导航：安全管理网>> 安全论文>> 电力安全论文>>正文

基于静电防护的LNG加注趸船管道条件限定分析

文档作者：黄朝霞文档来源：中国船级社		点击数：	更新时间： 2024年04月29日
下载地址：点击这里	文件大小： 702.32 KB 共4页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共4页]

本文件共4页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：702.32 KB 共4页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

上一篇：土石坝安全的集对分析-可变模糊集评价模型

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

第43卷第6期
2014年12月
船海工程
SHIP&amp;amp;0CEAN ENGINEERING
V01．43 No．6
Dec．2014
DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2014．06．009
基于静电防护的LNG加注趸船管道条件限定分析
黄朝霞
(中国船级社武汉规范研究所，武汉430022)
摘要：分析LNG输送管道内静电的形成原理，从静电防护的角度出发，阐述LNG加注过程中由于静电
的作用对输送管道的内径、长度和管内流速的限制要求参考国内外关于燃油类产品安全流速的有关规定，
提出适合LNG加注需求的输送管道内径和流速的约束条件，给出LNG加注趸船管道静电防治的建议。
关键词：LNG加注趸船；输送管道；静电防护；安全流速
中图分类号：u674．13 文献标志码：A 文章编号：167l一7953(2014)06枷38—04
我国已有多艘船舶已经或正在进行LNG作
为动力燃料的改建，LNG在船上的广泛使用，促
进了LNG加注站点的部署，LNG加注站的部署需
要结合加注效率考虑。以长江上500 m3的加注
趸船为例，如果为20 m3的燃料罐加气，假设加注
时间为1 h，1 d只能加10～15艘船。如每艘船满
功率运行6 d，1座加注站可以供应的船舶为60～
90艘。如若长江水系船舶总数的10％完成改造
(1．3万条)，则需要建立约140座500 m3规模的
加注趸船。可见，加注时间的长短影响着水上
LNG应用的供求关系。在管道内径一定的情况
下，提高加注效率就必须从管道流速人手。但是，
诸如静电和压力等多种因素决定了管道流速不可
能无限制提高，特别是静电的影响尤为关键。因
此，研究在预防静电危害发生的前提下确定安全
的流速上限，不仅是提高加注效率的有效途径，而
且反过来又影响着管道内径大小的设计。为此，
从静电防护的角度出发，分析输送管道的内径、长
度和管内流速在LNC加注过程中对静电生成的
影响，得出管道内径和流速的限制条件。通过对
国内外关于燃油类产品安全流速的有关规定进行
研究分析，提出适合LNc加注需求的输送管道内
径和流速的约束条件。
收稿日期：2014—04—28
修回日期：2014—06—05
资助项目：中华人民共和国海事局、国家能源局研究
项目
第一作者简介：黄朝霞(1983一)，女，博士，工程师
研究方向：船舶电气
E-mail：huangzhaoxia@(、cs．o昭．cn
1 LNG输送管道内静电的形成
影响静电产生的因素有很多，如物体周围的
温度和湿度、摩擦力大小、物体的电阻率等。LNG
富含甲烷(cH。)，属于烃类液体，影响其带电量的
因素如下1。
1)流速。管道内静电量与流速的1．75次方
成正比。
2)管道内径和长度。管道内静电量与管道内径
的0．75次方成正比，且随着管道长度增加而增加。
3)电导率。实验证明，电导率在100 pS／m
左右的液体，液体最易产生并积累静电，而LNG
的电导率在1～100 pS／m L2。。
4)杂质。实验证明，少量杂质的存在会显著
增加静电量，但是过多杂质会不利于电荷的积累。
5)管道工艺。绝缘材料的管道，显然容易聚
积静电，即使接地也无明显效果；粗糙的管道内壁，
使LNG与管道的接触面积增大，也易于聚积静电。
2 基于静电防护的LNG管道条件
限定
导致静电危险的3个基本进程有①电荷分
离；②电荷储集；③静电放电。液体流过管道、油
类装入油舱的初始扰动等都会产生液体电荷分离
过程；液体电导率低于50 pS／m时被认为是静电
储集体，实际上，只要电导率足够低，就会有电荷
储集；过强的静电场在其周围电阻突降时，储集的
电荷突发重组，就会产生“电晕”“刷形放电”和
“火花”等静电放电现象。
LNG流通管道就会产生电荷分离，其电导率
在1～100 ps／m之间，足够储集可能引起静电危
161
万方数据
第6期船海工程第43卷
害的电荷，若储集了足够的电荷，静电放电现象又
无法绝对避免。考虑LNG液化过程中杂质分离
较好，而管道材料和内壁平滑度等工艺也是固定
的，因此，可以控制的预防静电危害的因素只有管
道长度、LNG流速以及管道内径。
2．1静电对管道长度的限制
管道长度对静电的影响，根据文献[3]中观
点，完全不带电的液体在管道中流通时，起电和泄
放电是同时存在的，初始时由于电荷少，起电快，
泄放电慢，随着管路电荷的增加，起电量和泄放电
量趋于平衡，管路中形成稳定的冲击电流。
该冲击电流，与管道长度L的近似数学关系
满足
L
，=1TD，；·r"(1一e—i) (1)
式中：．，。——起电电流密度，在平均流速及一定条
件下为常量；
D——管道内径；
丁——液体的时间常数；
"——液体平均流速。
