劉培峰(中國(guó)石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司，山東 青島 266400)

1 背景與意義

近年來(lái)，在國(guó)家能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)和環(huán)境污染治理的推動(dòng)下，LNG 作為最現(xiàn)實(shí)的清潔替代能源，在國(guó)家能源消費(fèi)中的地位迅速提升。為了滿足LNG 日益增長(zhǎng)需求，我國(guó)相繼建設(shè)了廣東深圳大鵬LNG 接收站、福建莆田L(fēng)NG 接收站、江蘇如東LNG 接收站、山東青島LNG 接收站等。由于LNG 具有易燃、易爆、低溫等特性，LNG 儲(chǔ)罐作為L(zhǎng)NG 主要存儲(chǔ)設(shè)備，是生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的重大危險(xiǎn)源。

在LNG 行業(yè)發(fā)展史上，發(fā)生過(guò)許多事故。雖然因?yàn)長(zhǎng)NG儲(chǔ)罐原因引起的事故相對(duì)較少，但是一旦發(fā)生事故，特別是火災(zāi)爆炸，將會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失與環(huán)境污染。比如LNG 行業(yè)發(fā)展史上首起重大事故就是由于LNG 儲(chǔ)罐材料失效引起的，該事故發(fā)生在美國(guó)克利夫蘭，LNG 泄露爆炸，131 人死亡。除此例事故外，1971 年意大利拉斯佩齊亞，因充裝錯(cuò)誤導(dǎo)致罐內(nèi)翻滾爆炸，4 人死亡；1973 年美國(guó)紐約儲(chǔ)罐檢修時(shí)絕熱材料燃燒，儲(chǔ)罐超壓爆炸，40 人死亡；1985 年美國(guó)阿拉巴馬州，儲(chǔ)罐焊口斷裂，LNG 泄漏后點(diǎn)燃，6 人重傷；1993 年英國(guó)曼徹斯特，LNG 翻滾導(dǎo)致150t 天然氣排空等[1]。

我國(guó)LNG 行業(yè)起步相對(duì)較晚，已頒布的關(guān)于LNG 儲(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)較少，LNG 儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的安全性顯得尤為重要。文章將結(jié)合某LNG 接收站實(shí)際情況，分析LNG 儲(chǔ)罐的危險(xiǎn)特性，并提出相應(yīng)安全控制措施，希望為其他大型LNG 儲(chǔ)罐的安全控制提供借鑒。

2 安全性分析

LNG 是以甲烷為主的低溫液體混合物，常壓下溫度約為-162℃，泄漏遇到空氣后會(huì)形成大量白色蒸氣云，因其無(wú)毒、無(wú)色、無(wú)味，當(dāng)完全汽化后不易被人察覺(jué)。在儲(chǔ)存過(guò)程中，易存在以下安全問(wèn)題。

2.1 翻滾

LNG 儲(chǔ)罐在儲(chǔ)存過(guò)程中，翻滾是一種非穩(wěn)定現(xiàn)象。主要是由于新注入的LNG 與密度不同的底部LNG 混合不充分，形成兩個(gè)穩(wěn)定的分層或單元，但是底部的密度大于上部密度。隨后，由于儲(chǔ)罐的傳熱，使儲(chǔ)罐內(nèi)液體形成自然對(duì)流循環(huán)，循環(huán)使各層液體密度不斷變化，當(dāng)相鄰兩層密度近似相等時(shí)，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈混合，導(dǎo)致LNG 的大量汽化引發(fā)事故。如果上下密度差達(dá)到0.8kg/m3以上或溫度差0.3℃以上，就可能出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象[2]。

2.2 泄漏

LNG 泄漏具有極大危險(xiǎn)性，可造成現(xiàn)場(chǎng)操作人員凍傷、窒息等傷害，如被引燃會(huì)引發(fā)火災(zāi)或爆炸，嚴(yán)重威脅人身安全與生產(chǎn)安全。泄漏的產(chǎn)生主要由于操作人員操作失誤或者設(shè)備損壞等原因引起。在焊縫、閥門、法蘭連接處等容易發(fā)生泄漏，在泄漏處會(huì)形成可見霧團(tuán)[3]。

