魏潔,喬小偉

(陜西延長石油天然氣股份有限公司,陜西 延川 717200)

液化天然氣作為清潔能源的重要代表,在我國能源結構轉型中的重要性日益凸顯。然而,國內LNG產業(yè)的發(fā)展仍處于起步階段,面臨諸多挑戰(zhàn),其中最為嚴峻的即為儲運安全問題。隨著環(huán)保政策的推進,霧霾等環(huán)境問題成為社會關注的焦點,加快了我國從傳統(tǒng)能源向清潔能源的轉型速度。由于液化天然氣獨特的物理特性,使其在儲運過程中的安全問題十分嚴峻[1-2]。因此,應根據(jù)我國實際情況,在接納國外先進經驗的同時,還需積極開展自我創(chuàng)新研究工作,盡快打造出符合我國發(fā)展特色的LNG儲運安全管理體系。

1 液化天然氣的特點

液化天然氣作為一種經過冷凍處理、從氣態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的石油天然氣,因其具有較高的能量密度、環(huán)保性、經濟高效性等特點,正逐漸嶄露頭角,成為全球能源消費的重要組成部分。由此也給液化天然氣的儲存和運輸環(huán)節(jié)帶來了不小的技術挑戰(zhàn),需要深入研究和解決。

液化天然氣的特點主要有三個方面:第一,液化天然氣的體積比其氣態(tài)形式小約600倍,意味著相同量的能源可以在更小的空間內儲存和運輸,從而提高了能源利用效率,降低了運輸成本。然而,液化天然氣必須在低于-160 ℃的低溫條件下才能保持液態(tài),這對儲存和運輸設備的設計、制造和操作提出了極高的要求;第二,液化天然氣的化學性質決定了其在存儲和運輸過程中的一些關鍵性挑戰(zhàn)。天然氣主要由甲烷構成,但在液化過程中可能還包含少量的乙烷、丙烷、丁烷、氮氣和二氧化碳等成分。這些成分在液化、儲存和再氣化過程中可能產生不同的物理和化學反應,導致能源損失、設備磨損甚至可能引發(fā)安全隱患;第三,液化天然氣的燃燒產物主要為水蒸氣和二氧化碳。二氧化碳排放量遠低于傳統(tǒng)化石燃料,且無硫氧化物和氮氧化物排放,極大地降低了空氣污染。然而,這并不意味著液化天然氣完全無害。天然氣泄漏后能在空氣中形成可燃氣體,遇明火或電火花極易爆炸,因此,液化天然氣的存儲和運輸必須遵循嚴格的安全措施。

2 液化天然氣儲運方式分析

2.1 槽車運輸

槽車運輸是實現(xiàn)能源高效、環(huán)保運輸?shù)闹匾緩?其在中短程運輸中的優(yōu)勢更是不容小覷。然而,在液化天然氣槽車運輸?shù)膶嵺`環(huán)節(jié)中,仍然存在著諸多挑戰(zhàn),具體表現(xiàn)為以下幾個方面。

首先,槽車的設計和制造需滿足低溫、高壓、低泄漏等嚴格要求。采用疏水型材料為基礎的保溫層,搭配高真空技術,能夠有效保證液化天然氣在運輸過程中的低蒸發(fā)率,從而緩解車載存儲罐內壓力的增長,提升運輸效率。槽車的動力和操控性也不容忽視,將直接決定能否適應復雜多變的道路條件。此外,由于液化天然氣的低溫特性,專用的低溫防護裝置及配套的液相、氣相雙回流裝載技術同樣必不可少,能夠有效防止槽車裝載過程中所出現(xiàn)的泄露、結冰問題。其次,全面的運輸安全管理體系至關重要,包括運輸路線的科學規(guī)劃、槽車駕駛員的專業(yè)培訓、運輸過程中的實時監(jiān)控等,這些措施將有效防止和處理可能出現(xiàn)的運輸事故。

