LNG船舶貨物小范圍泄漏控制研究

潘超 閔振

摘 要：隨著能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，液化天然氣（LNG）作為一種方便儲(chǔ)存與運(yùn)輸?shù)那鍧嵞茉矗谌蚍秶鷥?nèi)被廣泛使用。海上使用船舶運(yùn)輸LNG是當(dāng)下經(jīng)濟(jì)性最好的LNG轉(zhuǎn)運(yùn)方式。目前看來(lái)，盡管在LNG的海上運(yùn)輸史中發(fā)生的事故很少，但倘若發(fā)生泄漏等事故，可能造成無(wú)法估量的人命和財(cái)產(chǎn)損失。本文從LNG泄漏原理和檢測(cè)出發(fā)，對(duì)泄漏后的控制和封堵措施進(jìn)行了研究和總結(jié)，對(duì)LNG船舶安全運(yùn)輸和泄漏后的處理具有參考意義。

關(guān)鍵詞：LNG;泄漏;封堵;強(qiáng)制水幕

中圖分類號(hào)：U698? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）05-0031-03

LNG船在海上運(yùn)輸過(guò)程中，可能因?yàn)榕鲎不蛘吖苈菲茡p、閥門密閉性差等原因，發(fā)生泄漏。低溫的LNG接觸空氣后會(huì)迅速發(fā)生閃蒸，汽團(tuán)夾帶液滴，變?yōu)榛旌险羝茍F(tuán)。混合蒸汽云團(tuán)濃度達(dá)到一定比例范圍后，如果環(huán)境中存在靜電、火點(diǎn)等著火源，便引起火災(zāi)及爆炸，損失巨大。因此采取LNG泄漏預(yù)防措施，在泄漏初期準(zhǔn)確快速識(shí)別危險(xiǎn)源，泄漏后迅速控制和封堵泄漏點(diǎn)，對(duì)保證LNG船舶安全至關(guān)重要。

1 LNG危險(xiǎn)源快速識(shí)別

1.1 LNG擴(kuò)散特征

LNG由于各類事故或意外發(fā)生泄漏后，低溫LNG聚集氣化，在空氣中形成氣云飄移擴(kuò)散。泄漏位置、泄漏孔縫大小、LNG儲(chǔ)存量等都可能影響泄漏的模式，泄漏模式又會(huì)直接影響LNG泄漏后的物理狀態(tài)[1]。LNG泄漏主要有以下兩種模式：

（1）當(dāng)泄漏孔縫位于管路氣相位置或儲(chǔ)罐頂部時(shí)，LNG氣相位置的蒸汽將發(fā)生連續(xù)泄漏，與天然氣泄漏類似。

（2）當(dāng)泄漏孔縫位于靠近儲(chǔ)罐下部液相位置時(shí)，泄漏的LNG與外界接觸。液體狀LNG吸收外界熱量，可能完全閃蒸變成LNG蒸汽，繼續(xù)向大氣中擴(kuò)散，也可能部分閃蒸，未閃蒸的LNG在地面聚集形成液池[2]。

1.2 LNG泄漏檢測(cè)

目前國(guó)內(nèi)外使用的檢測(cè)通常有可燃性氣體檢測(cè)、低溫檢測(cè)、火焰檢測(cè)以及熱檢測(cè)、煙霧檢測(cè)等，檢測(cè)儀器的信號(hào)傳輸至控制室內(nèi)，在監(jiān)視屏幕顯示，可實(shí)時(shí)觀測(cè)。對(duì)于大部分LNG動(dòng)力船，往往采用多種檢測(cè)儀器相結(jié)合的方式。例如，將溫度傳感器、壓力傳感器、可燃?xì)怏w探測(cè)儀等配合使用，可監(jiān)測(cè)LNG儲(chǔ)存及運(yùn)輸過(guò)程中的泄漏情況。目前對(duì)可燃性氣體檢測(cè)器、低溫檢測(cè)器、火焰檢測(cè)器等已研究較多，下文介紹一種最新的紅外熱成像技術(shù)。