2.3 火災(zāi)爆炸

產(chǎn)生燃燒具有三個(gè)必要條件：可燃物、助燃物、點(diǎn)火源[4]。當(dāng)作為可燃?xì)怏w的天然氣遇到空氣后，當(dāng)達(dá)到其燃燒的范圍5%～15%之間，遇到明火即會(huì)發(fā)生燃燒，如發(fā)生在受限空間易引發(fā)爆炸。在生產(chǎn)中，為防止火災(zāi)與爆炸的產(chǎn)生，要從點(diǎn)火源、可燃物、助燃物三方面著手。點(diǎn)火源主要避免明火、電火花、靜電等；可燃物主要密切監(jiān)控可燃?xì)庑孤约敖箍扇疾牧洗娣旁谖ｋU(xiǎn)區(qū)域；助燃物主要配置消防設(shè)施，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在最短時(shí)間內(nèi)減少空氣對(duì)流。

3 控制措施

3.1 防翻滾控制

每臺(tái)儲(chǔ)罐采用1 套LTD(液位—溫度—密度)檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量罐內(nèi)LNG 的上、下密度分布[5]。LTD 由數(shù)字邏輯單元和電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元組成，可在LNG 儲(chǔ)罐內(nèi)垂直移動(dòng)、測(cè)量，測(cè)量可用人工或自動(dòng)兩種方式完成。LTD 可以提供液位、溫度、密度數(shù)據(jù)，操作人員可以通過(guò)其了解儲(chǔ)罐某一液位下的密度與溫度，通過(guò)配合使用防翻滾軟件，判斷罐內(nèi)液體是否發(fā)生翻滾，有效防止翻滾的產(chǎn)生。

此外，儲(chǔ)罐設(shè)有兩條進(jìn)料管線，分別從頂部和底部填充LNG。工藝人員通過(guò)對(duì)新注入LNG 密度進(jìn)行分析，保證高密度LNG 從頂部進(jìn)料，低密度LNG 從底部進(jìn)料。同時(shí)，可以通過(guò)低壓泵打回流的方式，保證上下層LNG 的充分混合。

3.2 壓力控制

每臺(tái)儲(chǔ)罐均設(shè)有壓力測(cè)量?jī)x表。為了減少外界大氣壓力變化對(duì)儲(chǔ)罐壓力的影響，采用絕壓壓力變送器測(cè)量?jī)?chǔ)罐氣相壓力，控制BOG 壓縮機(jī)的負(fù)荷。采用表壓壓力變送器測(cè)量?jī)?chǔ)罐氣相壓力控制真空閥和排火炬的調(diào)節(jié)閥。儲(chǔ)罐壓力除正常操作壓力范圍外，設(shè)有壓力高與低報(bào)警值、高高與低低報(bào)警值[6]。其控制過(guò)程描述如下：

(1)正常情況下，通過(guò)控制BOG 壓縮機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐壓力，將儲(chǔ)罐壓力控制在正常范圍內(nèi)。

(2)當(dāng)儲(chǔ)罐壓力升高，超過(guò)正常操作壓力范圍并達(dá)到壓力高報(bào)警值時(shí)，DCS 會(huì)顯示壓力高報(bào)警，并開始排火炬。若壓力繼續(xù)升高，并達(dá)到高高報(bào)警值時(shí)，會(huì)觸發(fā)SIS 系統(tǒng)氣相壓力高高三取二聯(lián)鎖，關(guān)閉卸船管道上的切斷閥，停止卸船；切斷返回儲(chǔ)罐的NG。若儲(chǔ)罐壓力繼續(xù)升高，達(dá)到儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力，將打開儲(chǔ)罐壓力安全閥，排大氣。

(3)當(dāng)儲(chǔ)罐壓力降低，低于正常壓力操作范圍并達(dá)到壓力低報(bào)警值時(shí)，DCS 會(huì)顯示壓力低報(bào)警，操作人員手動(dòng)停BOG 壓縮機(jī)。若壓力繼續(xù)降低，并達(dá)到低低報(bào)警值時(shí)，會(huì)觸發(fā)SIS 系統(tǒng)壓力低低三取二聯(lián)鎖，停罐內(nèi)泵和BOG 壓縮機(jī)。若此后壓力仍繼續(xù)降低，將打開自氣化后的天然氣總管上的返回補(bǔ)氣線的控制閥，開始補(bǔ)氣。若采取以上措施儲(chǔ)罐壓力仍不可控，持續(xù)降到一定值后，真空閥打開，破真空。

3.3 液位控制

儲(chǔ)罐通過(guò)兩臺(tái)伺服液位計(jì)和一臺(tái)雷達(dá)液位計(jì)控制自身液位，實(shí)現(xiàn)其安全操作[7]。當(dāng)液位達(dá)到高高液位時(shí)，兩臺(tái)伺服液位計(jì)會(huì)輸出高高報(bào)警信號(hào)，它與雷達(dá)液位計(jì)的報(bào)警組成三選二邏輯，作為聯(lián)鎖信號(hào)，用于儲(chǔ)罐入口管線切斷聯(lián)鎖以及卸料區(qū)域停車。當(dāng)液位達(dá)到低低液位時(shí)，兩臺(tái)伺服液位計(jì)會(huì)輸出低低報(bào)警信號(hào)，組成二選一邏輯，作為聯(lián)鎖信號(hào)，用于停低壓泵和關(guān)閉罐內(nèi)泵出口管線切斷閥。

