賴對(duì)該工業(yè)很不熟悉或一無(wú)所知的市場(chǎng)環(huán)境
-新技術(shù)的發(fā)展，例如：在氣化站設(shè)計(jì)中，將要克服能源綜合利用所帶來(lái)的新的安全問(wèn)題
-作為一代有競(jìng)爭(zhēng)力的環(huán)保能源，高效循環(huán)技術(shù)的發(fā)展(見(jiàn)1998/99冬季發(fā)表在PTQ《降低LNG供氣站運(yùn)行成本》一文)已經(jīng)為L(zhǎng)NG確立了一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢?。由于電力快速增長(zhǎng)的需要，太平洋周邊國(guó)家的許多LNG工程正處于規(guī)劃階段，中國(guó)、印度和南美等地區(qū)市場(chǎng)的不斷開放，更多更大的項(xiàng)目有望上馬。這些項(xiàng)目中有不少將選址在人口密集的地方，因此安全問(wèn)題更應(yīng)引起高度重視。
這類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工需要有經(jīng)驗(yàn)的工程建設(shè)隊(duì)伍，他們必需熟知該類項(xiàng)目的安全問(wèn)題。同時(shí)，他們不僅在LNG方面要有經(jīng)驗(yàn)，而且在發(fā)電方面也是如此，從LNG供應(yīng)到發(fā)電整個(gè)過(guò)程的設(shè)計(jì)，應(yīng)該保證其安全性和完整性。
關(guān)鍵詞：LNG供氣站；設(shè)計(jì)：安全
1944年美國(guó)俄亥俄州克利夫蘭市的一個(gè)調(diào)峰站的LNG儲(chǔ)罐發(fā)生事故，時(shí)至今日，LNG安全標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)了一個(gè)相當(dāng)漫長(zhǎng)的歷程。當(dāng)時(shí)，那個(gè)LNG儲(chǔ)罐僅僅運(yùn)行了幾個(gè)月就突然破裂，溢出120萬(wàn)加侖(相當(dāng)于4542m3)的液化天然氣。由于防護(hù)堤不能滿足要求而被淹沒(méi)，爾后液化天然氣流進(jìn)街道和下水道。液化天然氣在下水道氣化引起爆炸，將古力蓋拋向空中，下水管線炸裂。部分低溫天然氣滲透到附近住宅地下室，又被熱水器上的點(diǎn)火器引爆，將房子炸壞。很多人被圍困在家中，有些人試圖沖出去，但沒(méi)能逃離燃燒的街道和高溫困境。10個(gè)小時(shí)后，火災(zāi)才得到控制。此次爆炸波及14個(gè)街區(qū)，財(cái)產(chǎn)損失巨大，其中有200輛轎車完全毀壞和136人喪生。
事故調(diào)查小組沒(méi)有查明儲(chǔ)罐失事原因，追溯事故發(fā)生的一年前，在該罐交付使用期間，靠近罐底產(chǎn)生了一道裂縫。人們沒(méi)有去調(diào)查裂縫的成因，只是對(duì)該罐進(jìn)行了簡(jiǎn)單的修補(bǔ)后即投入運(yùn)行?，F(xiàn)在人們認(rèn)識(shí)到，導(dǎo)致該罐失事的原因是內(nèi)罐上某處出現(xiàn)了裂縫，溢出的液體充滿了內(nèi)殼和外壁之間的空間，而且氣化后導(dǎo)致壓力過(guò)大。
過(guò)去對(duì)密閉的空間的設(shè)計(jì)與現(xiàn)在不同，沒(méi)有采取泄壓措施。另外，過(guò)去用來(lái)制作內(nèi)罐的材料是3.5%鎳鋼，它不適宜低溫工作，現(xiàn)在通常改用9%鎳鋼。
這起事故對(duì)液化天然氣工業(yè)是一個(gè)極大的挫折，20年之后，該工業(yè)才得以恢復(fù)。在燃?xì)夤I(yè)中斷的這些年頭，各種研究機(jī)構(gòu)和設(shè)備供應(yīng)商作進(jìn)一步調(diào)查，并開發(fā)丁天然氣應(yīng)用技術(shù)、設(shè)備和材料，在這些領(lǐng)域所取得的重大進(jìn)步，實(shí)際上部分應(yīng)歸功于使低溫工業(yè)受益非淺的美國(guó)空間計(jì)劃。這些研究成果現(xiàn)在已經(jīng)被世界上幾個(gè)正在運(yùn)行的LNG設(shè)施所證實(shí)，并創(chuàng)造了一個(gè)史無(wú)前例的長(zhǎng)達(dá)30年的安全紀(jì)錄。
影響設(shè)備和供氣站設(shè)計(jì)的安全因素有：
-安全標(biāo)準(zhǔn)
-平面布置
-控制方式
-儲(chǔ)罐
