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LNG气化站的安全设计

文档作者：王蕾李帆文档来源：华中科技大学环境科学与工程学院		点击数：	更新时间： 2021年10月09日
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第25卷第6期
2005年6月
煤气与热力
GAS＆ HEAT
Vo1．25 No．6
Jun．2005
雾
爨 设计与计算 甏
p ％
LNG气化站的安全设计
王 蕾， 李 帆
(华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074)
摘要： 分析了LNG的危险性，从围堰区、LNG储罐、气化器、管道及管件、消防系统等方面
对LNG气化站的安全设计进行了讨论，指出应尽快制定符合我国国情的LNG规范。
关键词： 液化天然气； 气化站； 安全
中图分类号：TU996 文献标识码：B 文章编号：1000—4416(2005)06—0030—04
Safety Design of LNG Vaporizing Station
WANG Lei． LI Fan
(School of Environment Science&amp;amp;Engineering，Huazhong University of Science&amp;amp;Technology，
Wuhan 430074，China)
Abstract： Hazards of LNG are analyzed，and the safety design of LNG vaporizing station is dis—
cussed in aspects of impoundment area，LNG tank，vaporizer，piping and fittings，fire control system etc．．
It is pointed out that a LNG code that accords with Chinese basic conditions should be laid down as early as
possible．
Key words： LNG； vaporizing station； safety
随着全球经济的迅速增长和能源需求量的不断
扩大，液化天然气(1iquefied natural gas，LNG)因具
有运输效率高、用途广、供气设施造价低、见效快、方
式灵活等特点¨。 ，给世界LNG工业的发展提供了
良好的基础。我国发展LNG进口项目，建设LNG
气化站 ，弥补管输天然气的不足已成为目前城市
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较为关注的焦点。
1 LNG危险性分析
LNG的成分中甲烷的摩尔分数为96％ 以上，所
以LNG和液体甲烷性质基本类似，若处理不当，极
易发生事故。从LNG的特性出发，危险性主要有：
①不同时刻进入同一设备的LNG由于成分和密度
差异引起分层，导致LNG突然大量蒸发，压力骤升。
若压力超过设备的极限承压能力，会造成设备损坏
和介质泄漏，甚至爆炸。②LNG的储存和操作都是
在低温下进行的，一旦发生泄漏，低温会造成材料性
能下降，导致更加严重的事故，并对人体造成严重伤
害。③虽然天然气毒性较小，但其中主要成分为甲
烷，泄漏后会造成窒，皂、等人身伤亡事故。④ 天然气
与空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限(体积
分数)为3．6％ ～6．5％ ，爆炸上限(体积分数)为
13．0％ ～17．0％ L4j
。如果存在着火源，极易发生着
火燃烧，甚至爆炸。同时，气体燃烧产生的热辐射会
对人身及装置造成极大危害。
