Transcript 4、LNG装置安全设计探讨

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LNG产业开发技术培训资料
LNG装置安全设计及规范探讨
郭宗华
陕西省燃气设计院
2014. 2
陕西省燃气设计院
上海
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目 录
1. 问题的提出
2. LNG装置危险性分析
3. LNG装置安全设计的原则
4. LNG装置安全设计探讨
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1、问题的提出
1.1安全的重要性及系统安全的思想

LNG工厂物料的低温深冷特性、易燃易爆特性、低温工况
下工艺操作条件的苛刻性，决定了它的安全的重要性。

关于“安全” ，美国安全工程师协会（ASSE）给出的定
义是：安全意味着可以容忍的风险程度。“安全”是相对“风
险”而言，世界上没有绝对安全的事物，关注风险就是关注安
全，系统安全是指系统生命周期内可以容忍的风险程度。
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1、问题的提出
1.2 安全设计是系统安全的基础

一个系统运行的风险最小，或者说系统达到最佳的安全状态，
在很大程度上取决于系统的安全设计，安全设计是系统安全的基
础

安全设计即是分析系统中人、物（物料和装置）的不安全状
态、不安全行为、环境的不安全表现所带来的危险性以及消除这
些危险所采取的安全措施，将系统的安全置于系统的设计阶段。
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1、问题的提出
1.2 安全设计是系统安全的基础
 系统的安全设计基于系统生命周期中安全的两个方面。
（1）本质化安全：
本质化安全是系统安全的根本保证，从系统总成或组件的构思
开始就融入安全设计的思想，一是保证系统在正常运行条件下本
身是安全的，也就是系统在其生命周期内不依赖保护设备也能安
全运行；二是系统的故障安全，当系统偏离正常的操作条件或控
制系统失效时，系统能保持稳定或停止在安全的状态下；
（2）工程化安全：
工程化安全是对本质化安全的补充，其主导思想是依靠工程安
全设施作为后备保护，加强系统在生命周期内的安全性。
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2、LNG装置危险性分析
2.1 物（物料和装置）的不安全状态
（1）.物料的危险性
① 低温过冷危险特性
LNG的储存温度为－162 ℃，发生泄漏后的射流或冷蒸气云，
会使所接触的一些材料变脆、易碎，或者产生冷收缩。特别是对
LNG储罐可能会引起外罐脆裂或变形，导致真空失效绝热破坏，
引发储罐热膨胀事故。过冷液体或气体都会对人体产生低温灼烧、
冻伤等危害。
发生泄漏事故时，由于事故点温度过低，抢险人员不易靠近
泄漏部位，增加施救难度，延误施救时间。
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2、LNG装置危险性分析
2.1 物（物料和装置）的不安全状态
（1）.物料的危险性
② LNG泄漏的特征
·溢出性泄漏时，由于LNG液体粘度小、流动性强，泄漏的
液体或者流淌火灾会四处流散、蔓延，流经过的地面、防火堤、
设备基础等因冷冻而强度大大降低，甚至发生坍塌事故；
·射流性泄漏时，由于液体带压而喷射距离较远，喷射火焰
不易扑救；
·快速相变形成冷蒸汽云团，云团被空气加热至温度高于107℃比空气轻，迅速扩散。
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2、LNG装置危险性分析
2.1 物（物料和装置）的不安全状态
（2）.装置的危险性
① 热膨胀和热蒸发带来的装置超压爆裂；
② LNG储罐的危险性：超装后随着时间的推延可能超压爆裂；
③ 净化不彻底致使换热器堵塞或腐蚀；
④ 管道振动的危害性：压缩机出口的振动，节流膨胀引起的
振动，管道中水击现象引起的振动；
⑤ 输送物料时管道的静电危害。
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2、LNG装置危险性分析
2.2 人的不安全行为
（1）.运行时的误操作
① LNG储罐液位超限：进液时由于液位仪表的失灵或人为误读，
使储罐超装。
② 操作程序有误：操作程序有误时，可能导致系统无法正常运行
甚至发生事故。
（2）.事故状态的误操作
① 处理泄漏事故时未切断储罐根部阀，导致事故范围扩大。
② 发生泄漏时未切断电源、火源，导致火灾或爆炸事故发生。
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2、LNG装置危险性分析
2.3
环境的不安全表现
(1) 雷电
雷电灾害引起以下三方面的效应：
·热效应：
强大的雷电流在瞬间转换成热能，造成金属熔化
飞溅。雷电的放电火花或瞬时高温引燃泄漏的天然气。
·机械效应：热效应也可导致储罐内的液体剧烈
蒸发，蒸发气体膨胀的机械作用可使容器爆裂。
· 电磁效应：雷电感应的过电压可毁坏用电设备；
脉冲电磁辐射会毁掉微电子技术的设备如信息系统等，
值得注意的是脉冲电磁辐射作用在三维空间，不是单
一的采用设备接地方法能解决的。
(2)地震
地震力可对LNG造成如下破坏：
· 储罐基础坍塌，储罐倾斜或罐体撕裂引发大量泄漏
· 管口断裂引发泄漏事故
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3、LNG装置安全设计的原则
3.1 本质化安全和工程化安全的原则
（1）即自我约束，自我控制安全。如工艺过程中设计的自动
纠错系统、联锁系统、安全泄放系统等，以不发生热膨胀、不
发生泄漏事故及不产生火源为目标。
（2）完善的后备安全设计及消防措施，对可能发生的事故
（包括人为事故和环境事故）设置安全措施，事故发生时采取
何时得当的抢险安全措施及消防技术。
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3、LNG装置安全设计的原则
3.2 关注操作者行为和工作程序的原则
（1）注重操作者行为，“静”、“动”相结合的原则
静态的装置设计和动态的操作者行为相结合，设置联锁，防
止误操作。
（2）注重工作程序的原则
设置完善的工作程序，使工艺流程有条不紊的进行，当操作者
的不当操作与程序相背时或者物料参数发生变化时，能报警提示或
锁定程序，使系统停止在安全状态。
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3、LNG装置安全设计的原则
3.3 一指化、简单化设计原则
（1）所谓“一指化”就是在设定功能目标后，一“键”按
下去就能使得流程按顺序正确运行。
（2）所谓“简单化”就是流程的设计勿复杂化，简单意味着
组成系统的设备少、单元少，系统简单、容易操作、容易判断故
障处理事故。
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3、LNG装置安全设计的原则
3.4 关注重点部位的原则
以LNG储罐和拦蓄区为安全设计的重心，以防止灾难性泄漏和
事故为第一目标，下列设计措施应予以重视：
（1）容器根部设计切断阀；
（2）储罐区、装卸区设计、集液池及拦蓄区；
（3）储罐基础及防火堤设计：因目前国内尚未开发出耐低温建筑
材料，储罐基础及防火堤的设计，应从结构上考虑短时间内承受
低温；储罐底部设计测温元体，混凝土基础设置自然通风；管口
法兰、阀门、焊缝尽量离开基础，防止这些易泄漏部位泄漏后冻
坏基础；防火堤的培土设计：防火堤可采用混凝土中间加培土。
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4、LNG装置安全设计探讨
4.1 场地安全是装置安全的最后一道屏障
（1）LNG站场（厂）的场地的标高一定要低于周边地区，防止
泄漏后的大量LNG流入到周边区域，如水域、道路、周边企业等，
引发更大的事故；
（2）尽量地利用自然地形，圈定泄漏的LNG；
（3）阶梯式布置时，LNG储罐区储罐区布置在高处时，储罐区
防火堤外局部区域标高要低于周边，形成局部低洼，并有防止LNG
从高处向低处流淌的措施。
（4）切断站场（厂）与外部管道、管沟联系，为了防止泄漏的
LNG窜入市政或外部管道，LNG站场（厂）的排水系统必须经过一段
明渠或者敞口水池再排到外部，LNG储罐拦蓄区和集液池必须设置
检漏报警装置。
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4.2 远程（人工）切断系统是自动切断的后备保护
（1）不能完全依赖DCS系统和ESD系统，自控系统在事故状态下可能
失灵，人工切断是自动切断系统的后备保护。
切断点应是：
·停止相关旋转设备
·储罐根部阀；
·装（卸）处的槽车管路；
·原料气的进口。
（2）泄漏发生后的状况，如液体的射流喷溅、过低的环境温度、冷
蒸气云团的扩散或者火灾发生，使得操作人员不能接近事故点，所
以人工切断按扭一定要远离泄漏的地方，远程操作。
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4.3 水在LNG事故中的作用及水幕系统的设置
（1）.水在LNG事故中的作用
水不能扑灭LNG火灾，也有可能加速LNG气化，不发生火灾时尽量不
用水，水的作用是：
泄漏但未发生火灾时：①雾状水枪的驱赶作用，将LNG蒸气向
相对安全的方向驱赶；②抢险需关闭阀门时提升温度，使抢险人员
容易接近事故点③水可以中和导走静电；④微量泄漏时加速气化，
以利扩散；⑤提升温度防止冻坏常温设备。

