小型LNG氣化站安全性的分析

潘前江(貴州燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

0 引言

新時(shí)代背景下，為了進(jìn)一步加快煤改氣工程進(jìn)程，相關(guān)部門先后發(fā)布了多項(xiàng)文件，以針對(duì)性且強(qiáng)有力的補(bǔ)貼政策，為L(zhǎng)NG氣化站的建設(shè)提供了有利條件。2001年，淄博LNG氣化站建成，這也是我國(guó)LNG供氣的開端。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2019年我國(guó)LNG氣化站數(shù)量已經(jīng)達(dá)到3900座。現(xiàn)在，小型LNG氣化站以建設(shè)周期短、消耗成本低等優(yōu)勢(shì)，在全國(guó)各地的建設(shè)量呈現(xiàn)出明顯上升趨勢(shì)。但相對(duì)來(lái)說，行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，這種情況下“安全第一”成為首要考慮的核心問題，要想從根本上提升小型LNG氣化站安全水平，則必須從多個(gè)角度出發(fā)，展開深入性的專業(yè)研究。

1 LNG特性

LNG是液態(tài)天然氣，核心成分為甲烷，將氣態(tài)下的天然氣冷卻到-162℃，相比較而言具有節(jié)省空間、運(yùn)輸方便、性能高的優(yōu)勢(shì)。LNG有著明顯的易蒸發(fā)性，當(dāng)周邊環(huán)境中的溫度不斷上升，就會(huì)逐漸轉(zhuǎn)換為NG。若是轉(zhuǎn)化后NG溫度超過了-107℃，此時(shí)其密度小于空氣，就會(huì)出現(xiàn)向上擴(kuò)散的現(xiàn)象。如果發(fā)生LNG大量泄漏事故，且在較短的時(shí)間內(nèi)難以控制，此時(shí)溫度未超過-107℃，會(huì)直接順著地面蔓延，快速擴(kuò)散，極易造成嚴(yán)重的火災(zāi)，直接危害到人們的生命安全。因LNG儲(chǔ)存在低溫的環(huán)境中，故其具有低溫性的特點(diǎn)，當(dāng)外界有的材料與其接觸，就有可能發(fā)生反應(yīng)，造成設(shè)備受損等隱患，嚴(yán)重情況下設(shè)備損壞、LNG泄漏。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，LNG亦應(yīng)用至多個(gè)領(lǐng)域，涉及到海水淡化、汽車、液化氣運(yùn)輸船等。與天然氣相比，LNG在投資、體積等方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)；與汽油相比，LNG在費(fèi)用、生態(tài)環(huán)保、性能等方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)。LNG成分純，燃燒后生成二氧化碳與水，不會(huì)造成環(huán)境污染問題，屬于典型的“綠色”能源。新形勢(shì)下，我國(guó)尤為重視LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將大量資金、資源投入到項(xiàng)目建設(shè)當(dāng)中，強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)，同時(shí)設(shè)定了“安全第一，綜合防治”的方針，對(duì)小型LNG氣化站提出了更高的要求。

2 小型LNG氣化站工藝系統(tǒng)安全性分析

2.1 工藝流程

工藝流程對(duì)確保氣化站安全運(yùn)行極為重要，為此，必須優(yōu)化工藝流程，適當(dāng)?shù)卦鎏硐鄳?yīng)流程，以此來(lái)全面提升氣化站的安全性能以及LNG的整體質(zhì)量。

(1)增壓流程。為了保證儲(chǔ)罐內(nèi)壓力穩(wěn)定，應(yīng)選擇最為適宜的增壓方式。最為常見的方式為低溫泵增壓，即將低溫泵裝設(shè)在相應(yīng)位置，以泵來(lái)實(shí)現(xiàn)增壓，將液態(tài)天然氣傳輸。但由于這一方式對(duì)硬件條件要求極高，因此小型LNG氣化站并不能使用這一方式[1]。另一增壓方式為自增壓，在保證儲(chǔ)罐穩(wěn)定安全的前提下，若是其內(nèi)部氣壓小于0.2MPa，則可自動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)入自增壓模式。

(2)泄壓流程。當(dāng)LNG運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的氣化站后，主要運(yùn)用氣化站內(nèi)設(shè)有的增壓氣化器實(shí)現(xiàn)升壓，形成一定壓差，再以這一壓差來(lái)裝卸LNG。裝卸完成后，將槽車中的氣相天然氣進(jìn)行回收。在氣化站檢修的過程中，運(yùn)用裝卸系統(tǒng)可再次實(shí)現(xiàn)裝車、外運(yùn)。在儲(chǔ)罐以及管路系統(tǒng)，設(shè)置了相應(yīng)的安全放散閥。若是壓力超過其預(yù)設(shè)范圍，則開始自動(dòng)工作，完成泄壓，將壓力降下來(lái)，控制在一定的范圍之內(nèi)。除此以外，必須要確保集中排放管的暢通，適當(dāng)?shù)卦鲈O(shè)排污裝置。