可见，LNG气化站的安全至关重要。在设计过
程中，必须确定与LNG装置有关的危险，根据相关
的标准和运行管理经验，对气化站的安全设计全面
把关，使整个系统达到较高的安全水平。
2 LNG气化站的安全设计
目前，我国尚未颁布针对城市燃气LNG气化站
设计的标准和规范。在已经建成或正在建设的
LNG项目中，通常是专业人员借鉴国外的标准和国
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第6期 王蕾，等：LNG气化站的安全设计 第25卷
内外的管理经验，结合工程实际情况进行设计和施
工。常用的国外标准主要有美国标准《液化天然气
(LNG)生产、储存和装卸标准》(NFPA 59A)、日本
部颁标准《一般高压瓦斯保安法则》等，国内标准主
要有《石油化工企业设计防火规范》、《城镇燃气设
计规范》、《火灾自动报警系统设计规范》等。
2．1 围堰区
围堰区是指用压实土、混凝土、金属等耐低温材
料在LNG储罐周围建造的堤防、护墙或排液系统所
围成的区域。其作用是当LNG泄漏或溢出时，将可
燃液体限制在围堰区内，防止进一步扩散；当发生火
灾时，阻止火焰向四周蔓延。因此，确定围堰区容积
时应考虑LNG储罐总容积、冬季积雪或其他原因导
致围堰区蓄液能力下降等多方面因素。
2．2 LNG储罐
LNG储罐安全设计主要有以下几方面内容：
① 根据储罐容积合理确定安全间距，见表
1[引
。
表1 围堰墙与站区围墙之间、储罐之间的水平净距
Tab．1 Horizontal distances from impoundment area to
station and between tjlnl【s
储罐容积 围堰墙到站区围墙的 储罐之间水平
v， 水平净距最小值／m 净距最小f~／m
m 3<0
． 5 0．0 0．0
0．5≤ m3<1．9 3．0 1．0
1．9≤ m <7．6 4．6 1．5
7．6≤V／m3<56
． 8 7．6 1．5
56．8≤V／m3<114． 0 15．0 1．5
114．O<~V／m3~<265
．13 23．0 相邻储罐公称直
储265 罐公称直径的0．7 径之和的1／4，且
． 0< m3 倍
，但不小于30．0 m。 最小为1．5 m。
② 为保证储罐及其连接部件在LNG及其冷
蒸气温度下仍能正常工作，罐体材料必须满足低温
性能要求。暴露的储罐隔热层应防火、阻燃、阻蒸
气、防水，且在消防水的冲击力作用下不会移动。储
罐内外筒之间填充的不可燃隔热材料不仅要适应
LNG及冷蒸气性质，而且当外筒遇火灾事故时，能
确保内筒材料的导热性能稳定 。
③ 合理设计、配置阀门等附件，主要包括：
a．储罐进液系统设顶部、底部两个进液阀，当
充注液体与储罐中原有液体物理性质有差异时，通
过不同部位的进液，减少混合液体分层的可能性，减
小事故发生率 J。
b．设置足够数量的安全阀，安全阀与罐体之间
设手动截止阀，保证储罐工作压力在允许范围内。
内简设安全放空阀，连通火炬。外简泄压装置将放
空气体引至放空火炬。
C．每个储罐的液相管上设2个紧急切断阀，发
生意外事故时切断储罐与外界的连通，防止罐内
LNG泄漏。
d．每个储罐设2套相互独立的液位测量装置。
e．在储罐真空夹套层设压力仪表，测量压力是
否在合理范围内。
f．多台储罐之间隔离阀的操作水平净距至少
为0．9 m。
g．储罐投入运行时，设温度检测仪，用来监测
温度或作为检查和校正液位计的工具。
④ 给设计压力高于100 kPa的储罐配备相关
装置，预防LNG充注过量、液体受热膨胀造成液位
超高以及罐内压力达到安全阀启动值时液体淹没安
全阀进口。
⑤ 为避免罐内形成空气与天然气的混合物导
致事故，储罐在首次充注LNG之前，或停止使用内
部检修后，需要用惰性气体将罐内的空气或天然气
置换出来，进行惰化处理 。
⑥ 根据地质、气象等资料，分析发生地震、风
灾、雪灾等自然灾害的可能性及其特征，考虑储罐的