2.2 船舶運輸

船舶運輸是長途和跨海能源運輸?shù)闹髁鞣绞?其以龐大的運輸能力和廣闊的航線網絡,在全球能源運輸格局中扮演著關鍵角色。

從船舶設計與制造的角度來看,因液化天然氣的低溫、易蒸發(fā)特性,船舶的貨艙設計需采用高效的隔熱材料和制冷系統(tǒng),保證液化天然氣在運輸過程中的穩(wěn)定儲存。同時,還應考慮船舶的穩(wěn)定性和航行性,使其適應不同海況下的運輸需求。船舶載貨與卸貨的過程是對船舶運輸技術與安全性的雙重考驗,必須確保在這兩個關鍵環(huán)節(jié)中,運用精確控制的裝卸技術和設備,以降低液化天然氣的泄漏風險。裝卸操作的專業(yè)人員,應具備豐富的實踐經驗,以應對可能出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況。在船舶運輸中,航行的安全管理策略也非常關鍵,包括航線規(guī)劃、天氣預報、船舶動態(tài)監(jiān)測等多方面的信息整合,需要實現(xiàn)實時、高效的傳遞,并做出迅速決策。

2.3 管道運輸

管道運輸?shù)暮诵膬?yōu)勢在于它連續(xù)性和穩(wěn)定性,特別是在大規(guī)模、長距離的運輸中顯得尤為重要。相較于其他運輸方式,管道運輸?shù)某跏纪顿Y和維護成本可能較高,但從長期看來,它的高效和穩(wěn)定性有助于實現(xiàn)經濟目標,因此,需要相應地搭配尖端的管道設計與制造技術,如先進的耐腐蝕材料和控溫系統(tǒng),使管道能夠在各種極端環(huán)境下長期穩(wěn)定運作,無論是在管道建設還是在管道運行階段,安全始終是首要任務。從預防性的視角出發(fā),在設計和施工階段應遵循嚴格的安全標準,確保管道的強度和韌性,以抵御地殼活動或惡劣天氣的影響,并引入實時監(jiān)測系統(tǒng),以便快速發(fā)現(xiàn)和處理任何潛在的風險。

3 液化天然氣儲運的安全技術及管理

3.1 儲運材料的合理選擇

儲運材料的合理選擇非常重要。首先,從材料科學的角度來看,儲運材料需具備良好的耐腐蝕性和耐低溫性。液化天然氣的存儲和運輸溫度通常在-162 ℃左右,因此,材料必須能在低溫環(huán)境下保持良好的力學性能,防止在運輸過程中出現(xiàn)裂紋或破裂現(xiàn)象[3]。此外,考慮到液化天然氣可能對管道產生的腐蝕效應,所選材料還要具備優(yōu)異的耐腐蝕性能,以延長設施的使用壽命,減少可能出現(xiàn)的泄漏風險。其次,在設計和建設環(huán)節(jié),技術人員要在充分了解各類材料性能特點的基礎之上,根據(jù)不同的運輸條件來制定儲運方案,凸顯設計決策的合理性。最后,材料選擇還需考慮到環(huán)境影響的因素,優(yōu)先選擇低碳、環(huán)保的材料,有助于減少液化天然氣儲運過程中的碳排放,促進可持續(xù)發(fā)展目標的順利實現(xiàn)。

在液化天然氣儲運管理上,需要制定嚴格的材料審查與測試程序,保證材料符合相關的工業(yè)標準,能夠在實際應用中表現(xiàn)出預期性能。同時,還需定期開展設施的檢查和維護工作,對出現(xiàn)磨損和腐蝕的情況要及時進行處理。

3.2 儲運設備的科學應用

液化天然氣的儲運設備,包括但不限于存儲設備、運輸設備、泵類設備等?？茖W應用的核心在于,滿足基本使用性能的前提下,通過精細化、智能化的管理工作,最大程度地保障儲運過程中的安全性,以此提升運輸效率。

