新舊液化天然氣安全技術標準的比較分析

任 珂 李德強 曲勝利 中海油山東化學工程有限責任公司 濟南 250019

標準與規范

新舊液化天然氣安全技術標準的比較分析

任 珂＊李德強 曲勝利 中海油山東化學工程有限責任公司 濟南 250019

比較美國消防協會頒布的NFPA 59A-2009版本與NFPA 59A-2001版本修訂之處,這對完善我國LNG標準體系,推動我國LNG產業健康安全發展,有著重要的意義。

LNG NFPA 標準 安全技術

1 概述

由于液化天然氣(LNG)的低溫、易燃和易擴散等特性,決定了LNG的安全生產至關重要。近些年來,隨著LNG產業的飛速發展,各國都對其生產、儲存及操作的安全技術標準的制定和及時修訂越來越重視。以美國消防協會(NFPA)制定的LNG生產、儲存及操作標準NFPA 59A,在國際上得到廣泛的應用,具有很高的權威性。NFPA 59A標準五年左右更新一次,最新版本為NFPA 59A-2009(以下簡稱2009版)。現在我國在LNG的標準制定方面相對滯后,頒布的GB/T 23068-2006僅等同于NFPA 59A-2001版本(以下簡稱2001版)。本文比較2009版本與2001版本的修訂內容,這對完善我國LNG標準體系,推動我國LNG產業的健康發展,并與國際接軌有著重要的意義。

2 NFPA 59A-2009修訂的主要內容

相對于2001版標準,2009版標準做出了重大修訂,主要為以下幾點。

2.1 一般性要求

新版規范增加了“一般性要求”一章,對規范中所涉及到的設施、設備的一般性要求給出了詳細說明。

2.1.1 腐蝕控制

新標準規定,對由于腐蝕產生失效或明顯老化的設備或其組件,需要維修、替代或進行重大改變的,應由有相關資質的人員從腐蝕控制的角度,評估設計圖紙及材料說明書的合理性,并決定使用的材料是否會對該設備或其它相關設備的安全性和可靠性產生影響。

2.1.2 控制中心

新標準規定,每個LNG站場都需配備控制中心,并對控制中心的位置、所應具備功能、人員配備、與其它控制中心的通信等做了詳細的說明。

2.1.3 能源的提供

新標準規定,對于為通信、緊急照明以及消防系統提供能源的電力控制系統,至少應具有兩個以上能量來源,以保證其供應。

2.1.4 記錄

新版標準規定,每個LNG站場,對用來建造LNG或易燃性流體儲罐的設備、建筑、地基以及支撐系統所使用的材料都應有詳細的記錄。這些記錄應一直保存至設備、建筑、地基等不再使用為止。

新規范“一般性要求”一章的增加,旨在提高LNG站場運行的安全性、可靠性以及處理緊急事件的能力。

2.2 雙約束儲罐和全約束儲罐的定義

2009 版標準增加了對雙約束儲罐和全約束儲罐的定義,并在廠址的選取和平面布置的標準中,對上述兩種儲罐設計和安裝在風險規避中的注意事項進行了詳細的說明。

(1)雙約束儲罐和全約束儲罐的設計和建造,應考慮在發生溢出事故或副罐火災事故時,副罐墻應在火災持續時間內容納LNG。

(2)對于內罐的火災事故,或鄰近儲罐的主、副罐的火災事故,副罐應保持足夠的完整性,防止倒塌而使主罐發生泄漏事故。

(3)對于雙約束儲罐和全約束儲罐,在液位以下不允許設置排料管道。

2.3 儲罐的攔蓄區和排水系統

2.3.1 攔蓄區最小容積規定的比較

對LNG儲罐的攔蓄區最小容積規定,2009版標準也做了修改,其與2001版標準的比較見表1。

表1 攔蓄區最小容積規定的比較

2.3.2 熱輻射距離計算模型的選取

在攔蓄區選址的LNG熱輻射距離計算模型中,新標準不再規定使用舊版本的模型,只對計算模型的選取做了如下規定:①模型應經過包括文獻中最大LNG燃燒實驗在內的實驗數據的驗證;②模型應在包括流體力學、傳熱學、燃燒科學的相關科學/工程學科雜志上發表;③模型應提供物理現象、分析及執行過程的詳細細節;④模型已經被主管部門認可。

只要選取的模型符合上述條件,即可用于計算LNG熱輻射的距離。

2.3.3 儲罐攔蓄區到建筑紅線距離的計算

對于LNG儲罐攔蓄區到建筑紅線距離的計算,新標準不再規定采用原標準的DEGAD IS擴散計算模型,而是規定所選取的模型應依據由NFPA研究基金會發布的模型評估協議《LNG蒸氣擴散安全分析模型》,并通過獨立機構評估,同時應考慮如下因素:①風速和大氣穩定度同時發生且造成最長的下風向擴散距離,超過的距離少于擴散所需時間內的10%,帕氏大氣穩定度為F類,風速4.5mph(2 m/s);②計算距離應以實際液體特性和來自容器的最大蒸氣流率(蒸氣氣化速率加上液體流入的置換速率)為基礎;③主管部門認可的計算中,允許考慮阻擋蒸氣和降低可燃蒸氣危險措施(如:攔蓄表面隔熱,加水幕或其它合適方法)的效果。

