LNG安全技术要求.docx

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LNG安全技术要求

LNG安全技术要点

1LNG基本知识

1.1天然气

天然气是产生于油气田的一种无色无臭的可燃气体。

其主要组分是甲烷（CH4），大约占80～99%，其次还含有乙烷、丙烷、总丁烷、总戊烷、以及二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、总硫和水分等。

标准状态下,沸点－161.52℃，天然气密度一般为640-750g/m3,相对于空气的相对密度为0.55-0.62。

1.2天然气作为燃料的工作原理

CH4+2O2=2H2O+CO2+38MJ/m3

1.3天然气的主要用途

天然气是重要的工业原料和燃料，其主要用途有以下诸方面。

1.3.1电厂、热能、供暖、空调等工业企业的主要燃料；

1.3.2餐饮业和民用的燃料；

1.3.3化工工业的主要原料，可合成或提炼多种工业原料和半成品；

1.3.4作为符合环保要求的机动车辆的洁净燃料，汽油、柴油的理想替代物，这是近年来国内外迅速发展起来的一项新技术，可用于汽车、轮船、火车甚至飞机上。

1.4LNG基本参数

LNG主要成分是甲烷（90%以上）、乙烷、氮气（0.5-1%）及少量C3～C5烷烃的低温液体。

LNG是由天然气转变的另一种能源形式。

1.4.1LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。

1.4.2临界温度为-82.3℃。

1.4.3沸点为-161.25℃，着火点为650℃。

1.4.4液态密度为0.420～0.46T/m3，气态密度为0.68-0.75kg/m3。

1.4.5气态热值38MJ/m3，液态热值50MJ/kg。

1.4.6爆炸范围：

上限为15%，下限为5%。

1.4.7辛烷值ASTM：

130。

1.4.8无色、无味、无毒且无腐蚀性。

1.4.9体积约为同量气态天然气体积的1/625。

1.5简述LNG的六大优点

1.5.1LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。

1.5.2LNG储存效率高，占地少。

投资省，10m3LNG储存量就可供1万户居民1天的生活用气。

1.5.3LNG作为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。

燃料费用低。

环保性能好等优点。

它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%，CO减少90%，SOx、Pb降为零。

1.5.4LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。

1.5.5由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。

1.5.6由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。

1.6LNG的主要用途

1.6.1作为清洁燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。

1.6.2作代用汽车燃料使用。

采用LNG作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当变动，运行不仅安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，以LNG作为燃料的汽车，排气明显改善。

据资料报道：

与压缩天然气（CNG）比较，在相同的行程和运行时间条件下，对于中型和中重型车辆而言，LNG汽车燃料成本要低20%，重量要轻2/3，同时，供燃系统装置的成本也至少低2/3。

可以证明，将天然气液化并以液态储运是促使它在运输燃料中应用的最经济有效的方法。

1.6.3作为冷源用于生产速冷食品，以及塑料，橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。

1.6.4作为工业气体燃料，用于玻壳厂、工艺玻璃厂等行业。

1.7LNG的运输方式

LNG的运输方式主要有轮船、火车和汽车槽车等方式。

在500～800公里经济运输半径范围内，采用汽车槽车运输LNG是比较理想的方式。

槽车罐体采用双壁真空粉末绝热，配有操作阀安全系统及输液软管等。

国内低温液体槽车的制造技术比较成熟，槽车使用安全。

LNG产品采用深冷液体储罐储存，液体储罐为双壁真空粉末绝热，LNG的日蒸发率可控制在0.46%之内，储存周期为4～7天。

1.8LNG是汽车的清洁燃料

在所有的清洁燃料中，天然气以其应用技术成熟、安全可靠、经济可行而被世界许多国家和专家视为目前最适宜的汽车替代燃料。

汽车使用天然气作为动力燃料，与汽油相比，其尾气排放中HC减少72%，NOx减少39%，CO减少90%，SOx、Pb降为零。

噪音降低40%。

因此，推广使用天然气燃料，对减少大气污染、改善环境将会起到积极的推动作用。

1.9LNG的特点

低温、气液膨胀比大、能效高易于运输和储存，1标准立方米的天然气热质约为9300千卡，1吨LNG可产生1350标准立方米的天然气，可发电8300度。

LNG是一种清洁能源，硫含量极低，若260万吨/年LNG全部用于发电与燃煤（褐煤）相比将减排SO2约45万吨（大体相当于福建全年的SO2排放量的2倍），将阻止酸雨趋势的扩大。