不同刊下的冲击电流，与管道长度￡的近
似关系曲线，见图l。图中各量只表示数值关系，
不代表实际物理意义。
图l不同∥对应的冲击电流J与管道长度L
的近似关系曲线
由冲击电流，与管长L的数学关系来看，在
起电过程中，冲击电流随着管道长度以指数形式增
加，趋于饱和，且饱和值与管长无关。当￡=3删
时，电流可达饱和值的95％，此时的￡称为饱和距
离。因此，实际中的管道长度，限于实际距离等条
件不可能无限短，当其接近或者超过饱和距离后，
冲击电流趋近饱和，调节静电量的能力非常有限。
2．2静电对管道流速的限制
参照表1、表2目前国际、国内对于各种油类
防静电的标准，LNG的管道流速应该至少应符合
以下限制。
1)初始流速低于1 m／s。这主要从以下三方
面考虑①液舱开始装载时，水与油类的混合存在
最大的可能性，油水混合物构成最大的潜在静电
162
表1国内有关标准关于燃油类产品安全流速的有关规定
国内标准流速要求
GBl2158一铁路槽车：”≤0．8／D；汽车罐车：口
1990防止静电事≤0．5／D。在注油管未浸入液面前，
故通用导则其流速应限制在1瑚／s以内
GBl3348---_92
液体石油产品静
电安全规程
GBl6994—
1997油品码头安
全技术基本要求
SH／713 108—
2000炼油厂全厂
性工艺及热力管
道设计规范
中国石油化工
集团公司职业安
全卫生管理制度
(1995)
装油初速度不大于1 In／s，当人口管
浸没后，可提高速度，但100 mm管径不
大于9 In／s；150 mm管径不大于7 n∥s
防静电设计方法、措施和管理参考
GBl3348和GBl2158
电导率小于50 ps／m时，初始流速
小于4 ln／s，汽车罐车满足"≤0．5／
D，铁路罐车满足口≤O．8／D，且最大
流速低于7瑚／s
电导率大于50 ps／m时，或安装了
静电消除器时，流速不得大于10∥s
甲、乙类液体进入贮罐和槽车时，
初流速不得大于1 In／s，当人口管浸
没200 mm后可提高流速，最高不得
超过6 n∥s
黛藏势爹装嚣勰麓
技术要求
3叫8
表2国外有关标准关于燃油类产品安全流速的有关规定
国际标准流速要求瓣麓一渊薯蘸黼搿
妻茹翟。：嚣嚣∥一水平是
静电安全指南导电率在100 ps／m以下最大值7 rn／s
1988(日本) 导电率在100 ps／m以上最大值10Ⅱ／s
在往各个油舱装油的最初阶段，支码霎霎鎏薯言油蓑||蠢||霉嚣冀塞燃流速提高到最大许可值
万方数据
基于静电防护的LNG加注趸船管道条件限定分析——黄朝霞
来源；②初始的进油口低油速可以将油类进入液
舱造成的搅动和激溅降到最低，有助于减少静电
荷的产生；③初始的进油口低油速可以使油雾的
形成降到最低，油雾极易储集电荷，导致可燃性大
气。
2)管径条件允许时，最大流速低于7 n∥s。
油船静电防范的既往操作和经验表明，只要流速
低于7 n∥s，潜在的危险发生可能性就极小。虽
然也有相当数量的必威体育官方网站
文件认为7 H∥s的速度只
是预防性的限制值，但是实际各种因素复杂，无法
精确得到安全的更高流速，因此，出于LNG燃料
的安全考虑，在管径允许的条件下，最大流速不得
超过7 n∥s的安全经验流速。
根据以上分析，可以确定LNG加注过程的安
全流速控制方案，见图2。
图2 LNG加注过程的安全流速控制方案
2．3静电对管道内径设计的影响
设计管道内径，必须综合考虑流速和加注
LNG的容积速率。容积速率就是单位时间内加
注的LNG液体体积。
根据表2中《APl2003—199l防止静电、闪电
和杂散电流引燃的措施》《GBl2158—1990防止
静电事故通用导则》和《s彤r13108—2000炼油厂
全厂性工艺及热力管道设计规范》规定的流速限
制。
铁路槽车为
口≤0．8／D (2)
式中："——流速，m／s；
D——管径(直径)，m。
汽车罐车为
"≤0．5／D (3)
根据表2中《Asl020一1970南澳大利亚静电
规范》对于非导电烃的带电安全水平的流速限制：
秽2≤0．64／D (4)
LNG液体的容积速率为
y=0．25盯D2∥ (5)
表3～表5为按式(1)～(4)的约束条件计算
200 mm以内的常用管径在允许最大流速下对应
的容积速率。内河船以鄂州的3 100 t散货船为
例，LNG储罐容器是15 m3，目前国内潜液泵排量
最大为20 m3／h，根据表中数据，此3种限制条件
下的加注均可以在30 min内完成。
表3 v≤O．8／D时管道流速和容积速率
管径D允许最大流速容积速率k。容积速率％。
／mm F／(m·s。) ／(m·s一1) ／(m·h一1)
表4 v≤0．5／D时管道流速和容积速率
管径D允许最大流速容积速率y⋯容积速率K。
／mm F／(m·s-1) ／(m·s 1) ／(m·h一1)
表5 v2≤O．64／D时管道流速和容积速率
为更精确分析3个约束条件对管径的影响，
以D=100 mm，LNG加注容积速率”=100 m3／h
为例，此时所需的最小流速‰。=3．54 H∥s。定义
约束条件下的速度裕量”，=”⋯一秽mm。秽。。为约
束条件下的最大速度。速度裕量可以转化为更高
的加注效率或相应的管径设计范围。
1)根据式(2)的限制条件”≤0．8／D=8 n∥s，
取上限秒≤7 In／s，速度裕量∥，=3．46 In／s。
2)根据式(3)限制条件秽≤0．5／D=5—n／s，速
度裕量为∥，=1．46 n∥s。
3)根据式(4)限制条件，口2≤o_彬D=2．53 In／s，
速度裕量为秽，=1．0l H∥s。
因此，在保证安全的前提下，约束条件式(2)
可以提供最大的速度裕量，式(3)可以提供较好
163
