苑桂金

（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古赤峰 025350）

0 引言

為拓寬產(chǎn)品聚道，適應(yīng)企業(yè)發(fā)展，在現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)，依托現(xiàn)有部分公用工程新建一座原料為天然氣、處理能力為70×104m3/d的天然氣液化項(xiàng)目，其中冷劑儲(chǔ)罐單元屬于四級(jí)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源、LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然氣）儲(chǔ)罐單元屬于二級(jí)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源。分析LNG 儲(chǔ)罐單元、冷劑儲(chǔ)罐單元、裝車單元工藝流程，辨識(shí)其中的危險(xiǎn)和有害因素，為企業(yè)平穩(wěn)安全發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 液化天然氣儲(chǔ)罐單元

1.1 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述

從冷箱來的LNG 冷至-160 ℃后，經(jīng)過節(jié)流將壓力降至0.015 MPa（G），進(jìn)入常壓LNG 儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。儲(chǔ)罐進(jìn)液管設(shè)置有上、下進(jìn)液，當(dāng)初次對(duì)LNG 進(jìn)行預(yù)冷過程中采用上進(jìn)液，當(dāng)儲(chǔ)罐預(yù)冷完成后采用下進(jìn)液，以減少BOG（Boiled Off Gas，閃蒸氣）產(chǎn)生。在LNG 儲(chǔ)罐中閃蒸出的BOG 及正常裝車時(shí)氣化的甲烷氣體匯合后送至BOG 回收工序。

1.2 結(jié)構(gòu)描述

本LNG 儲(chǔ)罐建設(shè)規(guī)模為2000 m3，采用平底圓筒金屬拱頂結(jié)構(gòu)，LNG 儲(chǔ)存于常壓儲(chǔ)罐內(nèi)罐中，內(nèi)罐與外罐夾層之間填充保冷材料。內(nèi)外罐均為平底、圓筒形拱頂金屬儲(chǔ)罐，貼著外罐壁從下到上有附帶盤梯，方便上下罐進(jìn)行操作，基礎(chǔ)采用混凝土高架承臺(tái)結(jié)構(gòu)。

1.3 工作流程簡(jiǎn)述

儲(chǔ)罐作為LNG 場(chǎng)站中一個(gè)重要設(shè)備，將液化裝置產(chǎn)出或槽車運(yùn)來的液化天然氣安全存儲(chǔ)于罐內(nèi)，并通過排液口將其泵至裝車臺(tái)充車。因此儲(chǔ)罐需要設(shè)置合理的工藝管線，并配備相應(yīng)的閥門、儀表實(shí)現(xiàn)各種功能的操控，主要有進(jìn)液管線、排液管線、安全控制管線和其他工藝管線。

1.3.1 進(jìn)液管線

進(jìn)液管線在進(jìn)入儲(chǔ)罐之前分為頂部進(jìn)液及底部進(jìn)液兩路，在進(jìn)液總管上設(shè)置低溫氣動(dòng)切斷閥，頂部和底部管路上分別設(shè)置手動(dòng)根部閥。在中控室即可實(shí)現(xiàn)對(duì)管線的遠(yuǎn)程控制，也可通過開關(guān)管線上不同的閥門，將LNG 分別送到儲(chǔ)罐頂部或底部[1]。

頂部和底部進(jìn)液管線均采用環(huán)形噴淋裝置，保證冷試和首次進(jìn)液時(shí)內(nèi)罐均勻冷卻，避免局部溫差應(yīng)力過大。同時(shí)，噴淋裝置能將送入罐內(nèi)的低溫液體盡量分送至同一液面內(nèi)不同的位置，避免不同狀態(tài)的液體局部聚集。

進(jìn)液總管上預(yù)留1 個(gè)槽車接口，方便儲(chǔ)罐冷試時(shí)接低溫液體運(yùn)輸車用。根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)情況，調(diào)整頂部和底部進(jìn)液的方式可以緩解或消除分層現(xiàn)象。引出管道連接處采用保冷管道，外部管線采取適當(dāng)?shù)谋＠浯胧▓?chǎng)站保冷施工方負(fù)責(zé)），可在保障外罐頂安全的同時(shí)有效減少冷損。

