LNG 儲罐裝車工藝及危險有害因素辨識

苑桂金

（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古赤峰 025350）

0 引言

為拓寬產品聚道，適應企業發展，在現有廠區內，依托現有部分公用工程新建一座原料為天然氣、處理能力為70×104m3/d的天然氣液化項目，其中冷劑儲罐單元屬于四級危險化學品重大危險源、LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然氣）儲罐單元屬于二級危險化學品重大危險源。分析LNG 儲罐單元、冷劑儲罐單元、裝車單元工藝流程，辨識其中的危險和有害因素，為企業平穩安全發展提供經驗參考。

1 液化天然氣儲罐單元

1.1 生產流程簡述

從冷箱來的LNG 冷至-160 ℃后，經過節流將壓力降至0.015 MPa（G），進入常壓LNG 儲罐儲存。儲罐進液管設置有上、下進液，當初次對LNG 進行預冷過程中采用上進液，當儲罐預冷完成后采用下進液，以減少BOG（Boiled Off Gas，閃蒸氣）產生。在LNG 儲罐中閃蒸出的BOG 及正常裝車時氣化的甲烷氣體匯合后送至BOG 回收工序。

1.2 結構描述

本LNG 儲罐建設規模為2000 m3，采用平底圓筒金屬拱頂結構，LNG 儲存于常壓儲罐內罐中，內罐與外罐夾層之間填充保冷材料。內外罐均為平底、圓筒形拱頂金屬儲罐，貼著外罐壁從下到上有附帶盤梯，方便上下罐進行操作，基礎采用混凝土高架承臺結構。

1.3 工作流程簡述

儲罐作為LNG 場站中一個重要設備，將液化裝置產出或槽車運來的液化天然氣安全存儲于罐內，并通過排液口將其泵至裝車臺充車。因此儲罐需要設置合理的工藝管線，并配備相應的閥門、儀表實現各種功能的操控，主要有進液管線、排液管線、安全控制管線和其他工藝管線。

1.3.1 進液管線

進液管線在進入儲罐之前分為頂部進液及底部進液兩路，在進液總管上設置低溫氣動切斷閥，頂部和底部管路上分別設置手動根部閥。在中控室即可實現對管線的遠程控制，也可通過開關管線上不同的閥門，將LNG 分別送到儲罐頂部或底部[1]。

頂部和底部進液管線均采用環形噴淋裝置，保證冷試和首次進液時內罐均勻冷卻，避免局部溫差應力過大。同時，噴淋裝置能將送入罐內的低溫液體盡量分送至同一液面內不同的位置，避免不同狀態的液體局部聚集。

進液總管上預留1 個槽車接口，方便儲罐冷試時接低溫液體運輸車用。根據溫度監測情況，調整頂部和底部進液的方式可以緩解或消除分層現象。引出管道連接處采用保冷管道，外部管線采取適當的保冷措施（場站保冷施工方負責），可在保障外罐頂安全的同時有效減少冷損。

1.3.2 排液管線

儲罐底部設置有排液口，罐內儲存的LNG 通過此管線去往低溫裝車泵，經裝車系統槽車充液。出口設置于儲罐底板上，能最大限度地將罐內液體排盡。排液管線上設置1 個常開低溫根部閥，出根部閥后設置有緊急切斷閥，通過緊急切斷閥即可對儲罐進行遠程控制。排液管與外罐的連接處采用真空管道，在最大限度地減少冷損的同時保證外罐安全。

1.3.3 安全控制管線

1.3.3.1 超壓保護管線

（1）BOG 回收管線（第1 級）：當儲罐內氣相壓力上升到20 kPa時，管路上的低溫氣動調節閥開啟，罐內氣相空間氣體通過本管線進入BOG 回收系統，罐內壓力下降；當罐內壓力降低至12 kPa時，氣動調節閥關閉并聯鎖回收系統停運。

（2）自動放空管線（第2 級）：當儲罐壓力持續升高到22 kPa時，本管線位于儲罐頂部的低溫氣動開關閥開啟，氣體通過就地放空匯集管排放，儲罐泄壓；當罐內壓力降低至15 kPa 時，氣動開關閥關閉，停止排放。