天然气发电NOX和CO2排放量仅为燃煤电厂的20%和50%。

LNG安全性能高，燃点较高—自燃温度约为590℃燃烧范围较窄－5%~15%轻于空气、易于扩散。

2危险性分析

2.1介质危险性

2.1.1介质组分

性质

贫气（mol%）

富气（mol%）

组

分

N2

1.222

1.237

CO2

0.002

0.002

甲烷

78.48

77.74

乙烷

19.83

17.54

丙烷

0.457

3.307

异丁烷

0.004

0.113

正丁烷

0.002

0.064

异戊烷

0.001

—

液态密度Kg/m3@S.P.T

454.7

463.4

气态密度Kg/m3@S.P.T

0.7968

0.81995

体积热值Kcal/Nm3

9193.0

9434.8

注：

S.P.T指标准状态参数，即压力为101.35KPa，温度为20℃，热值为低热值。

2.1.2介质的危险性

（1）火灾、爆炸特性

液化天然气是以甲烷为主的液态混合物，储存温度约为－146℃。

泄漏后由于地面和空气的加热，会生成白色蒸气云。

当气体温度继续被空气加热直到高于－107℃时，由于此时天然气比空气轻，会在空气中快速扩散。

气态天然气的容积约为液态的570倍，天然气与空气混合后，体积分数在一定的范围内就会产生爆炸，其爆炸下限为5％，上限为15％。

天然气的燃烧速度相对于其它可燃气体较慢（大约是0.3m/s）。

（2）低温特性

由于LNG在压力为3.5bar的条件下，储存温度约为－146℃，泄漏后的初始阶段会吸收地面和周围空气中的热量迅速气化。

但到一定的时间后，地面被冻结，周围的空气温度在无对流的情况下也会迅速下降，此时气化速度减慢，甚至会发生部分液体来不及气化而被防护堤拦蓄。

气化的天然气在空气中形成冷蒸气云，此蒸气云的密度和空气的密度相等时的温度是－107℃。

所以，LNG泄漏后的冷蒸气云或者来不及气化的液体都会对人体产生低温灼烧、冻伤等危害。

LNG泄漏后的冷蒸气云、来不及气化的液体或喷溅的液体，会使所接触的一些材料变脆、易碎，或者产生冷收缩，材料脆性断裂和冷收缩，会对加气站设备如储罐、泵撬、加气机、卸车阀组、加气车造成危害，特别是LNG储罐和LNG槽车储罐可能引起外筒脆裂或变形，导致真空失效，保冷性能降低失效，从而引起内筒液体膨胀造成更大事故。

2.1.3火灾危险类别

天然气火灾危险性类别按照我国现行防火设计规范如《防火规》划为甲类，《石油规》及《石化规》细划分甲A类，即它的火灾危险性类别是最高的。

2.1.4爆炸危险环境分区

根据我国现行规范《爆炸规》规定，天然气的物态属工厂爆炸性气体，分类、分组、分级为：

Ⅱ类，B级，T1组，即ⅡBT1，防爆电器应按此选择。

爆炸性气体环境区域划分为2级区域（简称2区），即在正常运行时，不可能出现爆炸性气体混合物，即使出现也仅是短时存在的环境。

2.2装置的危险性

LNG加气站的工艺设施的危险性如下：

2.2.1LNG低温储罐

LNG低温储罐，通常采用立式或卧式真空粉末绝热低温储罐，双层结构，内筒为0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，外筒为16MnR容器板材制造，内外筒之间用珠光砂填充并抽真空绝热，最大的危险性在于真空破坏，绝热性能下降。