液化天然氣的存儲需要應用經過特殊設計的大型儲罐,考慮到液化天然氣的低溫特性,存儲設備必須能夠承受極低溫度,防止材料因溫度過低而產生力學性能變化。在操作過程中,需要搭配使用功能完善的壓力控制與監(jiān)測系統(tǒng),及時反映溫度和壓力變化,保證安全[4]。

前文中有所提及,液化天然氣的運輸方式主要包括船舶、槽車、管道等。需要有針對性地設計操作規(guī)程,以防止液化天然氣在運輸過程中出現(xiàn)泄漏或燃燒問題。例如,船舶和槽車需要配備特制的隔熱罐體,保證在長時間的運輸過程中,液化天然氣的狀態(tài)穩(wěn)定;管道需要定期進行檢測和維護,以防止因腐蝕和磨損引起的泄漏。

在管理上,儲運設備的使用和維護應根據(jù)設備的運行狀態(tài)進行。例如,設備的定期檢查、清潔和維護,都應基于設備的使用頻率、工作環(huán)境等因素,制定出詳細的制定計劃與驗收標準。同時,通過采用數(shù)字化和智能化的管理方式,如遠程監(jiān)控、預警系統(tǒng)等,可以進一步提高設備管理的工作效率。

3.3 完善安全技術措施

3.3.1 防泄漏可燃氣體探測系統(tǒng)

液化天然氣具有極低的液化溫度與可燃性的特點,任何形式的泄漏都可能引發(fā)嚴重的安全事故。因此,建立一套有效的防泄漏可燃氣體探測系統(tǒng)必不可少。

防泄漏可燃氣體探測系統(tǒng)主要由氣體探測器、控制單元、報警設備以及應急處理設備組成。系統(tǒng)的關鍵技術在于探測器的靈敏度、精度以及反應時間,其中,氣體探測器的作用是對環(huán)境中的氣體濃度進行連續(xù)監(jiān)測,一旦探測到液化天然氣泄漏,控制單元會立即啟動,向操作人員發(fā)出警告,并自動啟動應急處理設備,如自動關閉閥門或啟動通風設備,以最大限度地降低泄漏的危害。

然而,傳統(tǒng)的防泄漏可燃氣體探測系統(tǒng)在面對低濃度泄漏或極端環(huán)境條件時,可能存在探測延時或誤報等問題。因此,未來的研究重點應著眼于提高氣體探測器的靈敏度和精度,以及對極端環(huán)境條件的適應性。如,通過采用新型傳感器材料和微納米制造技術,實現(xiàn)對低濃度液化天然氣泄漏的快速反應。

3.3.2 防過度振動裝置

在液化天然氣的儲運過程中,運輸設備在物理環(huán)境的影響下可能產生不同程度的振動。這些振動如果超出正常范圍,將會對設備造成破壞,甚至引發(fā)泄漏等安全問題。

防過度振動裝置的核心是探測和控制。對于探測,其主要是通過振動傳感器來實現(xiàn)。當設備振動超過一定閾值時,振動傳感器能夠及時檢測并發(fā)送信號。對于控制,是根據(jù)傳感器發(fā)送的信號啟動防振設備,如阻尼器、吸振器等,從而減小設備的振動,確保其處于正常工作的狀態(tài)。

3.3.3 事故應急系統(tǒng)

事故應急系統(tǒng)包含事故應急預案和應急處理設備兩個部分。其中,事故應急預案主要涉及應急行動計劃、應急責任人、應急資源配置等問題。這些預案不僅要詳細列出在不同情況下的行動指南,還需要定期更新,以適應不斷變化的儲運環(huán)境。同時,預案的實施效果還依賴于應急人員的專業(yè)技能和應急意識,因此,對應急人員的定期培訓和演練也是應急系統(tǒng)發(fā)揮作用的重要因素。應急處理設備包括消防設備、泄漏應急處理設備、應急撤離設備等。這些設備需要根據(jù)具體的儲運環(huán)境來進行科學選擇,并展開定期維護,確保在事故發(fā)生時能夠迅速啟動,有效降低事故所帶來的損害。

