道化學法在LNG接收站安全預評價中的應用

肖宗元 (中海油江蘇天然氣有限責任公司，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

近年來，天然氣成為世界上大部分地區(qū)增長速度最快的能源[1]，我國LNG接收站也正在飛速建設，據(jù)統(tǒng)計2021年國內在建或續(xù)建的LNG接收站就有二十余家之多。天然氣是清潔能源，也是優(yōu)質原料，對環(huán)境影響比煤、油品等化石燃料要小的多[2]。由于LNG火災爆炸危險性高，一旦泄漏著火容易形成大面積火災和復燃復爆，所以從設計階段本質上入手消除風險尤為重要。利用道化學法在預評價階段能較好的評估LNG接收站風險程度和安全措施有效性。

1 LNG接收站概況

某公司新建一LNG接收站，年處理能力為3×106t LNG，包含4座2.2×105LNG儲罐、LNG碼頭卸料區(qū)、工藝裝置區(qū)、海水取水區(qū)、槽車裝車區(qū)及公用工程及輔助生產區(qū)等。

2 評價流程簡述

文章以1993年推出的道化學法第七版為基礎進行評價，以裝置正常運行中最大負荷情況下進行計算。主要評價流程包括根據(jù)現(xiàn)場區(qū)域和工藝流程劃分評價單元，確定評價單元危險物質的物質系數(shù)（MF），得到火災爆炸指數(shù)（F&EI）。進一步確定危險等級、暴露面積、暴露半徑、安全措施補償系數(shù)，最終得出評價結論[3]。

3 評價分析過程

3.1 劃分評價單元

LNG接收站工藝以碼頭卸料單元、LNG儲存單元、工藝裝置單元、槽車裝車單元、海水取水單元、公用工程及輔助生產單元。根據(jù)實際情況，選取具有重大潛在火災、爆炸危險的單元，則以碼頭卸料單元、LNG儲存單元、工藝裝置單元、槽車裝車單元為評價單元。具體單元劃分如表1所示。

表1 工藝單元劃分表

3.2 確定物質系數(shù)（MF）

上述四個評價單元中，涉及到的危險物質均為LNG或NG，其主要組成部分為CH4，其他組分遠小于5%，則從中道化學法第七版中查得危險物質系數(shù)及危險特性[3]如表2所示。由于四個評價單元實際生產過程中溫度均低于60℃，則MF不進行溫度修正[4]。

表2 評價單元危險物質系數(shù)及危險特性表

3.3 確定火災爆炸指數(shù)（F&EI）

道化學法的危險系數(shù)取值來自于以往的事故統(tǒng)計、經驗認知等，故合理的取值至關重要。然而在一些道化學方法應用文獻中，對危險系數(shù)取值比較隨意，這樣會導致評估結果出現(xiàn)較大的誤差。對各系數(shù)取值理由進行簡要說明如下：

3.3.1 一般工藝危險系數(shù)

（1）吸熱反應。工藝單元中的汽化系統(tǒng)開架式氣化器（ORV）和浸沒燃燒式氣化器（SCV），汽化過程實際上是吸熱過程，SCV的能量輸入是來自天然氣燃燒，故工藝裝置單元中取0.40。

（2）物料處理與輸送。LNG為I類易燃且是液化石油類物質，在任何連接或未連接的輸送管線上裝卸均取0.50。

（3）排放和泄漏控制。單元周圍為平坦地，且集液池容量小于1.1倍的單個儲罐容積和30min消防水量。

3.3.2 特殊工藝危險系數(shù)

（1）毒性物質。毒性物質系數(shù)為0.20×NH，由表1知NH=1，則毒性物質系數(shù)為0.20。

（2）易燃范圍內及接近易燃范圍的操作。罐裝易燃液體系數(shù)中，LNG儲罐有可能在出料或者環(huán)境溫度變化等情況下吸入空氣，在工藝裝置單元和槽車裝車單元可能或有打開放空閥操作中未采用惰性氣體保護的情況，故取0.50；過程失常與吹掃故障系數(shù)中，四個評價單元在有儀表或裝置失靈時會導致接近易燃范圍情況發(fā)生，故取0.30。

