淺談LNG加氣站的安全問題

[摘 要] 隨著LNG汽車的推廣，LNG加氣站的建設也在不斷增加，在加氣站運行過程中人們對其安全問題非常重視。LNG泄露造成的冷灼傷及其爆炸和火災危險性是LNG加氣站安全問題的主要原因，文章針對這些方面總結LNG加氣站設計及安全運行應注意的事項。

[關鍵詞] 液化天然氣；LNG加氣站；安全運行

[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2016.28.106

天然氣作為清潔能源，是汽車的優質代用燃料。近年來，它已被世界許多國家重視和推廣。按照天然氣的儲存方式不同，天然氣汽車大致分為CNG 汽車（壓縮天然氣汽車）、LNG汽車（液化天然氣汽車）。目前我國對天然氣汽車的發展也非常重視。用LNG作為汽車燃料特別值得推廣，與CNG相比具有明顯的優點，如汽車續駛里程長、儲存能量大、壓力低、噪聲低、更清潔等。目前，我國在將 LNG用于汽車運輸、水上運輸等方面積累了許多經驗。

1 概 述

LNG加氣站工藝流程為LNG由LNG槽車運至站區后，用潛液泵和增壓器聯合將槽車中的LNG卸至LNG儲罐中；加氣時通過潛液泵，將LNG儲罐中的LNG通過加氣機送入汽車的車載氣瓶里。站內物料主要為液化天然氣（LNG），LNG是以甲烷為主的液態混合物，常壓儲存溫度約為-163℃。泄漏后通過吸熱蒸發，會生成白色蒸氣云。當氣體溫度繼續被空氣加熱時，會在空氣中快速擴散，LNG液態密度約為準狀態下氣態體積的600倍。天然氣與空氣混合后，體積百分數在一定的范圍內會形成爆炸范圍， 其爆炸下限約為4.6%，上限約為14.57%。由于LNG的低溫特性，大量泄漏后由于不能及時蒸發會對其周邊設施形成危害，同時低溫液體也會對人員產生低溫灼燒、凍傷等危害。故LNG加氣站主要存在的危險危害為：①LNG泄漏后氣化與空氣混合有可能產生火災爆炸危險；②泄漏后可能對人體造成冷灼傷或凍傷；③LNG泄漏后在空氣中濃度過大時可能對人體造成窒息。

2 危險性分析

2.1 裝置的危險性

LNG儲罐通常采用真空粉末絕熱形式，雙層結構，內筒為0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼，外筒為碳鋼板材制造，內外筒之間用珠光砂填充并抽真空絕熱，最大的危險性在于真空破壞，絕熱性能下降。從而使儲罐內的LNG因受熱而大量氣化，儲罐內壓力快速上升。

LNG潛液泵進、出口可能因連接管道的密封失效產生泄漏。

LNG加氣機直接給汽車加氣，其接口為軟管連接。接口處容易漏氣，也可能因脫落或軟管爆裂而泄漏。

2.2 工藝管道的危險性

2.2.1 保冷失效

LNG液相管道為低溫深冷管道，采用聚氨酯發泡保溫絕熱或真空管絕熱，當絕熱層由于其他原因使絕熱性能下降時，液相管道內壓力會上升。

2.2.2 管道振動

在LNG加氣過程中，由于加氣車輛的間斷性，加氣裝置需反復開停，液相管道內的液體流速發生變化使液體的動量改變，反映在管道內的壓強迅速上升或下降，同時伴有液體水擊的聲音，這種現象叫作液擊現象（或稱水錘或水擊）。水擊現象嚴重時會造成管道局部受力不均使其爆裂，有時也可能造成管道振動。

在LNG的液相管道中，管內液體在流動的同時，由于吸熱、摩擦等原因，有部分液體要汽化為氣體，這種有相變的兩相流因流體的體積發生突然的變化，流體的流型和流動狀態也受到擾動，管道內的壓力可能增大，這種情況可能激發管道振動。

當汽化后的氣體在管道中以氣泡的形式存在時，有時形成“長泡帶”；當氣體流速增大時，氣泡隨之增大，其截面可增至接近管徑，液體與氣體在管子中串聯排列形成所謂“液節流”，這兩種流型都有可能激發管道振動，尤其是在流經彎頭時振動更為劇烈。