（3）安全閥放空管線（第3 級）：儲罐頂部設置有2 套呼氣閥（一用一備），總有1 套或2 套呼氣閥在工作，當儲罐氣相壓力達到24 kPa 時呼氣閥動作，氣體通過本管線排放。

1.3.3.2 低壓保護管線

（1）原料氣補氣管線（第1 級）：儲罐內氣相壓力下降至5 kPa左右，本管線上的氣動閥開啟，干燥、潔凈的原料氣經調壓后補充到儲罐氣相空間內，使儲罐維持在正常、安全的范圍內運行；當儲罐壓力回升至8 kPa 時，關閉閥門，停止補氣。

（2）氮氣補氣管線（第2 級）：儲罐內氣相壓力下降至2 kPa左右，本管線上的氣動閥開啟，干燥、潔凈的氮氣經調壓后補充到儲罐氣相空間內，使儲罐維持在正常、安全的范圍內運行；當儲罐壓力回升至5 kPa 時，關閉閥門，停止補氣。

（3）吸氣管線（第3 級）：儲罐頂部設置有2 套吸氣閥（一用一備），總有1 套或2 套呼氣閥在工作。當儲罐壓力降低至-0.5 kPa時，吸氣閥動作，儲罐與大氣相通，保證儲罐不至因負壓而失穩。

1.3.3.3 外罐壓力保護

（1）外罐超壓保護分為兩級：第1 級為呼氣閥，動作壓力為0.8 kPa；第2 級為緊急泄放裝置，動作壓力為1.0 kPa。

（2）外罐低壓保護分為兩級：第1 級為氮封氣補氣管線，當夾層壓力低于0.5 kPa 時管線上的自力式調節閥動作，外接氮氣補充至夾層，維持夾層空間微正壓狀態，避免潮濕空氣進入，以保障絕熱系統性能良好；第2 級為吸氣閥，動作壓力為-0.28 kPa[2]。

2 冷劑儲罐單元

混合冷劑儲配系統主要用于補充制冷壓縮循環過程中由于管道及壓縮機的干氣密封系統泄漏而損失的部分混合冷劑。

混合冷劑由氮氣、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷組成，其中氮氣由公用工程系統直接提供，試車期間甲烷可選用凈化后的原料氣，正常生產后可由LNG 管線直接補充，LNG 補充管道為從冷箱送出的LNG 經過調節閥減壓再經過甲烷空溫器升溫至環境溫度，送至混合冷劑平衡罐，其他冷劑由外部采購經槽車運輸至廠內，設置乙烯卸車臂、乙烯卸車泵、丙烷/異戊烷卸車臂及丙烷/異戊烷卸車泵各1 臺，將制冷劑補充至各冷劑儲罐內。

乙烯選用低溫帶壓儲槽儲存，容積均為30 m3，丙烷、異戊烷用常溫帶壓容器儲存，容積均為21 m3；乙烯通過乙烯空溫器后充入混合冷劑平衡罐，丙烷、異戊烷分別經丙烷干燥塔、異戊烷干燥塔脫水后補充進入混合冷劑平衡罐，采用流量控制實現冷劑的精確補充。

此外，根據GB 50160—2018《石油化工企業設計防火標準》相關要求，丙烷儲罐設置防止液化烴泄漏的注水措施。因此，在丙烷儲罐底部設置有高壓消防水補水管道和緊急切斷系統。

3 液化天然氣裝車單元

儲罐內的LNG 產品需要用LNG 定量裝車鶴管灌裝至槽車外售。根據實際需要，設置3 臺LNG 裝車泵（二用一備），每臺流量為120 m3/h，可以在現場也可以在控制室啟動。