在LNG系統(tǒng)中，管線、法蘭、LNG儲(chǔ)罐、高低壓泵等位置，泄漏風(fēng)險(xiǎn)較大。紅外線熱成像儀可快速檢查L(zhǎng)NG儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)各部位，成像效果顯著且實(shí)時(shí)，可準(zhǔn)確定位位置，具有抗干擾性強(qiáng)、全時(shí)間范圍內(nèi)監(jiān)控、識(shí)別目標(biāo)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是一種有效的輻射信息探測(cè)技術(shù)。紅外熱成像儀器可根據(jù)目標(biāo)物的能量輻射變化生成有效紅外圖像，從而定位泄漏位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泄漏情況和著火源。實(shí)際情況中，泄漏的LNG汽化氣體的紅外能量輻射通過(guò)紅外熱像儀生成黑色煙霧圖像，從視覺(jué)上對(duì)LNG泄漏保持檢測(cè)。目前通過(guò)將紅外熱成像技術(shù)與計(jì)算機(jī)視覺(jué)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)相結(jié)合，采用自動(dòng)分析手段輸出實(shí)時(shí)圖像，一旦LNG發(fā)生泄漏即可自動(dòng)預(yù)警，高效便捷。是對(duì)現(xiàn)有的LNG檢測(cè)手段的有效補(bǔ)充[3]。

1.3 LNG泄漏預(yù)防措施

1.3.1 布置消防系統(tǒng)

LNG站和LNG船的消防系統(tǒng)一般包括消防水系統(tǒng)、干粉消防系統(tǒng)、高倍數(shù)泡沫消防系統(tǒng)以及各類移動(dòng)式滅火器材等。發(fā)生LNG火災(zāi)事故時(shí)，首先關(guān)閉所有裝卸設(shè)備和相關(guān)閥門，然后進(jìn)行滅火工作。

消防水系統(tǒng)由消防泵房、消防管道、消防水池、消火栓、消防水泡等組成。水的溫度比LNG高，泄漏的LNG接觸水后，蒸發(fā)速率提高，燃燒速度加快，危險(xiǎn)性更大。因此，水主要作用是對(duì)設(shè)備降溫，減輕火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射對(duì)設(shè)備的影響，降低設(shè)備的閃燃危險(xiǎn)。

1.3.2 安裝監(jiān)測(cè)裝置

監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置應(yīng)安裝在管線、閥門、儲(chǔ)罐等可能產(chǎn)生泄漏的關(guān)鍵區(qū)域，以便及早發(fā)現(xiàn)泄漏或火災(zāi)，及時(shí)采取措施。

以被監(jiān)測(cè)的部位和對(duì)象為劃分標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)裝置一般分為可燃性氣體檢測(cè)器、低溫檢測(cè)器、紅外熱像儀、火焰檢測(cè)器和激光檢測(cè)器等。

監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置內(nèi)所有的探測(cè)信號(hào)均接入自動(dòng)監(jiān)視控制系統(tǒng)，一旦發(fā)生異常便發(fā)出警報(bào)并緊急停車，第一時(shí)間切斷危險(xiǎn)源，保護(hù)設(shè)備處于安全狀態(tài)。

2 LNG泄漏控制及防擴(kuò)散技術(shù)

對(duì)于LNG擴(kuò)散抑制，目前業(yè)界主要通過(guò)降低地表LNG的蒸發(fā)速率，或者加速LNG溫度上升進(jìn)而降低地表LNG蒸汽的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)。在防護(hù)堤設(shè)置、高倍數(shù)泡沫、強(qiáng)制水幕系統(tǒng)等方面國(guó)內(nèi)外的研究較多。其中，防護(hù)堤主要用于陸地上LNG接收站等，適用于水面上LNG擴(kuò)散抑制的技術(shù)主要為高倍數(shù)泡沫和強(qiáng)制水幕系統(tǒng)[4]。