万方数据
第6期船海工程第43卷
的速度裕量，式(4)所能提供的速度裕量最少。
根据以上分析，在保证LNG加注容积速率的
前提下，对于管径的设计，必要时可以以牺牲速度
裕量来换取更宽广的设计范围。在实际设计中，
考虑加注趸船LNG储罐较大，储罐的形状和尺寸
减弱了静电场，趸船接受槽车充装LNG管道的管
径范围可依据式(2)来设计；而趸船的加注LNG
管道的管径范围可依据式(3)来设计；在更为严
格的静电条件下，可参考式(4)来设计。
至此，对于确定的LNG加注量K，则对LNG
燃料动力船的加注过程的总时间r可以大致由
下式确定。
0．25订D2·"l·fl+
0．25丌D2·口⋯-(71一￡1)=V， (4)
式中：f．——1 n∥s流速对应的时间；
”。。，——最大流速，秒l=1 n∥s；
D——管径。
3 建议
由于LNG拥有与油类物质接近的电导率，
LNG加注时其他针对管道防静电对策可以参考
油类防静电标准。
1)加注时，保证加注管头浸没在LNG液面以
下，以免发生飞溅现象。
2)避免使用小直径的连接管，加注管最好使
用金属管，且保证接地。
3)当增大泵的功率提高加注速度时，要相应
增大加注管的直径或增加加注管根数，以避免单
管流速过高。
4)实践证明，采用T形、锥形、45。斜口形加
注管头，可以减轻从气罐顶部加注时的冲击，从而
有效降低气罐内液面的静电电位。
5)加注结束后，不能使用压缩空气来清除加
注管内的残液，防止形成可燃混合气体。
参考文献
[1]简明学．现代船舶消防[M]．南京：广西科学技术出
版社，1992．
[2]何茂权．液化天然气储运系统风险评价[D]．上海：同
济大学，2007．
[3]赵航宇．船一岸安全电气连接新技术研究[D]．上海：
匕海海运学院，2001．
LNG Bunkering Pontoon Pipeline Conditions Limit Analvsis Based
on Electrostatic Protection
HUANG Zhao-试a
(Wuhan Rules and Research Institue，China Classification Society，Wuhan 430022，China)
Abstract：‘I’he fonTling principle of electrosta“c in the LNC pipeline is analyzed． The limit requirements of inner diameter，
length of pipeline and LNG now velocity due to electI’ostatic effects are expounded． By I℃fbrencing the relevant provisions of the
safety velocity of fhel pmducts，the constraint conditions of the pipeline diameter and flow velocity for LNG bunkering demand are
put
forward． Some
suggestions
of
prevention and control of elecfmsfa“c for UVG bunke“ng pontoon pipes are西ven．
Key words：LNG bunkering pontoon，transfer line，prevention and control of electrosta“c，safety velocity
(上接第92页)
Numerical Studv on Eff6cts of Fuel Oil Heat Pipes
Layout upon Preheating Process
CAI Lin，TUo Ai-li，XIN Yu，ZHANG Jian-ping
(China Ship Development and Des唔n Center，wuhan430064，China)
Abstract：In order fo study the efkcts of fhel oil heat pipes layout upon the preheating pmcess，the now preheating now
field of fuel oil tank is calculated by CFD method．Three schemes of single mw pipe—line amngement，two row and integrated ar—
mngement are simulated． The，nS equations for unsteady oil now field are set up． Based on Boussinesq§appmxima“on the natu—
ral convection caused by buoyancy lift and heat transfbr through the side wall is considered． The result shows that integrated ar—
rangement tend to be more stable with better preheating effect．
Key words：fuel oil heating；CFD；natural convection；temperature dist“bution．

网友评论 more

电力安全论文最新内容

04-29