(3)供氣流程。氣化站內(nèi)儲(chǔ)罐中的LNG進(jìn)入到氣化器，將四周所存在的熱量充分吸收，逐漸地轉(zhuǎn)化成自然狀態(tài)天然氣。這一氣化器為空溫式氣化器，屬于最為主要的氣化設(shè)施，核心部分為換熱裝置，氣動(dòng)閥自動(dòng)工作，交替使用。在出口部分有相應(yīng)的測(cè)溫點(diǎn)，若是溫度低于5℃，復(fù)熱器開始工作，以滿足后續(xù)使用的各項(xiàng)實(shí)際需求。

(4)氮?dú)獯祾吡鞒獭Ｔ谘b卸的過程中，為了防止雜質(zhì)進(jìn)入到管道當(dāng)中，影響到整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要在卸車部分增設(shè)管路吹掃，通常情況下使用氮?dú)馄浚归_有效的吹掃。

(5) BOG回收流程。BOG系統(tǒng)由加熱器、安全閥、截止閥等組成，氣化站內(nèi) BOG蒸發(fā)氣的來(lái)源頗多，要想提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性能，可增設(shè)相對(duì)較為獨(dú)立的BOG回收流程，以此從根本上

降低BOG的排放，充分回收，避免發(fā)生環(huán)境污染問題，同時(shí)將儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力降低，有利于LNG裝卸。

2.2 主要設(shè)備

(1) LNG儲(chǔ)罐。LNG儲(chǔ)罐主要由外罐與內(nèi)罐兩大部分組成，該組成系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)有相應(yīng)的保護(hù)器，主要目的是排放后降低壓力，避免設(shè)備受到破壞。保護(hù)器的選型應(yīng)當(dāng)結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件來(lái)確定。在外罐上設(shè)有防爆口，若是出現(xiàn)異常情況，泄放壓力足夠時(shí)，則會(huì)開始動(dòng)作。在內(nèi)罐上設(shè)有安全閥以及排放閥，能夠有效滿足實(shí)際需求。

(2)氣化類設(shè)備。必須結(jié)合地方實(shí)際情況，嚴(yán)格分析最低氣溫，以此為基準(zhǔn)進(jìn)行氣化類設(shè)備設(shè)計(jì)，使得換熱面積可滿足需求，同時(shí)材質(zhì)性能須良好，包括強(qiáng)度、韌性等。另外，設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮到換熱以及化霜，設(shè)備最低連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)為八小時(shí)，同時(shí)需要提前預(yù)設(shè)可靠性強(qiáng)的防雷、防靜電措施。

(3)復(fù)熱器。復(fù)熱器應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際使用情況，對(duì)地方最為惡劣的工況進(jìn)行調(diào)查與分析，使得使用端的溫度在5℃之上。同時(shí)，需要考慮排污與安全放散，提高其安全性能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

(4)調(diào)壓器。檢查調(diào)壓器安裝竣工的驗(yàn)收資料是否齊全，所有閥門的閥位是否在合適的位置；閥門的方向是否正確，各個(gè)部件是否完好，記錄所有壓力表的原始示值。

(5)流量計(jì)。流量計(jì)最少要存儲(chǔ)一年內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，不僅要有現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，而且要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。防護(hù)等級(jí)在IP66之上，精讀為1.0級(jí)。這一裝置須配備修正儀，具有自行修正補(bǔ)償?shù)墓δ埽部芍苯愚D(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)流量。

(6)加臭機(jī)。加臭劑的滴入由有驅(qū)動(dòng)隔膜式柱塞計(jì)量泵來(lái)控制，對(duì)流量計(jì)傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，控制加臭量，具有自動(dòng)控制的特點(diǎn)，同時(shí)也可以自行設(shè)定加臭量。

3 小型 LNG氣化站控制系統(tǒng)安全性分析

(1)緊急停車系統(tǒng)(ESD)。緊急停車系統(tǒng)處在一個(gè)靜止的狀態(tài)。若是發(fā)生了突發(fā)事故，則及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，傳送到控制系統(tǒng)，當(dāng)PLC接收到信號(hào)之后立即動(dòng)作，完成緊急切斷，將突發(fā)事故的威脅與負(fù)面影響降到最低。

(2)自動(dòng)控制系統(tǒng)。通常情況下，這一系統(tǒng)主要有PLC、上位機(jī)、儀器儀表等多個(gè)設(shè)備組成。程控邏輯設(shè)計(jì)要符合工藝系統(tǒng)的控制要求。全站要設(shè)置一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)操作員站，完成對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)集中監(jiān)視、管理和自動(dòng)程序控制。

(3)防雷接地。直接引入電源的配電箱必須具有Ⅰ級(jí)保護(hù)器，這樣才能滿足安全性能。控制柜電源處設(shè)有Ⅱ級(jí)保護(hù)器，其主要目的是保護(hù)整個(gè)控制系統(tǒng)不會(huì)受到浪涌沖擊。此外，靜電接地必須要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)完成。