-消防
-停車
1 安全標(biāo)準(zhǔn)
由于那個(gè)LNG儲(chǔ)罐的失事，天然氣液化和儲(chǔ)存在第一次商業(yè)冒險(xiǎn)中宣告失敗，為滿足調(diào)峰站的需要，燃?xì)夤I(yè)轉(zhuǎn)向LPG。人們對(duì)克利夫蘭市災(zāi)難仍然記憶猶新，燃?xì)夤I(yè)迅速制定了LPG設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)。1948年出版了《NFPA 59公用液化石油氣站》，1957年出版了《APl 2510海上和管道終端，天然氣凝縮油廠，提煉廠和罐區(qū)建造液化石油氣裝置的設(shè)計(jì)和施工》。
當(dāng)時(shí)，盡管技術(shù)已有進(jìn)步，人們進(jìn)行了多年的認(rèn)真研究，但是，LNG設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的安全和技術(shù)性尚需進(jìn)一步提高。
六十年代初期，人們對(duì)LNG重新產(chǎn)生興趣。由美國(guó)消防協(xié)會(huì)(NFPA)建議并起草了LNG設(shè)施設(shè)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)。在這首個(gè)綜合性標(biāo)準(zhǔn)里，制定出了液化天然氣的設(shè)計(jì)、選址、施工和設(shè)備運(yùn)行以及液化天然氣的儲(chǔ)存、氣化、輸送和處理的要求。這些要求均包含在《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和處理標(biāo)準(zhǔn)，NFPA59A》中。
《NFPA59A》的編制工作自1960年開始著手進(jìn)行，并在1967年被美國(guó)燃?xì)鈪f(xié)會(huì)(NFPA)正式采納。一年后美國(guó)石油協(xié)會(huì)(APl)采納了《APl2510A石油終端、天然氣加工廠、提煉廠和其它工廠的LNG裝置的設(shè)計(jì)和施工》。
同年美國(guó)石油協(xié)會(huì)又采納了《附錄QAPl620大型焊接液化天然氣低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和施工的推薦標(biāo)準(zhǔn)》，其中論述的低溫應(yīng)用的設(shè)計(jì)和選材。
六十年代后期，由于LNG工業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的增長(zhǎng)期，NFPA標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍需要擴(kuò)展。人們丌始著手進(jìn)行《APl2510A》的合并吸收工作，以便重新編氣《NFPA》，1971年的版本是擴(kuò)展范圍后的第一版。隨后又進(jìn)行了多次修訂。
詳細(xì)評(píng)論LNG安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不是本文的目的，不過(guò)這里仍要提到在NFPA59A十，影響LNG供氣站安全設(shè)計(jì)的一些關(guān)鍵因素：
-站場(chǎng)防止LNG溢出和泄漏的措施
-海上運(yùn)輸和接收的要求
-攔截區(qū)的要求
-儲(chǔ)罐防護(hù)堤的要求
-儲(chǔ)罐、氣化器和工藝設(shè)備的間距
-材質(zhì)，混凝土種類
-隔熱
-安全泄壓，儲(chǔ)罐赳壓保護(hù)
-氣化器，泵和壓縮機(jī)設(shè)備
-消防，叫燃?xì)怏w檢測(cè)和火災(zāi)探測(cè)器
-ESD(緊急停工)系統(tǒng)
LNG供氣站的安全原則是預(yù)防、檢測(cè)和控制。
預(yù)防是指要密切注視劉沒(méi)施安全運(yùn)行所必需的設(shè)計(jì)特性。在工程設(shè)計(jì)階段，些設(shè)計(jì)上具能夠發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患扦提出保證安全的相應(yīng)措施。它們包括：初步危險(xiǎn)分析(PHA)，操作危險(xiǎn)性分析(HAZOP)、風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估(QRA)、氣體擴(kuò)散研究和突變分析。
