大型LNG储罐设备设施危险有害因素分析

大型LNG储罐设备设施危险有害因素分析

李鱼鱼

陕西液化天然气投资发展有限公司 陕西省杨凌示范区  712100

摘要：LNG在我国天然气产供储销系统中有着极为重要的地位与作用。近年来，在我国能源需求持续攀升的背景下，沿海地区快速响应，规划和设置了众多LNG接收站，其中LNG储罐作为LNG接收站进行建造，运行、LNG储运及使用过程中关键基础设施的安全问题受到了站场有关人员的高度重视。鉴于此，本文主要分析大型LNG储罐设备设施危险有害因素。

关键词：大型LNG储罐；设备设施；有害因素

中图分类号：TE88   文献标识码：A

1、引言

伴随着LNG储量的增长，势必使得将来储罐向大型化方向发展，而一旦出现意外则会带来灾难性的后果，所以LNG场站和其他与储罐相关的地区存在着更大的风险，日常管理应时刻确保安全至上，生产运行以安全为前提，针对LNG工厂，接收站和储备库等设备的安全运行和事故防范，危险场所危险源管理、日常隐患排查、安全监测监控、事故后应急处置和反应等都需要有一套系统的安全管理方法，把事故预防摆在首要位置，消除或者降低企业事故发生率，也使得国家重大事故和特别重大事故大幅度降低，推动我国安全生产工作的高效开展，极大地提升国家层面生产经营的安全性。

2、LNG理化特性

由于天然气为气态，存储时为了提高物质的量，通过采取压缩的方式将气体压缩为液体进行存储，此时LNG密度较大，但控制在一定范围内，通常情况下不超过470kg/m3，温度是影响LNG变化的重要因素，当周围的温度升高时，部分LNG蒸发，其密度相应减小。LNG的主要组分为CH4，其次还有少量烷烃类物质、氮气、水及其他少量杂质。LNG包含两个主要特征：一是因为甲烷爆炸极限很低，一遇火源就很容易爆炸，最大特征就是易燃易爆，二是LNG的温度很低，人一碰到就易被冻伤。由于LNG理化性质的原因，其中还可能发生多米诺效应，例如LNG泄漏造成人员窒息。普通LNG储罐危害大，大型储罐储存发生事故会导致重大人员伤亡及环境破坏等。

3、大型LNG储罐设备设施危险有害因素分析

3.1、翻滚

LNG充装时，罐中原有物质和新充入物之间会产生密度差，各种密度会产生分层现象，而相互间会产生传热直至上下密度均匀混合。传热时液相物质会被加热一部分转化为气相从而造成罐内的压力升高，如果压力泄放不当会造成储罐内的超压并有可能造成储罐内LNG的泄漏。

3.2、低温冻伤

由于LNG储存所需的温度极低，大约为111.15K，极低的温容易使人产生严重的皮肤冻伤。当肌肤接触LNG时，肌肤会紧密地结合起来，这时肌肤表面就处于一种比较脆弱、轻微接收拉力或压力的状态，皮肤会破裂，而形成冻疮的表面，对付这种情况的时候皮肤是不可以用力气的，需要把皮肤加热，把皮肤的冻伤处加热后再去对付。如果温度较低LNG渗入职工衣裤内，这时衣裤将和皮肤粘合在一起，这时就更不可能一味地脱掉衣裤了，需等待移至安全区域内经加热后自然脱离。

3.3、低温麻醉与窒息

LNG具有低温特性，不仅使人受到冻伤，当保护不当时，人被吸入体内，还会发生麻醉作用，低温下身体机能比平时活动慢，心、肺等功能活性下降，未及时退出储罐泄漏区域，存在导致人员伤亡的危险。当LNG储罐发生大范围泄漏，空气甲烷含量剧增而氧含量极低，类似于室内煤气中毒和人吸入大体积气相天然气之后，意识渐渐模糊、随机昏倒、处理不当少则2分钟死掉，多的五分钟就死了；并且没有任何迹象表明人员死亡，被发现时，人员基本错过了最佳救助时机。

3.4、冷爆炸

LNG泄漏时如果导流池中有水很容易发生冷爆炸。水热传导效率高，低温LNG遇水能发出劈啪声，并伴有池内水溅出，低温水溅出对人造成伤害。

3.5、LNG的泄漏

针对LNG储罐，因其焊缝多，连接件多，安全阀多，检测仪表多，且因需充装和泄放而导致设备失效几率大，当发生以上故障时，有可能会引起LNG泄漏，基于多米诺效应又会产生较大影响。