抗震和抵御风雪载荷的能力。
2．3 气化器
美国标准NFPA 59A 将LNG气化器分为加热
气化器、环境气化器和工艺气化器3类。其中，加热
气化器的气化热源是燃料燃烧、电力、锅炉或内燃机
废热等；环境气化器的气化热源来自自然环境，如大
气、海水、地热水等；工艺气化器的气化热源来自其
他热动力过程、化学过程、有效利用LNG的制冷过
程 。气化器安全设计主要有以下2方面内容：
① 保证安全间距。除非导热介质是不可燃
的，否则气化器及其主热源与其他任何火源之间的
水平净距至少是15 m。加热气化器到站区围墙的
水平净距至少是30 m，到以下地点的水平净距至少
是15 m：a．LNG、可燃液体、可燃制冷剂或可燃气体
储罐，危险液体的装卸设备接头及含有危险液体的
不动火工艺设备。b．控制大楼、办公室、商店、居民
楼等建筑物。布置有多个气化器时，各气化器之间
的水平净距至少为1．5 m。
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第6期 煤气与热力 第25卷
② 合理设置阀门等附件，主要包括：
a．每台气化器都应设置进口、出口切断阀和安
全阀。
b．为防止泄漏的LNG进入备用气化器，可安装
2个进口阀门，并采用安全措施排空积存在两个阀
门之间的LNG或蒸发气体。
C．在与气化器的水平净距为15 m的LNG管路
上安装切断阀，该阀门可由现场操作或远程控制，且
有一定保护措施预防阀门因温度过低而失效。
d．在液体管路上设自动控制切断阀，该阀门到
气化器的水平净距至少是3 m，且在液体流量过大、
设备周围温度异常、气化器出口处温度过低时能自
动关闭。
e．加热气化器应配备切断热源的装置，可由现
场操作或远程控制。
f．设置自动装置，防止LNG或其蒸气在异常温
度下进入输配系统。这些装置应与仅用于紧急情况
的管路阀门配合使用。
g．设置温度检测仪，测量LNG、蒸发气体和加
热介质的进出口温度。
2．4 LNG管道及管件
LNG管道及管件内、外表面接触的物质温度差
较大，设计管道及其支撑结构时应考虑到大温差和
温度变化对材料性能的不良影响。因此，对LNG管
道包裹防水、隔热、阻燃的隔热层，对支撑结构采取
措施，防止因传热造成的管道结冰或支撑钢材脆化。
在液相管道的两个切断阀之间设置安全阀，防
止管道超压造成事故。在气相总管上设紧急放空装
置，当误操作或设备超压时，安全阀自动开启，保护
气相管道的安全，降低对管道及管件的破坏程度。
公称直径不大于50 mm的管道采用螺纹连接、
焊接或法兰连接均可；公称直径大于50 mm的管道
采用焊接或法兰连接。除管材不同、设备连接或维
修部位等必要处以外，尽可能少使用螺纹连接和法
兰连接。
2．5 消防系统
消防系统安全设计的原则是：尽量切断气源，控
制泄漏；对着火罐及邻近罐和设备进行冷却保护，避
免设备超压造成更大灾害；将泄漏的LNG引至安全
地带气化，避免燃烧扩大。根据这3个原则，消防系
统安全设计包括以下几个部分：
① 分布控制系统
分布控制系统(distribute control system，DCS)
用于显示和控制LNG装置的温度、压力、液位、流量
等主要和重要的控制参数 Ⅲ 。
② 紧急关闭系统
紧急关闭系统(emergency shut down，ESD)与
DCS系统相互独立，在LNG装置发生紧急状况时启
动，用于隔离和关断LNG或其他可燃危险物质的来
源，并关闭那些如果继续运行可能维持或加剧灾情
的设备。
③ 火灾和泄漏探测报警系统
该系统包括在工艺设备特别是LNG储罐附近
设置的可燃气体浓度检测报警器，在生产区设置的
火焰探测器、火灾报警器以及用来检测LNG是否泄
漏的过冷检测器。检测信号均送人DCS系统，与设
定报警值比较。部分重要信号再送人ESD系统，便
于单元设备停机或全站联锁停车。
④ 消防水系统
消防水系统由消防泵房、消防水池、消防管道及
消火栓、消防水炮等组成，主要用于冷却储罐等设备