假如發(fā)生事故，早期檢訓(xùn)和響應(yīng)能將使安傘隱患減全最小。各種探測(cè)器應(yīng)被合理地安裝在整個(gè)供氣站內(nèi)，用來(lái)檢測(cè)火災(zāi)和I。NG泄漏事故。
其中包括碼頭卸船區(qū)，儲(chǔ)罐防護(hù)堤內(nèi)和防護(hù)堤附近的卸車管線等位置。這些地力任何一處發(fā)生泄漏。在控制室內(nèi)都會(huì)發(fā)山聲音報(bào)警。
將氣體和感煙探測(cè)器安裝在建筑物內(nèi)，從控制室的閉路電視上可以對(duì)全廠進(jìn)行監(jiān)控。
自卸車平臺(tái)的管道、碼頭和陸上的管道系統(tǒng)發(fā)生LLN(；泄漏，可以收集起來(lái)送至管網(wǎng)下面的混凝土集液溝內(nèi)。一般來(lái)講，該液溝是通向位于海岸又靠近碼頭的集液池內(nèi)。LNG管網(wǎng)和裝置周圍的集液溝能夠容納10分鐘內(nèi)的管道最大泄漏量。
1.1 初步危險(xiǎn)分析(PHA)，操作危險(xiǎn)性分析(HAZOP)和風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估(ORA)
初步危險(xiǎn)分析(PHA)纖常被用在方案階段或裝置初步設(shè)計(jì)和設(shè)備布置的前期，用來(lái)預(yù)測(cè)這些潛在危險(xiǎn)對(duì)操作人員、公眾，工廠設(shè)施和環(huán)境的影響。一次初步危險(xiǎn)分析并不能排除作進(jìn)一步危險(xiǎn)評(píng)估，事實(shí)上，它只是以后的危險(xiǎn)評(píng)估研究的一個(gè)開端。
在工程建設(shè)的后階段通常要進(jìn)行更詳細(xì)的HAZOP研究。在工程初期使用PHA技術(shù)主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：它能夠鑒別出潛在的危險(xiǎn)，并用最小的投資和措施來(lái)預(yù)防危險(xiǎn)；它能夠幫助設(shè)計(jì)小組明確或拓展用于整個(gè)工廠生產(chǎn)的運(yùn)行目標(biāo)。QRA的目的是明確LNG供氣站潛在的主要危險(xiǎn)，QRA對(duì)了廠的平面布置有重要的影響。
對(duì)氣化站而言，LNG的各種泄漏情況被認(rèn)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(jī)，燃?xì)饧訜崞?發(fā)生管束破裂
-由于超壓導(dǎo)致罐或容器破裂/毀壞
-閥門和PSVs(壓力安全閥)發(fā)斗堵塞
-泵或壓縮機(jī)密封泄漏/失效
-停電或儀器失靈
2 平面布置
一個(gè)典型的LNG供氣站平面布置如圖1所示，圖中標(biāo)出了儲(chǔ)罐，運(yùn)輸船的泊位，主要設(shè)備和建筑物的位置。為了確定能保護(hù)邊界線以外的人身和財(cái)產(chǎn)安全的初步半面布置，必需進(jìn)行氣體擴(kuò)散和火焰輻射研究，這對(duì)位于居民區(qū)附近的供氣站成為重要。
發(fā)生LNG泄漏事故的十要危險(xiǎn)是火災(zāi)和熱輻別。如果在匯漏事故的早期階段沒(méi)有遇到明火，則沸騰的LNG產(chǎn)生的氣體與空氣混合時(shí)被帶到下風(fēng)側(cè)。這個(gè)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(duì)供氣站邊界線以外的人身和財(cái)產(chǎn)的影響，NFPA59A已經(jīng)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(shí)將可燃?xì)怏w散發(fā)到邊界線以外的可能性降到最低。現(xiàn)在各種計(jì)算機(jī)程序能夠模擬LNG儲(chǔ)存設(shè)施周圍的火災(zāi)輻射和氣體擴(kuò)散危險(xiǎn)。可燃?xì)怏w研究機(jī)構(gòu)無(wú)償提供如：LNGFIRE和DEGAIS(氣體擴(kuò)散濃度)的程序，這兩個(gè)軟件都可從互聯(lián)網(wǎng)下載。
DEGADIS能預(yù)測(cè)在溢流事故中氣體擴(kuò)散的距離。而LNGFIRE能計(jì)算LNG儲(chǔ)存設(shè)施火災(zāi)輻射距離，采用的方法是建立在公共的可獲得數(shù)據(jù)和LNG火災(zāi)經(jīng)驗(yàn)介紹的基礎(chǔ)上。這兩個(gè)程序發(fā)表在NFPA59A(1996)上。