2.1 防護(hù)堤設(shè)置

LNG發(fā)生泄漏后，在儲(chǔ)罐周圍設(shè)置圍堰或臨時(shí)構(gòu)建攔蓄區(qū)可有效降低危害，它可限制泄漏形成的液池流淌，減輕擴(kuò)散。圍堰可借助儲(chǔ)罐周圍的防火堤、防護(hù)墻等構(gòu)筑物搭建，最好采用夯土、混凝土、金屬等耐低溫材料。為保證圍堰效果，其容積應(yīng)不低于儲(chǔ)罐的總?cè)莘e。對(duì)于閥門、管線接口處等可能產(chǎn)生泄漏的部位，應(yīng)設(shè)置擋板防止泄漏噴射，下方設(shè)置集液盤收集泄漏物，通過(guò)排液管引入集液池。LNG在液池暫時(shí)收集后，覆蓋高倍數(shù)泡沫，減小汽化危險(xiǎn)。

2.2 高倍數(shù)泡沫

高倍數(shù)泡沫的發(fā)泡倍數(shù)一般在200至1000倍之間，可減少火災(zāi)造成的熱輻射、減少LNG氣化，適用于撲救A類火災(zāi)和B類火災(zāi)中的非水溶性液體火災(zāi)。

LNG發(fā)生泄漏后形成LNG液池，在液池上方覆蓋足夠厚度的高倍數(shù)泡沫，可抑制蒸發(fā)，降溫并阻隔空氣滅火。高倍數(shù)泡沫覆蓋到低溫LNG上后，會(huì)形成漂浮冰層、泡沫凍結(jié)層和泡沫層三層結(jié)構(gòu)，均可起到滅火作用[5]。

高倍數(shù)泡沫覆蓋方法作為防止爆炸采取的一種基本處理方法，在LNG儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備或管道、閥門發(fā)生泄漏或起火情況下可使用。使用高倍數(shù)泡沫覆蓋泄漏的LNG時(shí)，為減少LNG液體表面與大氣直接接觸面積，可在液體表面拋灑、漂浮一些密度低、比熱容量小的材料。網(wǎng)絡(luò)形狀的該類材料可進(jìn)一步降低液體表面空氣的流速。泡沫玻璃是不燃燒、熱導(dǎo)率低的防火物質(zhì)，可在這種場(chǎng)合添加使用。

2.3 強(qiáng)制水幕系統(tǒng)

由于LNG的超低溫性質(zhì)，泄漏后會(huì)快速吸熱汽化，但如果救援不當(dāng)或泄漏時(shí)間太久，泄漏的LNG可能燃燒或爆炸。水幕技術(shù)是處理 LNG 泄漏的一種經(jīng)濟(jì)且有效的方式。水幕系統(tǒng)一般選用圓錐形噴嘴和扁平扇形噴嘴形式安裝于水管出水口，水管中的高壓水散射出來(lái)后形成細(xì)小霧狀液體，以阻擋氣體擴(kuò)散。

發(fā)生LNG泄漏后，選用噴霧水槍安裝噴頭，噴射形成水幕或蒸汽幕，霧狀射流匯成水幕墻，阻隔氣體向周邊危險(xiǎn)源擴(kuò)散。同對(duì)LNG泄漏形成的重氣云團(tuán)噴射水幕，可降低LNG蒸汽的濃度，驅(qū)散積聚氣體，稀釋氣體濃度，減少爆炸性混合物的形成，減小危害[6]。