（3）壓力。計算中，未對壓力進行設計壓力系數(shù)補償，直接以表1中設計壓力查表或采用線性內插法取得設計壓力系數(shù)，再乘以1.3作為實際壓力系數(shù)。

當前云計算是一種集中式中心化的云，但隨著IT基礎設施逐漸云化，大視頻、物聯(lián)網逐漸興起，集中式中心化云將不能適應低延遲、大帶寬等要求，這時候就需要向“中心化”的云發(fā)展。云邊結合是將智能算法前置，通過邊緣計算，將人臉識別等應用的抓圖的壓力分攤到前端，解放中心的計算資源。

（4）易燃及不穩(wěn)定物質量。燃燒熱取高熱值，物質量按評價單元中最大物料量算總熱量，查表得到。

（5）腐蝕與磨損。LNG工況下腐蝕速率資料不足，考慮雖然LNG比較潔凈，但該接收站地處沿海，環(huán)境含鹽量多腐蝕風險很高[5]，故取0.50。

（6）泄漏（接頭和填料處）。四個評價單元中都存在法蘭、填料連接位置，并有周期性溫度變化，取0.30。

（7）傳動設備。有大于55Kw的傳動設備均按照0.50取值。

工藝單元危險系數(shù)為一般危險系數(shù)和特殊危險系數(shù)之積，當F3大于8則按照8取值。火災爆炸指數(shù)表如表3所示。

表3 火災爆炸指數(shù)表

3.4 確定安全補償系數(shù)（C）

針對接收站存在的不可接受的風險因素，同時設計了響應的安全措施。安全措施的設計和實施，不僅能有效降低火災爆炸發(fā)生的可能性，也能有效的減弱事故發(fā)生后的影響程度。基于設計文件對安全補償措施的選用進行簡要說明如下：

設計有應急電源并且能夠自動切換，取值0.98；具備建筑物及設備泄爆裝置，取值0.98；如果出現(xiàn)異常情況具備緊急切斷功能，取值0.98；計算及控制并且現(xiàn)場關鍵數(shù)據(jù)輸入冗余，取值0.93；操作規(guī)程完善方面，取值0.95；定期進行HAZOP分項，取值0.94。

3.4.2 物質隔離安全補償

設計有遠距離緊急關斷的控制閥，取值0.98；緊急情況下氣體排放至火炬，具備通風系統(tǒng)，取值0.96；在碼頭卸料單元和LNG儲存單元排放裝置不予補償，其他兩個單元取值0.97。

3.4.3 防火設施安全補償

燃氣泄漏檢測、鋼結構防火、消防水大于0.69 MPa供應、泡沫滅火裝置、灑水滅火系統(tǒng)、水幕、滅火器及電纜保護均進行補償。其中水幕只在碼頭卸料系統(tǒng)中進行補償為0.98。

根據(jù)各系數(shù)補償后計算結果如表4所示。

表4 安全補償系數(shù)

3.5 評價結果

評價單元風險分析結果如表5所示。

表5 評價單元風險分析結果

從上述評價分析可知，工藝裝置單元危險等級為非常大，其他為很大。在本項目設計過程中，對各評價單元通過增加一些響應的安全措施手段后，經補償均處于“輕的”等級，是可以接受的范圍。

4 結語

從整個評價過程中我們可以得出：

（1）系統(tǒng)壓力是影響該LNG接收站F&EI的主要因素。這是由于在評價過程中直接使用設計壓力進行計算沒有進行系數(shù)補償，另一方面由于壓力較高，對事故后果影響比較嚴重，所以取值較高。降低壓力能有效降低特殊風險系數(shù)，但是在工藝包已經確定的情況下，操作壓力是一定的，所以要想減少風險，就需要增加安全措施，同時確保安全措施的完好性[6]。

（2）由于設計階段，很難計算實際最大可能財產損失值，可以采用對F&EI值進行安全措施補償，以用來評估安全措施的有效性。

（3）F&EI的大小決定了評價單元的暴露半徑，在設計階段可以結合F&EI值合理選取各單元間距，以降低對其他單元的影響。

（4）道化學法在評價過程中對于不存在危險物質的危險源無法進行評價，所以要輔助以其他評價方法，以確保評價結果更全面。