崔婧

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)大連液化天然氣有限公司

LNG接收站作為中國(guó)海上天然氣進(jìn)口通道在近20 年發(fā)展十分迅速，目前已建成投產(chǎn)LNG 接收站22 座。但是作為新興行業(yè)，LNG 接收站的安全建設(shè)和安全運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)尚淺，在制定相關(guān)規(guī)范和制度時(shí)多以國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)作為參考，在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成系統(tǒng)性的規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)。而LNG 接收站作為L(zhǎng)NG 接卸、儲(chǔ)存、增壓和氣化的場(chǎng)所，其物料的變化性和自身的特點(diǎn)決定了在工藝生產(chǎn)運(yùn)行中存在較大的安全隱患，這對(duì)消防安全設(shè)計(jì)和管理提出了更高的要求[1-3]。

LNG接收站在消防設(shè)計(jì)上一般按照國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)外LNG 接收站設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，基本考慮了LNG 作為一種低溫液體，其溫度極低，氣液膨脹比大，易于與空氣形成爆炸性混合物等物料變化情況和物料本身的特性[4-5]。雖然LNG 接收站消防系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初考慮了相關(guān)區(qū)域事故、事件發(fā)生后的檢測(cè)和處理，但是在運(yùn)行過(guò)程中仍存在一些常見(jiàn)問(wèn)題需要優(yōu)化。結(jié)合大連LNG 接收站工藝運(yùn)行中的消防系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化探討，旨在提升LNG接收站的消防設(shè)計(jì)和管理水平。

1 LNG接收站工藝流程概況

目前國(guó)內(nèi)LNG接收站所采用的工藝主要如圖1所示，LNG 船抵達(dá)接收站碼頭后，LNG 經(jīng)船上卸料泵增壓，通過(guò)LNG 卸料臂進(jìn)入接收站的LNG 儲(chǔ)罐內(nèi)。在LNG 卸船期間，由于熱量的傳入和儲(chǔ)罐氣相空間的變化，儲(chǔ)罐內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生大量蒸發(fā)氣。產(chǎn)生的蒸發(fā)氣一部分通過(guò)氣相返回管線(xiàn)，氣相料返回至LNG 運(yùn)輸船船艙，以平衡船艙內(nèi)的壓力；另一部分通過(guò)BOG 壓縮機(jī)增壓進(jìn)入再冷凝器冷凝后，與外輸?shù)腖NG 一起經(jīng)高壓輸出泵、氣化器外輸。罐內(nèi)LNG 經(jīng)低壓輸送泵增壓后分兩股外輸：一部分與再冷凝器冷凝后的LNG 一起經(jīng)高壓輸出泵增壓后，利用氣化器（ORV 或SCV）使LNG 氣化成天然氣，計(jì)量后輸至輸氣干線(xiàn)；另一部分LNG 輸至槽車(chē)裝車(chē)站，經(jīng)槽車(chē)裝車(chē)臂卸入LNG 運(yùn)輸槽車(chē)[6-8]。

圖1 LNG接收站工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic diagram of LNG terminal process flow

2 運(yùn)行中潛在危險(xiǎn)及消防處置方法

2.1 LNG泄漏及消防處置

根據(jù)工藝流程的描述以及LNG 物料的特性，LNG接收站在運(yùn)行過(guò)程中潛在危險(xiǎn)最多、最普遍的是LNG 的泄漏及產(chǎn)生的火災(zāi)爆炸，LNG 泄漏可能對(duì)人體產(chǎn)生以下危害：①局部?jī)鰝绲蜏貎鰝?、霜凍傷；②一般凍傷，如體溫過(guò)低，肺部?jī)鰝?；③窒息；④如果蒸氣云被點(diǎn)燃，還存在熱輻射的危險(xiǎn)[9-10]。

LNG接收站在投產(chǎn)試運(yùn)過(guò)程中，由于管線(xiàn)、閥門(mén)以及設(shè)備從熱態(tài)到冷態(tài)的變化，容易造成法蘭、閥門(mén)、設(shè)備管線(xiàn)接口等應(yīng)力集中處發(fā)生LNG 泄漏。LNG接收站在運(yùn)行過(guò)程中，LNG槽車(chē)充裝連接處和卸料臂連接處是最容易發(fā)生LNG 泄漏的位置，大連LNG 接收站在運(yùn)行前期的接卸船過(guò)程中發(fā)生過(guò)多次卸料臂連接處LNG 泄漏。此外，高、低壓分界上的閥門(mén)和高壓管線(xiàn)上的閥門(mén)由于動(dòng)作頻繁和填料的老化也容易造成LNG 泄漏；管線(xiàn)打開(kāi)施工過(guò)程中能量隔離不到位也容易造成LNG 泄漏。北海接收站2020 年11 月2 日泄漏著火事故是典型的能量隔離失誤造成LNG 泄漏并引起著火的事故。