在LNG特性中，一個(gè)固有的安全因素是甲烷含量高。在空氣溫度為700F(21℃)時(shí)，它的臨界浮力溫度為-1660F(-110℃)。在這個(gè)溫度以上時(shí)，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(gè)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(kuò)散，積存可燃混合氣體的可能性很小。盡管如此，氣體擴(kuò)散研究是必需的，并且是擴(kuò)大區(qū)域規(guī)劃成果的一個(gè)關(guān)鍵部分。
3 控制方式
圖2是一個(gè)典型的LNG供氣站控制方案。根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的特定要求、操作靈活性和客戶的需要，每一個(gè)供氣站都是不盡相同，不同的設(shè)備和控制流程都有相當(dāng)大的差異。因此，這個(gè)例子僅代表諸多可能出現(xiàn)的流程之一，目的是用來(lái)舉例說(shuō)明而已，圖中所示的僅是主要的控制回路和儀表。盡管這個(gè)控制流程是比較簡(jiǎn)單的，但是為了安全操作，針對(duì)以下日常有潛在危險(xiǎn)的工序卸車和氣化，進(jìn)行了詳盡設(shè)計(jì)。
3.1 LNG卸車
在日常操作中，各種不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)有發(fā)生，這就是潛在的危險(xiǎn)。如果卸車管線中存在這種情況，將會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果：急冷和水擊。
不僅對(duì)于初次啟動(dòng)，而且在每次卸車操作時(shí)，發(fā)生急冷都是危險(xiǎn)的，尤其是在沒(méi)有裝再回流管線的情況下(在此篇文章發(fā)表之前，在1998/99年冬季PTQ上發(fā)表的《降低LNG供氣站運(yùn)行成本》一文中對(duì)回流管線已作介紹，見(jiàn)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(gè)結(jié)果是撓曲現(xiàn)象。它是由于在管道的頂部和底部形成溫度梯度，導(dǎo)致管道在支架間撓曲，由于應(yīng)力高，撓曲現(xiàn)象可以導(dǎo)致事故。在卸車前可以．通過(guò)正確的冷卻工藝來(lái)避免這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)生。如圖2所示的供氣站設(shè)計(jì)，通過(guò)冷氣對(duì)輸送管線進(jìn)行預(yù)冷卻，可以將對(duì)管線的熱沖擊降到最小。氣體預(yù)冷卻管線工藝，包括用LNG填充管道和用閃蒸氣對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行第一次增壓。這包括將流體從儲(chǔ)罐后面通過(guò)頂部填充管線和輸送管線連接起來(lái)，然后通過(guò)冷卻旁通到氣體回流管線并通過(guò)集氣管到氣體壓縮機(jī)。
另一個(gè)經(jīng)常發(fā)生的不穩(wěn)定的狀態(tài)是由于水擊造成的。水擊是由于流體的流速突然發(fā)生改變。改變流體的流速需要一個(gè)瞬時(shí)的流體壓力。由于快速關(guān)閉或開啟閥門或停泵將導(dǎo)致這些變化可能發(fā)生。就設(shè)計(jì)而言，需要對(duì)這些事件進(jìn)行一個(gè)完整的沖擊分析。
各種計(jì)算機(jī)程序可以在配管設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算水擊的沖擊力。對(duì)于減小壓力波動(dòng)，使其保持在管道安裝允許的應(yīng)力范圍內(nèi)，閥門關(guān)閉次數(shù)是一個(gè)重要的變量。因此，閥門的操作對(duì)于管道安全設(shè)計(jì)和運(yùn)行產(chǎn)生重要的影響。
3.2 LNG氣化
由于氣化器操作自身潛在的危險(xiǎn)，在火焰加熱器里，易揮發(fā)的液體在高壓下進(jìn)行氣化，所以應(yīng)采取多種安全措施來(lái)防止這些潛在的危險(xiǎn)。
通過(guò)可燃?xì)怏w、火災(zāi)報(bào)警和ESD系統(tǒng)，也可通過(guò)燃?xì)夤芫€上的高溫開關(guān)和所有外送泵失靈的信號(hào)來(lái)關(guān)閉所有運(yùn)行的氣化器。每一個(gè)氣化器也有獨(dú)立的關(guān)閉系統(tǒng)，由以下條件驅(qū)動(dòng)：