1.3.2 排液管線

儲(chǔ)罐底部設(shè)置有排液口，罐內(nèi)儲(chǔ)存的LNG 通過此管線去往低溫裝車泵，經(jīng)裝車系統(tǒng)槽車充液。出口設(shè)置于儲(chǔ)罐底板上，能最大限度地將罐內(nèi)液體排盡。排液管線上設(shè)置1 個(gè)常開低溫根部閥，出根部閥后設(shè)置有緊急切斷閥，通過緊急切斷閥即可對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。排液管與外罐的連接處采用真空管道，在最大限度地減少冷損的同時(shí)保證外罐安全。

1.3.3 安全控制管線

1.3.3.1 超壓保護(hù)管線

（1）BOG 回收管線（第1 級(jí)）：當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力上升到20 kPa時(shí)，管路上的低溫氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開啟，罐內(nèi)氣相空間氣體通過本管線進(jìn)入BOG 回收系統(tǒng)，罐內(nèi)壓力下降；當(dāng)罐內(nèi)壓力降低至12 kPa時(shí)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉并聯(lián)鎖回收系統(tǒng)停運(yùn)。

（2）自動(dòng)放空管線（第2 級(jí)）：當(dāng)儲(chǔ)罐壓力持續(xù)升高到22 kPa時(shí)，本管線位于儲(chǔ)罐頂部的低溫氣動(dòng)開關(guān)閥開啟，氣體通過就地放空匯集管排放，儲(chǔ)罐泄壓；當(dāng)罐內(nèi)壓力降低至15 kPa 時(shí)，氣動(dòng)開關(guān)閥關(guān)閉，停止排放。

（3）安全閥放空管線（第3 級(jí)）：儲(chǔ)罐頂部設(shè)置有2 套呼氣閥（一用一備），總有1 套或2 套呼氣閥在工作，當(dāng)儲(chǔ)罐氣相壓力達(dá)到24 kPa 時(shí)呼氣閥動(dòng)作，氣體通過本管線排放。

1.3.3.2 低壓保護(hù)管線

（1）原料氣補(bǔ)氣管線（第1 級(jí)）：儲(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力下降至5 kPa左右，本管線上的氣動(dòng)閥開啟，干燥、潔凈的原料氣經(jīng)調(diào)壓后補(bǔ)充到儲(chǔ)罐氣相空間內(nèi)，使儲(chǔ)罐維持在正常、安全的范圍內(nèi)運(yùn)行；當(dāng)儲(chǔ)罐壓力回升至8 kPa 時(shí)，關(guān)閉閥門，停止補(bǔ)氣。

（2）氮?dú)庋a(bǔ)氣管線（第2 級(jí)）：儲(chǔ)罐內(nèi)氣相壓力下降至2 kPa左右，本管線上的氣動(dòng)閥開啟，干燥、潔凈的氮?dú)饨?jīng)調(diào)壓后補(bǔ)充到儲(chǔ)罐氣相空間內(nèi)，使儲(chǔ)罐維持在正常、安全的范圍內(nèi)運(yùn)行；當(dāng)儲(chǔ)罐壓力回升至5 kPa 時(shí)，關(guān)閉閥門，停止補(bǔ)氣。

（3）吸氣管線（第3 級(jí)）：儲(chǔ)罐頂部設(shè)置有2 套吸氣閥（一用一備），總有1 套或2 套呼氣閥在工作。當(dāng)儲(chǔ)罐壓力降低至-0.5 kPa時(shí)，吸氣閥動(dòng)作，儲(chǔ)罐與大氣相通，保證儲(chǔ)罐不至因負(fù)壓而失穩(wěn)。

1.3.3.3 外罐壓力保護(hù)

（1）外罐超壓保護(hù)分為兩級(jí)：第1 級(jí)為呼氣閥，動(dòng)作壓力為0.8 kPa；第2 級(jí)為緊急泄放裝置，動(dòng)作壓力為1.0 kPa。