3.4 細化安全運行管理

3.4.1 制定管理方案

安全管理方案涵蓋了操作過程的全部,包括對安全防護、故障預防、故障排查等環(huán)節(jié)的精細管理。通過制定以儲運特點為導向的管理方案,能夠更有效地確保液化天然氣儲運的安全和穩(wěn)定。

考慮到液化天然氣在溫度、壓力、易燃易爆等方面具有獨特性,在進行安全運行管理時,不能簡單地套用一般化的管理框架,而是需要根據(jù)其具體的特性,制定有效的安全運行管理方案,防范儲運過程中可能出現(xiàn)的各種風險,從預防、控制、響應等多個層面展開精細化的管理[5]。例如,在預防層面,方案中需要包含設備定期檢查、員工定期培訓等內容,防止事故的發(fā)生;在控制層面,方案中需要有如何通過控制儲存設備的壓力和溫度,減少事故影響的描述;在響應層面,方案需要說明當事故無法控制時,應如何進行緊急撤離,如何進行事故調查和整改等。且需要明白,簡單制定管理方案并不能完全避免事故的發(fā)生,必須保證方案的執(zhí)行力度。例如,可以通過實施例行的設備檢查和人員培訓,落實預防措施;通過實時的監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)風險控制;通過完善的應急預案和演練,保證應急預案的快速響應等。

3.4.2 優(yōu)化崗位規(guī)程

液化天然氣儲運工作的崗位規(guī)程優(yōu)化不能只滿足于表面化的文字要求,應針對液化天然氣的特性,結合具體工作崗位的職責,深入剖析崗位工作流程,設計出更為精細且符合實際需要的崗位規(guī)程。以設備操作崗位為例,應在詳細解析設備結構、原理和操作步驟的基礎之上對可能出現(xiàn)的設備故障、異常情況進行預設,列出故障癥狀、原因分析及處理辦法,以此來增強操作人員應對設備故障的能力。同時,對于液化天然氣的儲存、運輸?shù)忍厥猸h(huán)節(jié),崗位規(guī)程應提出更為嚴格的操作步驟,從源頭上杜絕安全風險。

3.4.3 提高人員素質

在現(xiàn)代化的液化天然氣儲運過程中,盡管機械化和自動化設備起到了關鍵性作用,但工作人員仍然擔任著決策者與操作者的重要角色,其素質水平的高低影響著液化天然氣儲運的安全,必須提高操作人員的素質。

人員素質的提升可以從技能和知識兩個方面進行。在技能方面,操作人員應經過嚴格的培訓和考核,熟練地掌握液化天然氣儲運設備的操作方案,并具備應對異常情況的能力。在知識方面,操作人員除了要具備液化天然氣儲運的基本知識以外,還要了解液化天然氣的物理和化學性質,以及液化天然氣在不同條件下可能出現(xiàn)的安全風險。

安全意識是液化天然氣儲運中預防安全風險的第一道防線。通過定期的安全教育和演習,可以強化操作人員的安全意識,使其在面對突發(fā)事件時,能夠迅速采取有效的應對措施。

在高壓力、高風險的工作環(huán)境下,良好的心理健康有助于維持操作人員的穩(wěn)定工作狀態(tài),還應在日常的員工培訓活動中加入有關于心理健康調節(jié)方面的內容。

4 結語

加強液化天然氣儲運的安全管理工作,其核心目標不僅是提升工作效率,保障經濟發(fā)展需求,更為關鍵的是應對全球能源危機,促進我國可持續(xù)發(fā)展目標的順利實現(xiàn)。在日后的儲運工作中,勢必還會面對更多的問題和挑戰(zhàn),期望科研工作者與行業(yè)實踐者能夠加倍努力,為液化天然氣的儲運安全保駕護航。