-送風(fēng)故障失靈
-煙道溫度高
-出口溫度低或高
-出口壓力高
-燃?xì)鈮毫Φ?br> -煙道中的可燃?xì)怏w
具備以上任何條件，氣化器停車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將聯(lián)鎖，切斷氣化器的主燃?xì)夤芫€，并放空，關(guān)閉氣化器的LNG進(jìn)出口管線的切斷閥。如果所有的氣化器被停車，那么所有運(yùn)行的LNG外送泵也被停車，并關(guān)閉人口閥。
4 儲(chǔ)罐
目前應(yīng)用的絕大多數(shù)LNG儲(chǔ)罐可分為兩類：?jiǎn)稳莘e和全容積，兩種儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
近年來(lái)，大部分LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)成全容積式。單容積和全容積儲(chǔ)罐都是雙壁儲(chǔ)罐，然而，在事故狀態(tài)下，兩種儲(chǔ)罐容納液體和氣體的能力是不同的。
在單容積儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中，外部?jī)?chǔ)罐僅為容納氣體設(shè)計(jì)。在這種結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部?jī)?chǔ)罐的事故將導(dǎo)致外部?jī)?chǔ)罐的事故。常規(guī)的內(nèi)置儲(chǔ)罐是用9％鎳鋼制造，而外置罐用碳鋼制造。外置儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)是用來(lái)隔離和容納氣體(不是液體)，因此這種結(jié)構(gòu)需要兩級(jí)容器。
全容積儲(chǔ)罐的內(nèi)置儲(chǔ)罐與單容積儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)是一樣的，都是自立式9%鎳鋼罐。然而，周圍的預(yù)應(yīng)力混凝土罐是用來(lái)容納氣體和液體。常規(guī)的混凝土罐也有一個(gè)碳鋼襯層，并有一個(gè)狹窄的9%鎳鋼襯板來(lái)保護(hù)底部邊角免受熱沖擊。在內(nèi)外罐之間用珍珠巖隔熱材料填充。
4.1 儲(chǔ)罐安全措施
LNG儲(chǔ)罐具有很多安全設(shè)計(jì)特征，例如：
-儲(chǔ)罐周圍的混凝土墻能容納全部或更多的LNG儲(chǔ)罐存儲(chǔ)量
-儲(chǔ)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(guò)頂蓋，也就是說(shuō)，在預(yù)應(yīng)力混凝土外殼和9％鎳鋼底部沒(méi)有開口
-壓力和動(dòng)態(tài)變送器以及熱電偶檢測(cè)儲(chǔ)罐的各個(gè)部分。任何不正常的運(yùn)行狀態(tài)都將被檢測(cè)和報(bào)警-全廠運(yùn)行聯(lián)鎖設(shè)計(jì)用來(lái)防止儲(chǔ)罐不安全工作和過(guò)滿以及超壓
-壓力控制閥和PSVs
4.2 翻滾
在LNG儲(chǔ)存中，翻滾是一個(gè)主要的安全問(wèn)題。通過(guò)進(jìn)一步研究，該現(xiàn)象已被人們很好地認(rèn)識(shí)，在儲(chǔ)罐中它將引起大量的氣體突然轉(zhuǎn)變并導(dǎo)致罐結(jié)構(gòu)破壞，因輸送到儲(chǔ)罐的LNG成分不同而導(dǎo)致的分層引起翻滾。由于熱量損失，超過(guò)一個(gè)周期的時(shí)間，LNG的底層將變的特別熱。當(dāng)這個(gè)過(guò)飽和底層(由于靜壓頭不會(huì)氣化)因溫度相同而突然升到頂部時(shí)，將會(huì)迅速產(chǎn)生大量的氣體。
計(jì)算機(jī)模型已經(jīng)發(fā)展到能夠預(yù)測(cè)突變發(fā)生的時(shí)間、分層和氣體釋放率。然而，在突變時(shí)的氣體釋放率峰值很難精確預(yù)測(cè)。因此，為避免突變的發(fā)生，在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)防是必要的。
顯然，要避免突變的一個(gè)方法是只卸到空罐里或通過(guò)分離等濃度液體。但此法將成倍增大儲(chǔ)罐的投資，事實(shí)上這個(gè)選擇已經(jīng)受到限制。