从而使低温深冷储存的LNG因受热而气化，储罐内压力剧增，安全放散阀开启，产生大量的天然气放空。

其次可能的危险性还有储罐根部阀门之前产生泄漏，如储罐进出液管道或内罐泄漏，但这些事故发生概率很小。

2.2.2LNG泵撬

LNG泵撬上有两个主要工艺设施，一个是低温潜液泵，一个是增压器，在正常运行时，两设施与LNG储罐之间阀门开启而相通，泵的进出口有可能因密封失效产生泄漏，增压器的进口是LNG储罐或LNG槽车的液相出口，出口是气体，同样因密封失效可能产生泄漏，但在关闭了储罐或LNG槽车的出液口后，泄漏量很小。

2.2.3LNG加气机

LNG加气机直接给汽车加气，其接口为软管连接。

接口处容易漏气，也可能因接口脱落或软管爆裂而泄漏。

在关闭了储罐出液口后或低温泵停止工作后，泄漏量很小。

2.2.4卸车软管

同样LNG卸车软管与槽车连接，危险性同LNG加气机。

但在关闭了LNG槽车出液口后或低温泵停止工作后泄漏量不大。

2.2.5LNG槽车

LNG槽车危险性与LNG储罐相同，但一般卸车时间控制在2小时左右，每天最多卸车一次，时间短，次数少，发生事故机率较小。

2.3工艺液相管道的危险性

2.3.1保冷失效

LNG液相管道为低温深冷管道，采用真空管或绝热材料绝热，但当真空度破坏或绝热性能下降时，液相管道压力剧增，最终通过管道安全阀经统一放散管释放泄压。

2.3.2液击现象与管道振动

在LNG的输送管道中，由于加气车辆的随机性，装置反复开停，液相管道内的液体流速发生突然变化，有时是十分激烈的变化，液体流速的变化使液体的动量改变，反映在管道内的压强迅速上升或下降，同时伴有液体锤击的声音，这种现象叫做液击现象（或称水锤或水击），液击造成管道内压力的变化有时是很大的，突然升压严重时可使管道安全阀起跳，迅速降压形成的管内负压出可能是管子失稳，导致管道振动。

2.3.3管道中的两相流与管道振动

在LNG的液相管道中，管内液体在流动的同时，由于吸热、磨擦及泵内加压等原因，势必有部分液体要气化为气体（尽管气体的量很小），液体同时因受热而体积膨胀，这种有相变的两相流因流体的体积发生突然的变化，流体的流型和流动状态也受到扰动，管子内的压力可能增大，这种情况可能激发管道振动。

当气化后的气体在管道中以气泡的形式存在时，有时形成“长泡带”；当气体流速增大时，气泡随之增大，其截面可增至接近管径，液体与气体在管子中串联排列形成所谓“液节流”；这两种流型都有可能激发管道振动，尤其是在流径弯头时振动更为剧烈。

2.3.4管道中蒸发气体可能造成“间歇泉”现象

与LNG储罐连接的液相管道中的液体可能受热而产生蒸发气体，当气体量小时压力较小，不能及时的上升到液面，当随着受热不断增加，蒸发气体增大时，气体压力增大克服储罐中的静压（即液柱和顶部蒸发气体压力之和）时，气体会突然喷发，喷发时将管路中的液体也推向储罐内，管道中气体、液体与储罐中的液体进行热交换，储罐中液面发生闪蒸现象，储罐压力迅速升高，当管道中的液体被推向储罐后管内部分空间被排空，储罐中的液体又迅速补充到管道中，管道中的液体又重新受热而产生蒸发，一段时间后又再次形成喷发，重复上述过程，这种间歇式的喷发有如泉水喷涌，故称之为“间歇泉”现象，这种现象使储罐内压力急剧上升，致使安全阀开启而放散。

2.4生产运行中的危险性

2.4.1储罐中的分层及漩涡现象

LNG储罐内的液体长期静止时，在充装新的LNG液体后，由于新注入的LNG液体密度不同