3.4 泄漏及消防措施

儲(chǔ)罐設(shè)置一套獨(dú)立DCS 系統(tǒng)之外的FGS 系統(tǒng)用于對(duì)火災(zāi)及可燃?xì)怏w、液體泄漏進(jìn)行預(yù)警，最大地降低火災(zāi)對(duì)人員、設(shè)備的損害。

罐區(qū)FGS 系統(tǒng)包括以下幾部分：手動(dòng)報(bào)警、可燃?xì)怏w檢測(cè)、低溫檢測(cè)、火焰探測(cè)、水噴淋系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)、輔助操作臺(tái)。

(1)手動(dòng)報(bào)警。每臺(tái)儲(chǔ)罐在罐底與罐頂均安裝有手動(dòng)報(bào)警開關(guān)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)情況時(shí)，操作人員可按下觸發(fā)報(bào)警。當(dāng)在罐頂觸發(fā)時(shí)，除聲光報(bào)警外，還會(huì)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)雨淋閥，輸出報(bào)警信號(hào)至SIS 系統(tǒng)，造成罐區(qū)停車。

(2)可燃?xì)怏w檢測(cè)。每臺(tái)儲(chǔ)罐安裝有13 臺(tái)可燃?xì)怏w檢測(cè)器，用于檢查可燃?xì)怏w泄露，當(dāng)3 臺(tái)可燃?xì)怏w報(bào)警器同時(shí)報(bào)警會(huì)觸發(fā)聯(lián)鎖保護(hù)，啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)雨淋閥，并輸出報(bào)警信號(hào)通訊到SIS 系統(tǒng)，造成儲(chǔ)罐聯(lián)鎖停車。

(3)低溫檢查。儲(chǔ)罐采用平均溫度計(jì)和多個(gè)表面檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行表面溫度監(jiān)測(cè)，溫度檢測(cè)點(diǎn)分別分布在儲(chǔ)罐罐底表面、內(nèi)罐外壁、熱角保護(hù)等處，所有溫度點(diǎn)均通訊至DCS 系統(tǒng)，其中環(huán)隙空間溫度點(diǎn)從DCS 系統(tǒng)通訊至FGS 系統(tǒng)，當(dāng)環(huán)形空間溫度低于設(shè)定報(bào)警值時(shí)，F(xiàn)GS 系統(tǒng)操作畫面會(huì)出現(xiàn)泄漏報(bào)警。

(4)火焰探測(cè)。儲(chǔ)罐在罐頂安裝兩臺(tái)火焰探測(cè)器，當(dāng)一臺(tái)檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生聲光報(bào)警，兩臺(tái)同時(shí)檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)，除聲光報(bào)警提示外，會(huì)啟動(dòng)干粉滅火系統(tǒng)，并輸出報(bào)警信號(hào)通訊至SIS 系統(tǒng)，造成儲(chǔ)罐聯(lián)鎖停車。

(5)水噴淋系統(tǒng)。由水噴淋高壓閥、遠(yuǎn)程雨淋閥手動(dòng)啟動(dòng)組成、就地雨淋閥手動(dòng)啟動(dòng)按鈕組成，可通過(guò)遠(yuǎn)程、就地啟動(dòng)水噴淋系統(tǒng)。

(6)高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)。在罐底設(shè)置高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，主要控制泄漏到集液池內(nèi)LNG 的揮發(fā)[8]。

(7)干粉滅火系統(tǒng)。在罐頂安全閥處設(shè)置一套干粉滅火裝置，用于控制可能發(fā)生的火災(zāi)。

(8)輔助操作臺(tái)。顯示現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w報(bào)警、低溫檢測(cè)報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警燈信息，并帶有聲光報(bào)警，提示中控室操作人員。同時(shí)，操作人員可直接按下按鈕遠(yuǎn)程啟動(dòng)雨淋閥、泡沫罐等消防設(shè)施。

4 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合某LNG 接收站實(shí)際，對(duì)LNG 儲(chǔ)存過(guò)程中危險(xiǎn)性進(jìn)行辨識(shí)分析，對(duì)可能發(fā)生事故進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提出防翻滾、液位控制、壓力控制、泄漏及消防安全控制措施，有效保證接收站安全平穩(wěn)運(yùn)行。