使用的一些類似方法是把不同品質(zhì)的LNG分開儲(chǔ)存，使用人口噴射器促進(jìn)LNG混合；通過(guò)泵將剩余部分進(jìn)行再循環(huán)頂部進(jìn)入濃度大的，底部進(jìn)入濃度小的。
對(duì)于這些方法每一種都有其局限性，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的思考后再做決定。
5 消防
一個(gè)完整的LNG供氣站消防包括控制部分的設(shè)計(jì)和安裝，將火災(zāi)可能性降到最小的邏輯聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，快速探測(cè)和遏制火災(zāi)。其中的一些設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：
-火焰和可燃?xì)怏w探測(cè)器以及自動(dòng)隔離和停車聯(lián)鎖。
-服務(wù)于儲(chǔ)罐和構(gòu)筑物以及所有主要設(shè)備自動(dòng)噴頭和手動(dòng)系統(tǒng)
-為防止安全停車失敗，在整個(gè)裝置上安裝自動(dòng)和手動(dòng)切斷閥來(lái)隔離火災(zāi)。
-在供氣站消防中使用的兩種單獨(dú)的系統(tǒng)是：化學(xué)干粉消防系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)。
5.1 化學(xué)干粉滅火系統(tǒng)
有些獨(dú)立的干粉滅火系統(tǒng)，在壓縮氮?dú)獾耐苿?dòng)下，固體碳酸氫鈉用來(lái)保護(hù)供氣站的重要區(qū)域。依靠這種設(shè)備，有五種激活方法：
-自動(dòng)紫外線感應(yīng)器
-自動(dòng)伺服設(shè)備
-來(lái)自被保護(hù)裝置或附近的就地氣源
-化學(xué)干粉滅火器手動(dòng)機(jī)械裝置
-來(lái)自主控盤的遠(yuǎn)傳氣源
5.2 雨淋系統(tǒng)
海水被用作LNG供氣站選定區(qū)域的消防水。水源通過(guò)一個(gè)帶立式消防水泵的人口裝置送到消防水環(huán)形管路系統(tǒng)。當(dāng)壓力低于60psig(0．4MPa表壓)時(shí)，泵自動(dòng)啟動(dòng)。噴淋系統(tǒng)則連到這個(gè)環(huán)路上。
從生活水系統(tǒng)中通過(guò)一個(gè)穩(wěn)壓泵來(lái)維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在100psig(0．67MPa表壓)。
雨淋閥由空氣感溫探頭(HAD)控制安裝在被保護(hù)建筑內(nèi)的每一個(gè)系統(tǒng)。所有雨淋系統(tǒng)雨淋閥的控制氣源由閥門附近存放的氮?dú)怃撈刻峁?br>
5.3 可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)
有兩個(gè)可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)：在氣化器里的碳?xì)浠衔镄孤z測(cè)和大氣中可燃?xì)怏w檢測(cè)。
每個(gè)氣化器安裝一個(gè)氧含量和燃燒分析儀，來(lái)取樣、分析和記錄煙道氣體中氧和碳?xì)浠衔锏暮俊?br>
5.4 紫外線火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)
每個(gè)紫外線探測(cè)器都是一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)，它能對(duì)碳?xì)浠衔镆l(fā)的火焰進(jìn)行探測(cè)。該探測(cè)器暴露在陽(yáng)光、白熾燈光、熒光或水銀光、電或電弧焊以及閃電的照射下不會(huì)報(bào)警。暴露在碳?xì)浠衔锘鹧娴淖贤饩€感應(yīng)器自動(dòng)激活相關(guān)聯(lián)的化學(xué)干粉系統(tǒng)同時(shí)報(bào)警。
紫外線探測(cè)器被安裝在如下火災(zāi)控制區(qū)：氣化器區(qū)、外送泵區(qū)、碼頭以及罐區(qū)。
5.5 煙氣檢測(cè)
為控制火災(zāi)，感煙探測(cè)器安裝在以下建筑內(nèi)：控制室、電氣室以及消防泵房。