3.6、火灾

LNG中所含烷烃最多，甲烷也最多；LNG泄漏后最危险的是火灾，伴随着LNG的蒸发，接收站整体可能会出现燃烧现象，进一步造成全地区破坏性事故，危害和损害范围可遍及工厂。漏出的甲烷遇火源后马上生成燃烧，进而形成稳定燃烧。如果压力过大，就可能引起爆炸事故，造成的损失及影响的范围也就及其大。

4、大型LNG储罐设备设施储罐监控方法与实施

4.1、储罐监控的方法

LNG储罐的监测与控制系统主要由集散控制系统DCS（Distributed Control Systems）与安全仪表系统SIS（Safety Instrumentation System）两部分组成。

（1）DCS 系统

用计算机系统将过程监测级和过程控制级联接起来的主要目的是控制储罐压力、调整BOG压缩机负荷、保持压力处于正常运行范围，对储罐温度，液位，储罐内各个液面LNG密度等参数进行监控，并完成正常工艺操作，进行过程控制以保持储罐正常运行。过程监测级主要有各种传感器组成，包括:1液位-温度-密度LTD连续测量传感器，以垂直方向每隔1.5m固定设置，对储罐波位高度及不同液位处湿度，密度值进行了监测。2液位-湿度LIT传感器其探针随着LNG液面沿储罐垂直方向进行实时运动，监测并显示液位高度及液面温度。3罐区周园也安装了相应可燃气体检测，烟检测，火焰检测和低温检测等传感器以监控有无天然气泄漏。

（2）SIS系统

SIS就是当LNG储罐出现危险事件后，采取紧急措施及时响应危险事件发展的一个独立系统。国际电工委员会把过程工业安全仪表系统安全完整性等级SIL级（Safety Integrity Level）划分为四个等级。按照IEC61511《过程工程行业用安全仪表系统的功能安全》的标准，LNG傅罐监测系统，包括传感器及逻辑控制回路均需要满足SIL-3级，也就是说，SIS中每个监控过程的相关软件和硬件都需要达到三选二表决冗余程度（允许在一次容错中采用二选一投票，以达到运行安全要求）。SIS物理层含有DCS中监控和控制硬件以及其他与安全有关的监控功能硬件等，逻辑控制层中和DCS是相对独立的。它的构成有ESD与F&GS。

4.2、储罐监控系统的实施

正常工作状态下储罐使用LTD收集到的数据，由DCS控制BOG压缩机回收生成BOG量的速度，从而调整罐内压力。储罐不卸船充装LNG时应将其工作压力保持在一个较低的水平，大约18KPaG左右，从而确保储罐在DCS失效时能有一个缓冲压力区间用于应急处理。LNG从船上加注到罐中后，罐中压力会逐渐增大，仍需控制罐中压力为24KPaG。

在BOG压缩机发生故障，或者LNG储罐中的BOG气体熙发使压力变化的速率超过了BOG压缩机的调节能力的情况下，DCS就会开始动作压力保护。

罐中出现超压现象后：第一级保护是在罐中压力达预设值（26KPaG）后，开启控制阀，将超压的BOG的一部分排放到火炬系统中引燃；第二级动作为储罐中的压力升高到安全闻设定值（29KPaG）后，打开肢体安全闻并将失控的BOG直接排入大气。

出罐后出现负压状态：一级动作是停止BOG压缩机的运转，并通过调整闻将干煤天然气或者氮气补充到罐体内；第2级运动是到达负压承载极限时通过开启罐项真空间来直接向罐外补充空气。

5、结束语

天然气这一清洁能源日益引起社会重视，随着天然气产业快速发展和其需求量剧增，国产LNG储罐呈大型化发展趋势。储存介质具有特殊性，这就决定大型储罐在设计时需达到所需强度，在此基础上还要确保接触低温介质时物料能承受：的低温，保温系统可以有效地阻止冷能的散失，同时储罐结构要满足有较好的抗震性和能在储罐出现泄漏和其他事故时对事故后果进行安全控制的特殊需求。这说明本论文的研究同样具有重要意义。

参考文献：

[1]梁爽，秦嗣凯，艾奇昌等.LNG接收站大型储罐预冷过程状态研究[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43(13):89-91.

[2]秦玉良.大型LNG低温储罐内罐安装控制技术[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43(07):190-192.

[3]肖泽.基于风险分析的大型石化储罐区应急准备能力评估研究[D].天津理工大学，2022.

[4]张爱利.LNG储罐工程安全分析与评价[D].天津工业大学，2016.

[5]贺焕婷.LNG气化站安全评价技术分析与研究[D].西南石油大学，2014.

[6]钱林.大型LNG储罐安全性分析及检验监控方法研究[D].首都经济贸易大学，2013.