2.3.4 設計溢出表

新標準對設計溢出表進行了修改,分別對頂部充裝儲罐、進料口低于液位的儲罐、雙約束儲罐和全約束儲罐以及包含有氣化區、工藝區、轉運區的攔蓄區的設計溢出要求做了明確的規定。相對于2001版標準,2009版規范將排料口低于液面,裝有內置切斷閥的儲罐設計溢出持續時間,由原來的1h改為10min,并規定對于有混凝土副罐的全約束儲罐或雙約束儲罐,不再考慮設計溢出。

2.4 短期使用的可移動式設備的安全使用

新標準還增加了對臨時或短期使用的可移動式LNG設備的安全使用規定。

(1)可移動式LNG設備的運行,必須配備一名以上具備相關經驗并接受過設備安全操作訓練的人員。

(2)應采取預防措施盡可能降低LNG泄漏事故。

(3)可移動式或臨時儲罐的使用應經過主管部門的允許。

(4)在安裝現場和遠端能實現對加熱蒸發器火源的關閉。

(5)應采取預防措施盡可能降低LNG泄漏時意外點火事故。

2.5 工藝設備焊接操作

新標準在工藝設備一章中,增加了對工藝設備焊接的操作內容。新標準規定,所有焊接或銅焊的操作及操作人員的配備,應符合AS ME Boiler and Pressure Vessel Code規范中第I X章節的規定。

2.6 固定LNG儲罐抗震設計

固定LNG儲罐的設計標準對儲罐的抗震設計進行了修改。對于確定性極限MCE地震動,最大設計譜加速度等參數,均采用ASCE7,Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures的規定確定,而不再采用舊規范的NEHRP《新建筑物和其它構建物抗震規定的推薦做法(FEMA)》的規定。

2.7 管道系統及其組件規定

2009 版標準將管道系統分為三種類別:

(1)由LNG儲罐支撐的管道系統,安裝在緊急切斷閥上的管道系統以及消防管道系統。

(2)可燃氣體或LNG工藝管道系統。

(3)其它管道系統。

該標準對每個類別的管道系統的抗震設計做出了詳細的說明。新標準規定,應對管道系統進行等同于ASCE 7規范的靜態或動態分析,并在載荷的計算中,應考慮OBE、SSE及設計地震載荷與其它載荷的疊加。在管道應力分析模型中,應考慮支撐對管道的限制作用。

2.8 LNG和制冷劑轉運

在LNG和制冷劑的轉運標準中,新標準增加了船舶裝卸的碼頭設計要求。它規定碼頭的設計應該包含下述注意事項:①波浪的特性;②風的特性;③潮流的方向;④海潮的變化;⑤碼頭的水深;⑥承沖靠船架的布置;⑦船舶停靠速度;⑧船舶停靠角度;⑨最小拖拽馬力要求;⑩靠船墩的安排。并規定在船舶裝卸過程中,船舶裝卸區域嚴禁火源。

2.9 操作、維護以及人員培訓

對LNG站場的日常運行、維護以及人員的培訓,2009版標準也做了修改,增加了相應的條款。

2009版標準對維護手冊的說明進行了修訂,19個廠家共27臺;采用GSP西門子氣流床氣化爐的有神華寧煤集團有限責任公司等3個廠家共9臺;采用新型四噴嘴水煤漿氣化爐的有安徽華誼化工有限公司和兗礦國泰化工有限公司等13個廠家共33臺;采用多料漿單噴嘴頂置氣化爐的有華亭中煦煤化工有限公司和重慶萬盛煤化工有限公司等26個廠家共38臺;采用國產四噴嘴干煤粉加壓氣化爐的有貴州開陽化工有限公司1個廠家共1臺;采用HT-L航天爐的有永煤集團龍宇化工有限公司和安徽臨泉化工有限公司等兩個廠家共2臺;采用兩段干煤粉加壓氣化爐的有上海申能集增加了對地基和應急能源檢查的內容。新標準規定對于每個設備的支撐系統或地基,應至少每年檢查一次,對失效的地基應及時修理。而對于應急能源,則應至少以月為周期檢查其是否能正常運行,并應每年檢查應急能源是否能在站場緊急事件中提供足夠的能源。

2009 版對船舶裝卸的操作也做了修訂。標準規定,對于每個在裝卸區內或其附近的LNG設備,都應建立一個描述應對其可能發生事故的預案。在裝卸LNG之前,應完成檢查裝卸管道及設備的完整性,檢查壓力、溫度、貨輪容積參數等,確保轉運操作的安全性。

3 結語

通過比較NFPA 59A新舊版本,可以了解美國LNG相關標準的發展動向和技術要點,為我國LNG標準的修訂提供借鑒,改善我國LNG標準的制定相對滯后的局面,保證我國LNG產業健康發展。

1 NFPA 59A-2009,液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運標準[S].

2 NFPA 59A-2001,液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運標準[S].

3 GB 50028-2006,城鎮燃氣設計規范[S].

4 皇甫立霞,郭開華.液化天然氣場站安全技術標準規范及發展動態[J].化工學報,2009,60(S1):11-15.

(Translated by Xi Zhengtai)

Comparison and Analysis between O ld and New Standards of LNG Safety Technology

Ren Ke,et al
(CNOOC Shandong Chem ical Engineering Co.,Ltd.,Jinan250013)

Comparing NFPA 59A-2009 with the revision of NFPA 59A-2001 compiled by American Fire Protection Association(NFPA)is an important significance to improve its LNG standard system and promote the healthy and safety development of the LNG industry in China.

LNG NFPA standard safety technology

＊任 珂:助理工程師。2009年畢業于中國石油大學(華東)油氣儲運專業。現從事工程設計工作。聯系電話:(0531)83195387。

2010-09-28)