露置在含煙氣中的探測(cè)器自動(dòng)激活以下設(shè)備：主控制盤上的可視火災(zāi)報(bào)警，全廠火災(zāi)警報(bào)器和著火部位的火災(zāi)信息。
此時(shí)，上面列出的建筑物的加熱和通風(fēng)系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉。
5.6 消防水量
水不是用來(lái)?yè)錅缁馂?zāi)，而是用來(lái)保護(hù)暴露在外部火災(zāi)中的建筑物、儲(chǔ)罐和設(shè)備的需要。
對(duì)于噴淋頂部和每一個(gè)建筑物的外墻的常規(guī)的水量為：
單位：加侖/分鐘(升/分鐘)
①壓縮機(jī)房1000-1500(3785-5678)
?、诳刂剖?25(2366)
?、巯辣梅?00-600(1514-2271)
④主配電室200(757)
?、莨媒ㄖ?60(606)
除噴淋系統(tǒng)外，來(lái)自監(jiān)控器和消防船的水也經(jīng)常用來(lái)幫助控制火災(zāi)，主要是通過(guò)冷卻相鄰的設(shè)備和建筑物以防火勢(shì)蔓延。
6 停車
各種可能的事件，如火災(zāi)信號(hào)，儲(chǔ)罐壓力高，儲(chǔ)罐液位高或儀表風(fēng)壓低，都將啟動(dòng)緊急停車系統(tǒng)。整個(gè)過(guò)程是經(jīng)過(guò)各種切斷閥和放空來(lái)關(guān)閉受影響區(qū)域的設(shè)備和封鎖將受影響的區(qū)域。當(dāng)安裝在碼頭上的任何一個(gè)紫外線探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)，人們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)和控制室內(nèi)將聽(tīng)到聲音報(bào)警。卸車管線上的切斷閥將自動(dòng)關(guān)閉。如果是初次起動(dòng)，為保證安全停車，原則上手動(dòng)ESD按鈕應(yīng)設(shè)在裝置上。
另外，在沒(méi)有電源或氣源的情況下，低溫閥根據(jù)設(shè)計(jì)將關(guān)閉。每個(gè)閥門(除壓縮機(jī)旁通閥外)也有一個(gè)保險(xiǎn)連接激活開關(guān)，關(guān)閉火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的閥門。
7 結(jié)論
LNG設(shè)施在全世界已經(jīng)安全、可靠、環(huán)保運(yùn)行了三十年，但是，設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)的LNG供氣站仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。這是因?yàn)椋?br>
-LNG工業(yè)面臨著降低成本的壓力(但是，LNG設(shè)計(jì)的安全性仍不容忽視)
-LNG工業(yè)的成長(zhǎng)將主要依賴對(duì)該工業(yè)很不熟悉或一無(wú)所知的市場(chǎng)環(huán)境
-新技術(shù)的發(fā)展，例如：在氣化站設(shè)計(jì)中，將要克服能源綜合利用所帶來(lái)的新的安全問(wèn)題
-作為一代有競(jìng)爭(zhēng)力的環(huán)保能源，高效循環(huán)技術(shù)的發(fā)展(見(jiàn)1998/99冬季發(fā)表在PTQ《降低LNG供氣站運(yùn)行成本》一文)已經(jīng)為L(zhǎng)NG確立了一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢?。由于電力快速增長(zhǎng)的需要，太平洋周邊國(guó)家的許多LNG工程正處于規(guī)劃階段，中國(guó)、印度和南美等地區(qū)市場(chǎng)的不斷開放，更多更大的項(xiàng)目有望上馬。這些項(xiàng)目中有不少將選址在人口密集的地方，因此安全問(wèn)題更應(yīng)引起高度重視。
這類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工需要有經(jīng)驗(yàn)的工程建設(shè)隊(duì)伍，他們必需熟知該類項(xiàng)目的安全問(wèn)題。同時(shí)，他們不僅在LNG方面要有經(jīng)驗(yàn)，而且在發(fā)電方面也是如此，從LNG供應(yīng)到發(fā)電整個(gè)過(guò)程的設(shè)計(jì)，應(yīng)該保證其安全性和完整性。
