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vily
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 LNG气化站的安全设计
1 概述
1.1 LNG的危险性[1]
① 低温的危险性：LNG的储存和操作都在低温下进行，一旦发生泄漏，会使相关设备脆性断裂和遇冷收缩，从而破坏设备，引发事故。并且，低温LNG能冻伤操作人员。
② 火灾危险性：天然气与空气混合能形成爆炸性混合气体，爆炸极限(体积分数)为5%～15%。如果存在火源，极易着火燃烧，甚至爆炸。
③ 对人体的危害：虽然LNG蒸气无毒，但是如果吸进纯的LNG蒸气，人会迅速失去知觉，几分钟后死亡；当大气中氧的含量逐渐减少时，工作人员可能警觉不到而慢慢地窒息。
1.2 我国LNG气化站的发展现状
2001年，中原油田建成了我国第一座生产型的LNG装置，淄博LNG气化站同时建成投产，揭开了中国LNG供气的序幕。
目前国内已建成使用的LNG气化站逾30座。随着新疆广汇LNG厂于2004年投产，以及广东沿海LNG接收终端的建成投产，LNG供应在我国将形成南、中、西的供应格局。加之LNG气化工程的关键设备如低温储罐、气化器、低温阀门及运输设备的国产化，可以预见，在未来5年我国将会迎来LNG气化站建设的高峰。
2 LNG气化站的安全设计
2.1 设计标准
设计时可参考的国外标准主要有美国的NFPA59A《液化天然气(LNG)生产、储存和装卸标准》、NFPA57《LNG汽车燃料系统》等；国内标准有：GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》；GB50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》，《建筑设计防火规范》等。
2.2 总平面布置[1、2]
LNG气化站总平面布置设计要合理地确定站内各作业区和设备的位置，以确保气化站有一个安全的环境。对于LNG的溢出，总希望能够预测LNG蒸气量与溢出距离和溢出时间的函数关系，这样可以通过溢出的流量和时间来预测可能产生危险的区域。
NFPA59A已经对气化站边界线以外的人身和财产的影响做了明确的安全要求，这些要求限制了在边界线的热辐射量。现在各种计算机软件能够模拟LNG储存设施周围的火灾辐射和气体扩散浓度，例如LNGFIRE(LNG燃烧的热辐射模型)和DEGAIS(气体扩散浓度程序)。
2.3 围堰区
围堰区是指用混凝土、金属等耐低温材料在LNG储罐周围建造的堤防、防护墙或排液系统所围成的区域。LNG储罐周围必须设置围堰区，以将储罐发生事故时对周围设施造成的危险降低到最小程度。
2.4 LNG储罐
LNG储罐按结构形式可分为地下储罐、地上金属储罐和金属-预应力混凝土储罐3类，地上LNG储罐又分为金属子母储罐和金属单罐2种。LNG气化站采用何种储罐，主要取决于其储存量。储存量为1200～5000 m3时可采用金属子母储罐带压储存和常压罐储存。储存量为1200 m3以下的城市LNG气化站，基本采用金属单罐带压储存。
① LNG储罐的安全措施[2、3]
a. 为保证储罐及连接部件在LNG及其冷蒸气下能正常工作，储罐材料必须满足低温性能要求。暴露的储罐隔热层应防火、防水、阻燃、阻LNG蒸气，并且在消防水的冲击力作用下不会移动。
b. 储罐之间需要有适当的净距便于设备的安装、检查和维护。NFPA59A中的表2.2.4.1明确规定了LNG储罐之间的最小净距和布置要求[2]。
c. 储罐的液相管上安装紧急切断阀，发生意外事故时切断储罐与外界的连通，防止储罐内的LNG泄漏。每台储罐应设2套相互独立的液位测量装置，在选择测量装置时应考虑密度的变化。在储罐真空层设压力仪表，用于测量真空层的绝对压力。
d. 储罐应当设置一个高液位报警器，使操作人员有足够的时间停止进料。储罐应设置高液位进料切断装置，它应与全部的控制计量仪表分开设置。
e. 为了避免储罐内形成空气与天然气的混合气导致事故，储罐在首次使用或停止使用进行内部检修时，要进行惰化处理。
f. 根据地质、气象等资料，分析发生地震、风灾、雪灾等自然灾害的可能性及其特征，考虑储罐的抗震和抵御风雪载荷的能力。
② LNG涡旋现象的预防
涡旋现象[4](Rollover)，也称翻滚，通常出现在多组分的液化天然气中，是由于向已装有LNG的低温储罐中充注新的LNG，或由于LNG中的氮优先蒸发而使储罐内的液体发生分层而引起。在已有的一些研究中，对该问题的解释是：密度较大的液体积聚在储罐底部，而密度较小的液体处于储罐顶部，底部液体因受到上面液体重力的作用，压力高于上部液体，对应的蒸发温度相应提高，且底部LNG具有一定的过冷度，蒸发速度较上部液体慢。外界热量总是不断由外向内传递，底部液体获得热量，其温度升高，密度减小，当底部液体密度小于上部液体密度时，分层平衡将被破坏，形成涡旋现象，引起液体蒸发率剧增。
计算机模型已经发展到能够预测涡旋发生的时间、分层和气体释放率，然而，涡旋发生时气体释放率的峰值很难精确预测。因此，为避免涡旋的发生，在设计时预防非常必要。可以通过测量LNG储罐内垂直方向上的温度和密度来确定是否存在分层，当分层液体之问的温差＞0.2 K，密度差＞0.5 kg/m3时，一般认为发生了分层。防止发生涡旋现象的方法有[1]：
a. 将不同产地、不同气源的LNG分开储存，可避免因密度差而引起的分层。b. 根据需储存的LNG与储罐内原有LNG的密度差异，选择正确的充注方式。c. 使用混合喷嘴和多孔管向储罐中充注LNG。d. 检测LNG的蒸发速度，LNG分层会抑制LNG的蒸发速度，使出现涡旋前的蒸发速度比通常情况下的蒸发速度低。
③ 储罐静态蒸发率
储罐静态蒸发率能较为直观地反映储罐在使用时的绝热性能，其定义为低温绝热压力容器在装有大于有效容积的1/2的低温液体时，静止达到热平衡后，24 h内自然蒸发损失的低温液体质量和容器有效容积下低温液体质量的比值。LNG气化站大多采用50 m3及100 m3带压LNG储罐，文献[5、6]对其静态蒸发率的要求见表1。
国家现行标准中没有给出LNG储罐蒸发率的上限标准，设计时可以参考液氮的标准。
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