（2）外罐低壓保護(hù)分為兩級(jí)：第1 級(jí)為氮封氣補(bǔ)氣管線，當(dāng)夾層壓力低于0.5 kPa 時(shí)管線上的自力式調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，外接氮?dú)庋a(bǔ)充至夾層，維持夾層空間微正壓狀態(tài)，避免潮濕空氣進(jìn)入，以保障絕熱系統(tǒng)性能良好；第2 級(jí)為吸氣閥，動(dòng)作壓力為-0.28 kPa[2]。

2 冷劑儲(chǔ)罐單元

混合冷劑儲(chǔ)配系統(tǒng)主要用于補(bǔ)充制冷壓縮循環(huán)過程中由于管道及壓縮機(jī)的干氣密封系統(tǒng)泄漏而損失的部分混合冷劑。

混合冷劑由氮?dú)?、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷組成，其中氮?dú)庥晒霉こ滔到y(tǒng)直接提供，試車期間甲烷可選用凈化后的原料氣，正常生產(chǎn)后可由LNG 管線直接補(bǔ)充，LNG 補(bǔ)充管道為從冷箱送出的LNG 經(jīng)過調(diào)節(jié)閥減壓再經(jīng)過甲烷空溫器升溫至環(huán)境溫度，送至混合冷劑平衡罐，其他冷劑由外部采購經(jīng)槽車運(yùn)輸至廠內(nèi)，設(shè)置乙烯卸車臂、乙烯卸車泵、丙烷/異戊烷卸車臂及丙烷/異戊烷卸車泵各1 臺(tái)，將制冷劑補(bǔ)充至各冷劑儲(chǔ)罐內(nèi)。

乙烯選用低溫帶壓儲(chǔ)槽儲(chǔ)存，容積均為30 m3，丙烷、異戊烷用常溫帶壓容器儲(chǔ)存，容積均為21 m3；乙烯通過乙烯空溫器后充入混合冷劑平衡罐，丙烷、異戊烷分別經(jīng)丙烷干燥塔、異戊烷干燥塔脫水后補(bǔ)充進(jìn)入混合冷劑平衡罐，采用流量控制實(shí)現(xiàn)冷劑的精確補(bǔ)充。

此外，根據(jù)GB 50160—2018《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求，丙烷儲(chǔ)罐設(shè)置防止液化烴泄漏的注水措施。因此，在丙烷儲(chǔ)罐底部設(shè)置有高壓消防水補(bǔ)水管道和緊急切斷系統(tǒng)。

3 液化天然氣裝車單元

儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG 產(chǎn)品需要用LNG 定量裝車鶴管灌裝至槽車外售。根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)置3 臺(tái)LNG 裝車泵（二用一備），每臺(tái)流量為120 m3/h，可以在現(xiàn)場(chǎng)也可以在控制室啟動(dòng)。

裝車區(qū)設(shè)置6 個(gè)裝車位，每個(gè)裝車位裝車最大流量為60 m3/h，采用定量裝車控制器控制充裝量。LNG 裝車鶴管主要由固定、回轉(zhuǎn)、操作、平衡等機(jī)構(gòu)和LNG 管線組成，其中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是鶴管的核心部件，由合金鋼等耐腐蝕、耐磨材料精密加工而成，內(nèi)裝復(fù)列球軸承，主密封件采用PTFE 聚四氟乙烯材料，密封面經(jīng)拋光處理，可使鶴管旋轉(zhuǎn)靈活、密封可靠，持久耐用。平衡系統(tǒng)包括扭簧、壓簧和配重，彈簧缸平衡系統(tǒng)經(jīng)過精密計(jì)算，保證裝車臂滿足隨遇平衡要求，對(duì)位操作輕巧方便。

LNG 裝車鶴管設(shè)有液相接口和氣相接口。裝車時(shí)，LNG 裝車臂液相接頭與LNG 槽車進(jìn)液口連接，鶴管的氣相接頭與LNG槽車的氣相口連接。開啟裝車ESD 閥門和流量控制閥門后，儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG 通過裝車泵輸送至槽車內(nèi)，氣相則返回儲(chǔ)罐。