发生火灾时：①给着火罐或相邻罐喷淋降温降温，冷却储罐，
防止储罐热膨胀；②喷淋的水帘隔绝火焰直接烘烤，降低火焰热辐
射强度；③与熊熊燃烧的大火相比水加速气化的作用不大。
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4.3 水在LNG事故中的作用及水幕系统的设置
（2）.水幕系统的设置
除储罐本体设备固定喷淋系统外EN1473《液化天然气设备：陆
上装置设计》要求设置水幕系统，即在储罐区周围、装置区周围一
定距离设置架空的水幕系统，其作用一是在对LNG蒸气围堵，防止
蒸气扩散，事故扩大化。二是水幕系统对LNG火灾与周边设施起到
隔离作用，降低LNG火灾的热辐射强度，保护周边居民的人身安全。
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4.4 冷剂压缩机厂房的安全设计
（1）混合冷剂泄漏后，比重小的组分上浮比重大的组分可能下
沉，然后随着空气加热再上浮到厂房顶部，故应设置低式和高式
并举的可燃气体泄漏报警装置。
（2）自然通风和机械通风结合的原则，要以自然通风为重，下
进冷风，上出热风。
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4.5大型储罐选择原则
（1）大型储罐的管口尽量从储罐
顶部开口，地面式储罐尽量采用
全容式储罐，全容式储罐能有效
防止LNG溢出或泄漏事故。
（2）借鉴日本、韩国、台湾建设
码头接受站经验，采用地埋式LNG
储罐，地埋式储罐安全性好、方便
观察、方便操作、方便抢险、节约用地。
（3）在我国耐低温材料技术未成熟的现实条件下采用坑式储罐，
能有效拦蓄泄漏后的LNG扩散。
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郭宗华
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