2.2.3 管道中蒸發氣體可能造成“間歇泉”現象

與LNG儲罐連接的液相管道中的液體可能吸熱而產生氣體，當氣體量小時壓力較小，不能及時地上升到液面，隨著吸熱的不斷增加，蒸發氣體增大，壓力增大克服儲罐中的靜壓時，氣體會突然噴發，噴發時將管路中的液體也推向儲罐內，管道中氣體、液體與儲罐中的液體進行熱交換，儲罐中液面發生閃蒸現象，儲罐壓力迅速升高，當管道中的液體被推向儲罐后管內部分空間被排空，儲罐中的液體又迅速補充到管道中，管道中的液體又重新受熱而產生蒸發，一段時間后又再次形成噴發，重復上述過程，這種間歇式的噴發有如泉水噴涌，故稱為“間歇泉”現象，這種現象使儲罐內壓力急劇上升，致使安全閥開啟。

2.3 生產過程中的危險性

2.3.1 儲罐液位超限

LNG儲罐在生產過程中要防止液位超限，進液超限可能使多余液體從溢流閥流出，此時，監測報警系統會啟動，并連鎖關閉閥門，避免事故發生。

2.3.2 LNG設施的預冷

LNG儲罐在進液前需預冷，工藝管道每次使用前需要預冷，如預冷速度過快或者不進行預冷，有可能使設備發生脆性斷裂和冷收縮引發泄漏事故，易使現場操作人員冷灼傷，或者大量泄漏導致更大災難發生。

3 防范措施

3.1 防火安全設計

3.1.1 控制防火間距

加氣站主要設備與站外建、構筑物的防火間距，加氣站內主要設施與建、構筑物之間的防火間距嚴格按照現行《汽車加油加氣站設計與施工規范》進行設計，不小于規范要求的間距。工藝設施界區內如儲存區（攔蓄區）采用不發火地面。

3.1.2 設置攔蓄區

攔蓄區由防護堤（也稱圍堰）構成，根據規范要求LNG儲罐的周圍應設置攔蓄區，攔蓄區的作用是在發生泄漏時，為防止液體流淌蔓延，將液體限制在一定區域內。

3.1.3 出入口分開設置

站區內加油、加氣車輛的出入口分開設置，方便消防車輛的出入。

3.1.4 裝置露天化、敞棚化

LNG氣體泄漏后擴散、揮發迅速，與空氣混合后容易形成爆炸混合物。密閉房間內部易積聚氣體，易引發火災爆炸事故。因此站內裝置露天化、敞棚化，如LNG儲罐采用露天化布置，加氣區是經常性工作場所，采用四周完全敞開的罩棚。

3.2 系統設計

（1）工藝設備如LNG儲罐、管道設置安全閥，系統超壓時進行集中放散。

（2）系統設置緊急停車系統，系統在不正常情況下或不受控制情況下立即切斷液源，緊急停車。

（3） 系統監測儀表及自動控制。儲罐、管道、潛液泵進出口、加氣機等工藝裝置設計有壓力、液位、溫度、流量等監測儀表。儲罐和加氣區附近設置有可燃氣體泄漏報警器。

上述儀表均可現場顯示并遠傳到控制系統，并根據預先設置的程序進行判斷，預先報警，緊急自動停車。

（4）電氣設計。所有電氣設備外殼一律接地，防止人身觸電。按規范對儲罐、管道、鋼結構進行防雷接地，防止雷電引起火災爆炸事故。

3.3 事故搶救、疏散和應急措施

站內配置防冷灼傷、凍傷藥物。配置防護、防毒面具，以便事故搶修。培訓教育職工，學習自救、互救常識，如人工呼吸等。站內平時注意通道暢通，便于疏散。制訂事故應急方案，平時注意演練。

4 結 論

天然氣作為一種清潔能源，必將成為未來能源發展的方向，天然氣汽車及加氣站也將得到進一步推廣。因此，加氣站的安全運行就顯得更加重要，深入理解和重視安全問題在加氣站運行中的重要性，將大大提高加氣站運行的可靠性。

參考文獻：

[1]敬加強，梁光川，蔣宏業.液化天然氣技術問答 [M].北京：化學工業出版社，2006.

[2]顧安忠.液化天然氣技術[M].北京：機械工業出版社，2015.

[作者簡介] 崔靜（1984—），女，漢族，天津人，工學學位本科，天津市化工設計院工程師。研究方向：城鎮燃氣。