裝車初期或吹掃階段，LNG 通過裝車臂的液相管線進(jìn)入槽車，氣化的BOG 通過氣相管線進(jìn)入放空空溫器，復(fù)溫后排入全廠火炬系統(tǒng)。正常裝車的氣相直接返回LNG 儲(chǔ)罐，與儲(chǔ)罐內(nèi)的BOG 匯合后送至BOG 回收工序。

LNG 槽車配有現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)，高液位報(bào)警器和良好的防靜電設(shè)置。裝車的初速要嚴(yán)格控制，一般在1 m/s 以下。裝車之前檢查槽罐內(nèi)的壓力和溫度，防止罐內(nèi)壓力、溫度異常。在裝車前和裝車后均需要采用氮?dú)獯祾邭庀喙芫€和液相管線。裝車前按照檢查表做好檢查，裝車過程中操作人員要在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，注意壓力和溫度的變化。

裝車區(qū)設(shè)有集液池，主要用收集裝車泄漏初期排放的LNG，并防止LNG 排入地下排水系統(tǒng)。該集液池可容納單個(gè)LNG 槽車故障造成的泄漏量。

4 主要危險(xiǎn)、有害因素分析

4.1 火災(zāi)、爆炸

LNG 危險(xiǎn)特性主要是易燃、易爆，其儲(chǔ)罐區(qū)是重點(diǎn)防火部位，如果儲(chǔ)罐未按規(guī)定進(jìn)行防雷、防靜電設(shè)置，未裝設(shè)噴淋降溫裝置，可能由于儲(chǔ)罐超溫、超壓或雷電、靜電火花導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故。

在液化天然氣儲(chǔ)存及裝車過程中，由于違反操作規(guī)程，誤開閥門或沒有及時(shí)關(guān)閉閥門等操作失誤，會(huì)導(dǎo)致物料冒罐泄漏，遇明火或其他火種很容易發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸事故。

廠區(qū)綜合布置了大量天然氣輸料管道，管道布局或設(shè)置不合理、管道缺乏防護(hù)裝置、運(yùn)輸車輛不注意按規(guī)定行駛、廠內(nèi)駕駛注意力不集中等因素，都可能導(dǎo)致撞壞管線，導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故。

進(jìn)入廠區(qū)的運(yùn)輸車輛如果未按規(guī)定裝設(shè)阻火器、無消除靜電措施，還可能因車輛排氣管排出的火花或靜電火花引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故。

4.2 車輛傷害

LNG 主要使用汽車運(yùn)輸，如果貨運(yùn)主干道和人行道路交叉混雜，或人貨同流；進(jìn)入廠區(qū)的車輛不注意安全駕駛；不注意交通管理，缺少限速等安全標(biāo)志；廠內(nèi)人員不注意避讓車輛，就很容易發(fā)生交通事故，造成車輛傷害。

4.3 凍傷

LNG 溫度為-163 ℃，如果儲(chǔ)罐、裝車工藝裝置維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，很容易導(dǎo)致物料泄漏，作業(yè)人員如果不注意安全操作、沒有穿戴好個(gè)人防護(hù)用品，接觸物料時(shí)很容易造成低溫凍傷。

4.4 中毒和窒息

維修人員進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)部等密閉空間檢修時(shí)，如果未將設(shè)備與生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行徹底隔離；未進(jìn)行吹掃、置換空氣或吹掃不徹底；作業(yè)人員防護(hù)措施不力或不注意配戴合適的防護(hù)用品，就很容易造成作業(yè)人員中毒或窒息。

5 結(jié)束語

綜上所述，本公司LNG 儲(chǔ)罐單元、冷劑儲(chǔ)罐單元、LNG 裝車單元工藝成熟、可靠，可對(duì)操作技術(shù)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位、成分等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、聯(lián)鎖控制、緊急停車，實(shí)現(xiàn)無人值守操作，能有效控制潛在風(fēng)險(xiǎn)，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目安全生產(chǎn)。在日常作業(yè)過程中，操作人員仍不能放松警惕，需注意火災(zāi)、爆炸、車輛傷害、中毒或窒息、凍傷等危險(xiǎn)、有害因素。