裝車區設置6 個裝車位，每個裝車位裝車最大流量為60 m3/h，采用定量裝車控制器控制充裝量。LNG 裝車鶴管主要由固定、回轉、操作、平衡等機構和LNG 管線組成，其中回轉機構是鶴管的核心部件，由合金鋼等耐腐蝕、耐磨材料精密加工而成，內裝復列球軸承，主密封件采用PTFE 聚四氟乙烯材料，密封面經拋光處理，可使鶴管旋轉靈活、密封可靠，持久耐用。平衡系統包括扭簧、壓簧和配重，彈簧缸平衡系統經過精密計算，保證裝車臂滿足隨遇平衡要求，對位操作輕巧方便。

LNG 裝車鶴管設有液相接口和氣相接口。裝車時，LNG 裝車臂液相接頭與LNG 槽車進液口連接，鶴管的氣相接頭與LNG槽車的氣相口連接。開啟裝車ESD 閥門和流量控制閥門后，儲罐內的LNG 通過裝車泵輸送至槽車內，氣相則返回儲罐。

裝車初期或吹掃階段，LNG 通過裝車臂的液相管線進入槽車，氣化的BOG 通過氣相管線進入放空空溫器，復溫后排入全廠火炬系統。正常裝車的氣相直接返回LNG 儲罐，與儲罐內的BOG 匯合后送至BOG 回收工序。

LNG 槽車配有現場液位計，高液位報警器和良好的防靜電設置。裝車的初速要嚴格控制，一般在1 m/s 以下。裝車之前檢查槽罐內的壓力和溫度，防止罐內壓力、溫度異常。在裝車前和裝車后均需要采用氮氣吹掃氣相管線和液相管線。裝車前按照檢查表做好檢查，裝車過程中操作人員要在現場監測，注意壓力和溫度的變化。

裝車區設有集液池，主要用收集裝車泄漏初期排放的LNG，并防止LNG 排入地下排水系統。該集液池可容納單個LNG 槽車故障造成的泄漏量。

4 主要危險、有害因素分析

4.1 火災、爆炸

LNG 危險特性主要是易燃、易爆，其儲罐區是重點防火部位，如果儲罐未按規定進行防雷、防靜電設置，未裝設噴淋降溫裝置，可能由于儲罐超溫、超壓或雷電、靜電火花導致火災、爆炸事故。

在液化天然氣儲存及裝車過程中，由于違反操作規程，誤開閥門或沒有及時關閉閥門等操作失誤，會導致物料冒罐泄漏，遇明火或其他火種很容易發生火災甚至爆炸事故。

廠區綜合布置了大量天然氣輸料管道，管道布局或設置不合理、管道缺乏防護裝置、運輸車輛不注意按規定行駛、廠內駕駛注意力不集中等因素，都可能導致撞壞管線，導致火災、爆炸事故。

進入廠區的運輸車輛如果未按規定裝設阻火器、無消除靜電措施，還可能因車輛排氣管排出的火花或靜電火花引發火災、爆炸事故。

4.2 車輛傷害

LNG 主要使用汽車運輸，如果貨運主干道和人行道路交叉混雜，或人貨同流；進入廠區的車輛不注意安全駕駛；不注意交通管理，缺少限速等安全標志；廠內人員不注意避讓車輛，就很容易發生交通事故，造成車輛傷害。

4.3 凍傷

LNG 溫度為-163 ℃，如果儲罐、裝車工藝裝置維護保養不及時，很容易導致物料泄漏，作業人員如果不注意安全操作、沒有穿戴好個人防護用品，接觸物料時很容易造成低溫凍傷。

4.4 中毒和窒息

維修人員進入儲罐內部等密閉空間檢修時，如果未將設備與生產系統進行徹底隔離；未進行吹掃、置換空氣或吹掃不徹底；作業人員防護措施不力或不注意配戴合適的防護用品，就很容易造成作業人員中毒或窒息。

5 結束語

綜上所述，本公司LNG 儲罐單元、冷劑儲罐單元、LNG 裝車單元工藝成熟、可靠，可對操作技術參數，如溫度、壓力、流量、液位、成分等進行實時監控、聯鎖控制、緊急停車，實現無人值守操作，能有效控制潛在風險，從而實現項目安全生產。在日常作業過程中，操作人員仍不能放松警惕，需注意火災、爆炸、車輛傷害、中毒或窒息、凍傷等危險、有害因素。