(4)安全聯(lián)鎖。氣化站內(nèi)的各個(gè)儀器儀表必須設(shè)有多層報(bào)警，若是測(cè)量的數(shù)據(jù)過高或者過低，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，相關(guān)技術(shù)人員立即檢查。若是出現(xiàn)高高報(bào)警或者低低報(bào)警時(shí)，直接進(jìn)入安全聯(lián)鎖，自動(dòng)動(dòng)作，采取預(yù)防措施，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。

(5)可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)。氣化站內(nèi)必須設(shè)有嚴(yán)格的報(bào)警系統(tǒng)。為了有效提高整體安全性能，可結(jié)合實(shí)際場(chǎng)地布置來(lái)安裝可燃?xì)怏w探測(cè)器，安裝的區(qū)域包括卸車區(qū)、調(diào)壓區(qū)等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。一般情況下，與之對(duì)應(yīng)的控制器可安裝在室內(nèi)，若是發(fā)生泄漏，達(dá)到上限，報(bào)警系統(tǒng)工作，關(guān)聯(lián)設(shè)備動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)緊急切斷，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

(6)無(wú)線遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。主要技術(shù)為GPRS 技術(shù)，通過接口與PLC相連，當(dāng)接收到信號(hào)之后，直接上傳至云端服務(wù)器[3]。相關(guān)技術(shù)人員可在智能手機(jī)上下載相應(yīng)的APP，或者直接進(jìn)入到網(wǎng)站，全面掌握氣化站內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，若是出現(xiàn)異常情況，則會(huì)報(bào)警，向手機(jī)發(fā)送提示短信。

4 小型LNG氣化站過程安全性分析

4.1 設(shè)計(jì)中的損傷與預(yù)防

(1)材料沖擊試驗(yàn)韌性指標(biāo)較低。當(dāng)被焊接材料或者焊縫有一定缺陷時(shí)，出現(xiàn)缺陷的地方應(yīng)力較大，受到尺寸、形狀等影響，造成應(yīng)力集中、材料沖擊試驗(yàn)韌性指標(biāo)較低。要想解決這一問題，必須要從多個(gè)角度出發(fā)，對(duì)可能發(fā)生的情況加以分析，選擇最佳的材料，同時(shí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求完成試驗(yàn)。

(2)連接處結(jié)構(gòu)有缺陷，出現(xiàn)開裂、泄漏等問題。連接處結(jié)構(gòu)有缺陷，造成應(yīng)力集中，出現(xiàn)開裂、泄漏等問題。應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取預(yù)防措施，展開科學(xué)且細(xì)致的計(jì)算，確保連接處結(jié)構(gòu)的合理性，有效控制局部應(yīng)力。

4.2 制造時(shí)的損傷與預(yù)防

(1)設(shè)備出現(xiàn)開裂。在組裝的過程中強(qiáng)行組對(duì)，造成應(yīng)力較大，出現(xiàn)開裂問題。焊接過程中接頭處有缺陷，導(dǎo)致外觀質(zhì)量極差。因此，在制造時(shí)應(yīng)當(dāng)完善圖紙，根據(jù)圖紙來(lái)準(zhǔn)確界定各個(gè)部件的尺寸，嚴(yán)禁強(qiáng)行組隊(duì)行為，結(jié)合圖紙要求展開焊接工作，有效確保接頭以及外觀的整體質(zhì)量。

(2)保冷管道外層出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。LNG是低溫液體，流經(jīng)管道和閥門的連接處時(shí)候由于閥門保溫措施不當(dāng)，故低溫在此處形成結(jié)霜。判斷是否漏液應(yīng)該使用甲烷探測(cè)器檢查或泄漏量大時(shí)可見液滴滴落，通常解決的辦法是增加保溫層。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)的損傷與預(yù)防

(1)儲(chǔ)罐過充。應(yīng)當(dāng)及時(shí)檢查罐內(nèi)液位，嚴(yán)格控制卸液量，避免出現(xiàn)過充問題，以確保儲(chǔ)罐安全。

(2)端口未能密封，沒有進(jìn)行氮?dú)獯祾摺１仨氁獙⒌獨(dú)馄寇浌苓B接，實(shí)現(xiàn)氮?dú)獯祾撸⑹褂妹ぐ鍖④浌苊芊猓M(jìn)行固定，穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)應(yīng)急設(shè)備失效。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過程中，相關(guān)人員必須要定期檢查維修氣化站內(nèi)的應(yīng)急設(shè)備，解決其存在的故障，應(yīng)對(duì)突發(fā)事故，保障運(yùn)行安全。

(4)儲(chǔ)罐真空失效。相關(guān)人員必須將檢查儲(chǔ)罐壓力波動(dòng)視為日常工作，同時(shí)認(rèn)真檢查其外壁是否出現(xiàn)結(jié)霜等現(xiàn)象，若是不能確定具體原因，應(yīng)進(jìn)行真空檢測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新形勢(shì)下小型LNG 氣化站在全國(guó)各地的建設(shè)數(shù)量越來(lái)越多，其工藝流程簡(jiǎn)單，自動(dòng)化性能相對(duì)較低，要想提高整體安全性，應(yīng)把握LNG的特性，并從多個(gè)方面展開分析與研究，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化與完善，從而進(jìn)一步全面確保氣化站的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。