和管道，而不是控制和扑灭火焰。相对于LNG而
言，水是热源，为LNG气化提供热量。特别是在
LNG溢出后危险最大的初期内接触到水这样的湿
热表面，会提高LNG气化速率，加快燃烧速度。但
水的射流可以冷却着火区周围未着火的设备和管
道，吸收和控制火灾产生的热量，阻止火的蔓延，保
护消防人员和站区工作人员。
⑤ 干粉灭火系统
干粉灭火剂是扑灭高压力、大流量天然气火灾
的最有效措施。对泄漏量较少的火灾，可以用干粉、
二氧化碳、卤代烷灭火剂扑灭，灭火后应立即切断气
体来源，阻止气体溢出，否则可能复燃。
⑥ 泡沫灭火系统
采用高倍数泡沫灭火系统，喷出大量泡沫覆盖
在泄漏的LNG上面，减少来自空气的热量，有效降
低LNG蒸气产生的速率，减小可燃气体覆盖的范
围。若条件允许，还可设置固定式低倍数泡沫灭火
系统，在储罐、管道等重要设备上方设置泡沫喷淋灭
火装置。
⑦ 移动式灭火器材
在LNG设备和汽车槽车等处属于严重危险级
别的关键位置，设便携式或手推式灭火器。控制室、
变配电室内配置手提式二氧化碳灭火器，以保证迅
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第6期 王蕾，等：LNG气化站的安全设计 第25卷
速有效地扑灭初期火灾。进入厂区的机动车辆应设
至少1个便携式干粉灭火器，其容量不低于9 kg。
2．6 其他
① 合理进行功能分区，将储存区、生产及辅助
区和办公区分开设置。综合考虑防火间距、消防车
道及防火防爆要求。
② 选择与防爆区域等级相适应的电气设备，
保证站区供电系统的安全可靠性。
③ 设专用放空火炬，高30～40 In，LNG储罐、
罐顶蒸发气(boil of gas，BOG)储罐、工艺管道和各
生产工段的超压泄放装置均引至火炬，避免在站内
形成爆炸性混合物。
④ 设有LNG工艺设备的建构筑物应采取机
械排风、自然排风或多种方式相结合的通风措施，使
危险气体聚积所具有的潜在危害性降到最低。如果
蒸发气体密度大于空气，应在其聚积部位最低处设
通风装置。
⑤ 对工作人员进行定期培训，使其了解LNG
特性及可能产生的危害和影响、防护用品的作用及
正确的使用方法。给工作人员配置必需的防护服、
头盔、面罩、手套、靴子和呼吸用具等装备，并存放在
便于取用的位置。
⑥ 站内生产装置及辅助设施、工业建筑物均
安装避雷装置。
⑦ 确保站内的消防用电及通信设施正常工
作。消防控制系统、消防水泵等主要用电设备有备
用电源，站内控制室设外线报警电话。
3 结语
纵观世界LNG工业的发展历程，我国尚未进入
高度发达阶段，国内也未颁布关于LNG气化站设计
和施工的规范，在工程设计中普遍以美国、欧洲国
家、日本的标准作为参考，但这样的做法存在如下问
题：
① 国内厂家生产的设备质量是否符合美国防
火协会标准NFPA 59A尚未确定。
② 强制性标准和规范的空缺，使得LNG气化
站在建设中可能留下安全隐患。
③ 国内已有企业具备生产LNG及其相关设
备的能力，但如何在投入使用前对其产品进行安全
质量测评没有可操作的依据。
④ 部分厂家一味追求先进技术、高质量，是否
会因个别产品质量标准过高而造成不必要的浪费。
在关注我国进口LNG项目，探讨LNG工艺流
程及节能措施，开发LNG新产品、新技术、新设备的
同时，应着眼于我国城市燃气必威体育官方网站
现状，本着安全供
气的原则，制定和颁布可靠、可行、可依的LNG规范
是当务之急。
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作者简介：王蕾(1980一 )， 女， 北京人， 硕士，
从事燃气输配管网安全评价系统的研究工
作。
电话：(027)87546570
E—mail：buiiuer@sohu，con
收稿日期：2004—11—26

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