3 LNG小范圍泄漏封堵救助

3.1 常規(guī)堵漏方法

對(duì)于LNG船小范圍泄漏，通常使用封堵法和塞堵法兩種常規(guī)堵漏方法。

3.1.1封堵法

封堵法又稱貼堵法，對(duì)于小面積泄漏或罐體、管道的裂縫泄漏，效果較好。封堵法操作方法簡(jiǎn)便，根據(jù)泄漏部位的大小及形式，準(zhǔn)備相應(yīng)的棉布和純棉織物等。對(duì)棉布和純棉織物加水浸濕，平坦展開，直接貼附在泄漏點(diǎn)上。然后使用霧狀水連續(xù)進(jìn)行噴淋，每加一層棉織物，可噴灑一定數(shù)量的干粉加強(qiáng)冷凍效果，反復(fù)多次。利用泄漏LNG的超低溫特點(diǎn)，對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行自然封凍，堵住泄漏點(diǎn)，從而達(dá)到封堵目的。一般在泄漏輕微的情況下，貼附五、六層即可。實(shí)際操作中，可根據(jù)泄漏量和泄漏壓力的大小，適當(dāng)增加貼層數(shù)量。完成貼附工作半小時(shí)內(nèi)，內(nèi)層貼附材料就可以完全封凍泄漏點(diǎn)，完成堵漏。

3.1.2塞堵法

塞堵法又稱填堵法，罐體及附屬部件破損、泄漏，管道出現(xiàn)的非連續(xù)性破洞等情況下，使用該堵漏方法效果較好。

其主要操作方法如下：根據(jù)泄漏點(diǎn)漏洞的大小和形狀，將塞堵材料按照漏洞形狀，切削或加工成錐形或楔形，并纏裹棉織類物品以適應(yīng)漏點(diǎn)處的不規(guī)則邊緣。塞堵材料直接填塞至漏洞里并用力夯實(shí)，達(dá)到堵漏的效果。

塞堵材料的材質(zhì)以非金屬耐低溫?zé)o機(jī)硬質(zhì)材料或木質(zhì)材料為好。塞堵材料、棉織類填充物具有耐低溫、遇冷不發(fā)生收縮或出現(xiàn)脆性斷裂等特點(diǎn)，易于尋找、制作簡(jiǎn)單，在實(shí)際操作中使用方便，為常用的小范圍堵漏方法。

3.2 橡膠磁堵漏方法

橡膠磁堵漏法是近年來(lái)興起的一種快速堵漏方式。橡膠磁堵漏法通過(guò)在不同形式的橡膠塊內(nèi)添加強(qiáng)磁材料，可實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性材料上的裂縫、破洞的封堵。橡膠磁塊可以設(shè)置磁性開關(guān)，通過(guò)開關(guān)控制橡膠塊的封堵松緊程度。橡膠磁塊根據(jù)形狀不同分為多種類型，如長(zhǎng)方形橡膠磁、正方形橡膠磁以及組合式橡膠磁等。

橡膠磁堵漏方法最快可在10秒鐘完成堵漏，適用于LNG儲(chǔ)罐、管線或閥門等處的泄漏封堵。由于橡膠本身具有一定的彎曲性能，因此通過(guò)磁性吸力可貼合不規(guī)則表面，實(shí)現(xiàn)多種不同曲率半徑部位泄漏的封堵。橡膠磁可多塊組合使用，較大的裂縫、孔洞也能封堵，實(shí)現(xiàn)超大面積堵漏作業(yè)。對(duì)于事故形成的凹陷處、凸起狀、直角折彎處的泄漏，不規(guī)則曲面泄漏、任意角度折邊處的泄漏，不規(guī)則長(zhǎng)縫隙等泄漏部位，均可應(yīng)用，在未來(lái)的泄露封堵中有廣闊發(fā)展前景。

4 總結(jié)

隨著LNG海上運(yùn)輸業(yè)務(wù)迅速發(fā)展，其在運(yùn)輸中可能發(fā)生的危害也會(huì)逐漸顯露出來(lái)。由于LNG泄漏、爆炸產(chǎn)生的事故后果十分嚴(yán)重，因此在泄漏初期的合理處置非常關(guān)鍵。本文分析了泄漏檢測(cè)和預(yù)防措施，對(duì)泄漏控制及防擴(kuò)散技術(shù)、LNG小范圍泄漏封堵救助進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，并提出了可靠、實(shí)用的處置措施，對(duì)LNG在運(yùn)輸過(guò)程中泄漏控制有參考意義。

參考文獻(xiàn)：

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