在LNG 接收站消防設(shè)計(jì)中主要針對(duì)可能出現(xiàn)泄漏的法蘭連接處等設(shè)置了低溫探測(cè)設(shè)備、可燃?xì)馓綔y(cè)設(shè)備、火焰探測(cè)設(shè)備、干粉滅火系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、高倍數(shù)泡沫系統(tǒng)等一些列消防設(shè)備設(shè)施，盡量做到早發(fā)現(xiàn)，早處理，降低事故損失程度。

2.2 LNG儲(chǔ)罐分層翻滾及消防處置

LNG 儲(chǔ)罐的分層翻滾一般是由于儲(chǔ)罐中LNG不同的組成和密度引起分層，分層間的傳質(zhì)和傳熱突然迅速混合會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致儲(chǔ)罐壓力徒增，甚至頂開(kāi)安全閥或破壞罐體，從而導(dǎo)致大量LNG噴出罐外，危險(xiǎn)性很大[11-12]。

LNG儲(chǔ)罐分層翻滾屬于小概率事件，一般只要嚴(yán)格按照工藝要求操作，不會(huì)發(fā)生此類(lèi)事故，但是國(guó)外運(yùn)行60 年間仍有LNG 接收站發(fā)生過(guò)類(lèi)似事故，因此國(guó)內(nèi)LNG 接收站在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中有明確的要求。LNG接收站消防設(shè)計(jì)也考慮了發(fā)生后的應(yīng)對(duì)措施，在儲(chǔ)罐頂部設(shè)置了干粉滅火系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)等消防設(shè)備設(shè)施，一旦發(fā)生事故需立即啟動(dòng)消防設(shè)施。

3 消防系統(tǒng)運(yùn)行中的問(wèn)題

3.1 LNG泄漏檢測(cè)方面

根據(jù)LNG 接收站運(yùn)行特點(diǎn)，LNG 泄漏主要可能發(fā)生在卸料臂對(duì)接處、槽車(chē)充裝對(duì)接處以及一些法蘭對(duì)接和閥門(mén)填料處。但是在消防設(shè)計(jì)時(shí)，LNG低溫探測(cè)設(shè)備僅僅設(shè)置在碼頭、儲(chǔ)罐區(qū)域法蘭連接處底部和LNG 泄漏收集池處。根據(jù)國(guó)內(nèi)LNG 接收站運(yùn)行十多年的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)生閥門(mén)填料泄漏最多的是在高壓泵出口閥門(mén)處，管線(xiàn)連接處發(fā)生泄漏最多的是卸料臂對(duì)接處。這些位置發(fā)生泄漏后，一般都是依靠操作人員的巡檢才得以發(fā)現(xiàn)，并未在第一時(shí)間做到早期處理，存在一定的安全隱患。

3.2 高壓區(qū)域滅火系統(tǒng)設(shè)置

LNG接收站一般在碼頭區(qū)域、儲(chǔ)罐區(qū)域和槽車(chē)區(qū)域設(shè)置干粉滅火系統(tǒng)，當(dāng)LNG 泄漏著火時(shí)利用干粉系統(tǒng)進(jìn)行滅火。但是根據(jù)LNG 接收站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，發(fā)生LNG 泄漏最為頻繁的位置為高低壓分界區(qū)域的閥門(mén)，而在高壓泵區(qū)域和氣化器區(qū)域僅僅設(shè)置了火焰探測(cè)等消防設(shè)備，沒(méi)有設(shè)置相應(yīng)的干粉滅火系統(tǒng)。因此建議在高壓區(qū)域設(shè)置一套干粉系統(tǒng)，以便于在高壓區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)及時(shí)滅火。

3.3 消防地下水管線(xiàn)腐蝕問(wèn)題

大連LNG接收站經(jīng)過(guò)9年多的運(yùn)行后，在2014至2016 年期間，接收站埋地水管線(xiàn)在運(yùn)行過(guò)程中因管線(xiàn)局部損壞造成17 次不同程度的管線(xiàn)泄漏，其中消防地下水管線(xiàn)泄漏14 次，接收站外市政供水管線(xiàn)泄漏2 次，綜合樓埋地水管線(xiàn)泄漏1 次。埋地水管線(xiàn)的泄漏不僅造成淡水損耗的增加，而且直接影響著接收站的運(yùn)行安全，尤其是消防管網(wǎng)的泄漏給消防管理帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)和壓力。

4 消防系統(tǒng)優(yōu)化

4.1 優(yōu)化預(yù)防監(jiān)測(cè)措施

大連LNG 接收站消防設(shè)計(jì)按照碼頭和接收站內(nèi)同一時(shí)間發(fā)生1次火災(zāi)考慮。LNG儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按6 h 考慮，工藝裝置區(qū)的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按3 h考慮，碼頭的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按6 h考慮。項(xiàng)目設(shè)置了包括消防水系統(tǒng)、高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)、固定式氣體滅火系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、滅火器等消防設(shè)施。

