浅谈LNG加气站的安全问题

[摘 要] 随着LNG汽车的推广，LNG加气站的建设也在不断增加，在加气站运行过程中人们对其安全问题非常重视。LNG泄露造成的冷灼伤及其爆炸和火灾危险性是LNG加气站安全问题的主要原因，文章针对这些方面总结LNG加气站设计及安全运行应注意的事项。

[关键词] 液化天然气；LNG加气站；安全运行

[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2016.28.106

天然气作为清洁能源，是汽车的优质代用燃料。近年来，它已被世界许多国家重视和推广。按照天然气的储存方式不同，天然气汽车大致分为CNG 汽车（压缩天然气汽车）、LNG汽车（液化天然气汽车）。目前我国对天然气汽车的发展也非常重视。用LNG作为汽车燃料特别值得推广，与CNG相比具有明显的优点，如汽车续驶里程长、储存能量大、压力低、噪声低、更清洁等。目前，我国在将 LNG用于汽车运输、水上运输等方面积累了许多经验。

1 概 述

LNG加气站工艺流程为LNG由LNG槽车运至站区后，用潜液泵和增压器联合将槽车中的LNG卸至LNG储罐中；加气时通过潜液泵，将LNG储罐中的LNG通过加气机送入汽车的车载气瓶里。站内物料主要为液化天然气（LNG），LNG是以甲烷为主的液态混合物，常压储存温度约为-163℃。泄漏后通过吸热蒸发，会生成白色蒸气云。当气体温度继续被空气加热时，会在空气中快速扩散，LNG液态密度约为准状态下气态体积的600倍。天然气与空气混合后，体积百分数在一定的范围内会形成爆炸范围， 其爆炸下限约为4.6%，上限约为14.57%。由于LNG的低温特性，大量泄漏后由于不能及时蒸发会对其周边设施形成危害，同时低温液体也会对人员产生低温灼烧、冻伤等危害。故LNG加气站主要存在的危险危害为：①LNG泄漏后气化与空气混合有可能产生火灾爆炸危险；②泄漏后可能对人体造成冷灼伤或冻伤；③LNG泄漏后在空气中浓度过大时可能对人体造成窒息。

2 危险性分析

2.1 装置的危险性

LNG储罐通常采用真空粉末绝热形式，双层结构，内筒为0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，外筒为碳钢板材制造，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。从而使储罐内的LNG因受热而大量气化，储罐内压力快速上升。

LNG潜液泵进、出口可能因连接管道的密封失效产生泄漏。

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，也可能因脱落或软管爆裂而泄漏。

2.2 工艺管道的危险性

2.2.1 保冷失效

LNG液相管道为低温深冷管道，采用聚氨酯发泡保温绝热或真空管绝热，当绝热层由于其他原因使绝热性能下降时，液相管道内压力会上升。

2.2.2 管道振动

在LNG加气过程中，由于加气车辆的间断性，加气装置需反复开停，液相管道内的液体流速发生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，同时伴有液体水击的声音，这种现象叫作液击现象（或称水锤或水击）。水击现象严重时会造成管道局部受力不均使其爆裂，有时也可能造成管道振动。

在LNG的液相管道中，管内液体在流动的同时，由于吸热、摩擦等原因，有部分液体要汽化为气体，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，管道内的压力可能增大，这种情况可能激发管道振动。

当汽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，尤其是在流经弯头时振动更为剧烈。

2.2.3 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吸热而产生气体，当气体量小时压力较小，不能及时地上升到液面，随着吸热的不断增加，蒸发气体增大，压力增大克服储罐中的静压时，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。

2.3 生产过程中的危险性

2.3.1 储罐液位超限

LNG储罐在生产过程中要防止液位超限，进液超限可能使多余液体从溢流阀流出，此时，监测报警系统会启动，并连锁关闭阀门，避免事故发生。

2.3.2 LNG设施的预冷

LNG储罐在进液前需预冷，工艺管道每次使用前需要预冷，如预冷速度过快或者不进行预冷，有可能使设备发生脆性断裂和冷收缩引发泄漏事故，易使现场操作人员冷灼伤，或者大量泄漏导致更大灾难发生。

3 防范措施

3.1 防火安全设计

3.1.1 控制防火间距

加气站主要设备与站外建、构筑物的防火间距，加气站内主要设施与建、构筑物之间的防火间距严格按照现行《汽车加油加气站设计与施工规范》进行设计，不小于规范要求的间距。工艺设施界区内如储存区（拦蓄区）采用不发火地面。

3.1.2 设置拦蓄区

拦蓄区由防护堤（也称围堰）构成，根据规范要求LNG储罐的周围应设置拦蓄区，拦蓄区的作用是在发生泄漏时，为防止液体流淌蔓延，将液体限制在一定区域内。

3.1.3 出入口分开设置

站区内加油、加气车辆的出入口分开设置，方便消防车辆的出入。

3.1.4 装置露天化、敞棚化

LNG气体泄漏后扩散、挥发迅速，与空气混合后容易形成爆炸混合物。密闭房间内部易积聚气体，易引发火灾爆炸事故。因此站内装置露天化、敞棚化，如LNG储罐采用露天化布置，加气区是经常性工作场所，采用四周完全敞开的罩棚。

3.2 系统设计

（1）工艺设备如LNG储罐、管道设置安全阀，系统超压时进行集中放散。

（2）系统设置紧急停车系统，系统在不正常情况下或不受控制情况下立即切断液源，紧急停车。

（3） 系统监测仪表及自动控制。储罐、管道、潜液泵进出口、加气机等工艺装置设计有压力、液位、温度、流量等监测仪表。储罐和加气区附近设置有可燃气体泄漏报警器。

上述仪表均可现场显示并远传到控制系统，并根据预先设置的程序进行判断，预先报警，紧急自动停车。

（4）电气设计。所有电气设备外壳一律接地，防止人身触电。按规范对储罐、管道、钢结构进行防雷接地，防止雷电引起火灾爆炸事故。

3.3 事故抢救、疏散和应急措施

站内配置防冷灼伤、冻伤药物。配置防护、防毒面具，以便事故抢修。培训教育职工，学习自救、互救常识，如人工呼吸等。站内平时注意通道畅通，便于疏散。制订事故应急方案，平时注意演练。

4 结 论

天然气作为一种清洁能源，必将成为未来能源发展的方向，天然气汽车及加气站也将得到进一步推广。因此，加气站的安全运行就显得更加重要，深入理解和重视安全问题在加气站运行中的重要性，将大大提高加气站运行的可靠性。

参考文献：

[1]敬加强，梁光川，蒋宏业.液化天然气技术问答 [M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]顾安忠.液化天然气技术[M].北京：机械工业出版社，2015.

[作者简介] 崔静（1984—），女，汉族，天津人，工学学位本科，天津市化工设计院工程师。研究方向：城镇燃气。