從設(shè)計(jì)的原則和設(shè)備的選用上，消防設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于對(duì)較大事故的防范。但是根據(jù)日常工藝運(yùn)行中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，可以得出消防設(shè)計(jì)對(duì)于日常生產(chǎn)上的小事故沒(méi)有設(shè)置相應(yīng)的消防設(shè)施，而化工企業(yè)的大事故往往是因?yàn)樾∈鹿实牟蛔⒁夂头e累引起的，因此在消防設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該充分考慮工藝運(yùn)行的特點(diǎn)以及運(yùn)行中容易出現(xiàn)安全隱患的位置，做到“防”字當(dāng)先，確保事故在萌芽狀態(tài)即被消滅。

考慮到LNG 泄漏常見(jiàn)問(wèn)題和常見(jiàn)區(qū)域，應(yīng)在高低壓結(jié)合部位的閥門(mén)和高壓LNG 管線(xiàn)上的閥門(mén)底部設(shè)置低溫探測(cè)設(shè)備和LNG 收集設(shè)備，在卸料臂連接處和槽車(chē)裝卸連接處設(shè)置可燃?xì)馓綔y(cè)設(shè)備，增強(qiáng)對(duì)LNG 泄漏的監(jiān)測(cè)，從而配合工藝運(yùn)行并加強(qiáng)生產(chǎn)的安全防護(hù)，讓消防做到“防”“消”結(jié)合，以“防”為主，切實(shí)從根源上杜絕大事故的發(fā)生。

4.2 易泄漏區(qū)域設(shè)置干粉滅火設(shè)備

LNG接收站消防設(shè)計(jì)中對(duì)干粉滅火設(shè)備的設(shè)置主要集中在碼頭區(qū)域、儲(chǔ)罐區(qū)域和槽車(chē)區(qū)域，因?yàn)榘凑瘴ｋU(xiǎn)級(jí)別和危害因素這些區(qū)域都相對(duì)較大。而工藝流程由于都采取全封閉管線(xiàn)，所以認(rèn)為即使泄漏也只是小范圍泄漏，發(fā)生火災(zāi)的概率很小，僅設(shè)置了消防栓和消防水炮等設(shè)施，而沒(méi)有設(shè)置消防干粉滅火設(shè)備，即使設(shè)置干粉設(shè)備也僅僅設(shè)置了移動(dòng)干粉滅火裝置。但是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，高壓區(qū)域發(fā)生泄漏的概率較大，且隨著時(shí)間的推移，高壓區(qū)域的管線(xiàn)變形和安全的不確定性會(huì)隨之增加，為了確保能夠撲滅初期火災(zāi)，應(yīng)在高壓區(qū)域設(shè)置固定的干粉滅火裝置。

4.3 消防地下管線(xiàn)的設(shè)置

LNG接收站一般為填海形成的陸域，因此其填海的土質(zhì)好壞對(duì)地下管線(xiàn)的影響非常大。大連LNG接收站陸域部分回填土中尖銳的碎石顆粒較多，且部分碎石形狀尖銳、體積較大，土質(zhì)與設(shè)計(jì)規(guī)定不符，管線(xiàn)的局部位置受到尖銳碎石的持續(xù)作用力，是造成管線(xiàn)防腐層損壞及管線(xiàn)本體損傷的重要原因。此外，LNG接收站地處海邊，受到海水腐蝕較為嚴(yán)重，也是造成管線(xiàn)腐蝕的一個(gè)重要原因。在泄漏點(diǎn)處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)所處的管線(xiàn)防腐層都存在不同程度的損壞，尤其是泄漏點(diǎn)處所在的位置防腐層早已經(jīng)脫離。防腐層的損壞可能在施工過(guò)程中已經(jīng)發(fā)生，隨著時(shí)間的推移，消防管線(xiàn)遭受到電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕等多重因素的影響，最終導(dǎo)致消防管線(xiàn)多點(diǎn)出現(xiàn)泄漏。

因此在消防地下管線(xiàn)設(shè)置過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范回填土，如果達(dá)不到要求應(yīng)增設(shè)套管加以保護(hù)，或是在管線(xiàn)上包裹防護(hù)層保護(hù)防腐涂層，確保防腐涂層的安全可靠。

5 結(jié)論

LNG 接收站工藝運(yùn)行中出現(xiàn)的LNG 泄漏安全隱患問(wèn)題是目前困擾LNG 接收站安全管理的主要問(wèn)題，消防設(shè)計(jì)可以從LNG 泄漏的源頭進(jìn)行監(jiān)控，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理，防小遏大，真正做到安全防控。同時(shí)在易泄漏區(qū)域應(yīng)設(shè)置固定干粉滅火系統(tǒng)，確保初期火災(zāi)能夠得到有效遏制，從而避免大的事故發(fā)生。

消防水管網(wǎng)是整個(gè)消防系統(tǒng)非常重要的環(huán)節(jié)，其運(yùn)行的安全與否直接影響著LNG 接收站的消防安全防護(hù)能力，因此在設(shè)置消防地下水管線(xiàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范和要求進(jìn)行，同時(shí)注意保護(hù)管線(xiàn)的安全可靠，盡量避免管線(xiàn)發(fā)生腐蝕泄漏。