液化天然气（LNG）泄漏扩散及抑制相关问题分析

王丽娜

摘要：近年来，随着液化天然气行业（LNG）的迅速发展，液化天然气（LNG）发生泄漏扩散问题的频率也在增加，这已经成为了制约LNG行业安全发展的关键。因此，如何有效控制液化天然气扩散对于确保行业发展至关重要。文章分析了液化天然气（LNG）泄漏的危害、扩散过程及影响因素，总结了国内外相关LNG标准中涉及的泄漏扩散抑制技术及针对LNG泄漏扩散开展的抑制实验研究，分析了强制水幕、防护堤设置和高倍数泡沫等抑制技术的 优缺点，为有效控制LNG泄漏扩散提供参考和指导。

关键词：液化天然气;LNG泄漏扩散;抑制技术

前言

近年来，天然气行业，特别是LNG行业得到了快速的发展，国内已基本形成了从天然气开采、液化到LNG运输、存储再到LNG/CNG利用的完整产业链。在LNG的运输、存储和使用过程中，不可避免的会由于人为或其他原因导致LNG泄漏，泄漏后的LNG会迅速扩散，造成人员冻伤，当LNG蒸气达到一定浓度时如果遇到点火源还可能发生爆炸并引起火灾，进而造成人员伤害和巨大的财产损失。由于LNG温度极低，且具有易燃易爆特性，运输过程中一旦发生泄漏，不仅对人员生命、财产安全造成损失，对周围环境也将造成极大破坏。因此，为了有效地控制LNG泄漏扩散，减小LNG泄漏扩散的危害，研究LNG的泄漏扩散规律并提出事故预控措施具有十分重要的理论指导意义和工程实用价值。

1.LNG扩散特征

1.1LNG泄漏扩散过程

LNG泄漏可分为泄漏到地面 （陆地 LNG系统 ）和水面（LNG船舶储运 ）两种类型，本文 以 LNG泄漏到地面为例分析LNG泄漏扩散过程。LNG泄漏到地面后，由于极低的温度，最初会剧烈沸腾蒸发，随着周围温度的降低，LNG蒸发的速率会迅速降低，同时LNG蒸气沿地面扩散，并不断从环境中吸收热量，逐渐上升扩散，同时将周围的空气冷却至零点以下，形成一个可见的云团，这种可见云团称为重气云。重气云的扩散比较复杂，其扩散与大气稳定度、空气的相对湿度、地表粗糙程度等有着密切的关系。正是这种重气效应的存在，使得云团不易稀释和扩散，进而增加了燃烧和爆炸的风险。LNG泄漏后迅速闪蒸，形成蒸气云并夹带一部分液滴，形成密度大于空气的重气云团，重气云团在空气中的扩散过程大致包括三个阶段：

（1）初始階段：LNG从泄漏后，在地面形成LNG液池和初始气云，LNG泄漏的速率将影响LNG液池的规模和气云的形状等;

（2）重力扩散阶段：LNG云团受到重力作用沿着地面扩展，由于LNG云团密度大于空气密度，导致产生凹陷现象，从而引起云团径向尺寸增大而高度减少;同时受到空气的卷吸作用，使得外界干净空气与LNG云团混合，浓度得到稀释;同时由于重力作用，空气与LNG气云进行传质传热，导致气云纵向温度上升，引起对流湍流;

（3）被动扩散阶段：随着云团的稀释和温度的上升，LNG气云的密度降低，当密度小于空气密度时，其重气效应基本消失。

2.LNG泄漏扩散影响因素

影响LNG扩散的因素很多，主要包括LNG物理性质、泄漏初始状态、泄漏场环境等。

（1）物理性质包括相对分子质量、比热容、沸点、气化潜热等。

（2）泄漏初始状态包括泄漏物质的储存相态、压力及温度、密度、泄漏源在储存容器上的位置、泄漏的面积、泄漏形式等。

（3）泄漏场环境包括风速与风向、大气温度与稳定度、障碍物等。

3.LNG泄漏造成的危害

LNG泄漏后形成的低温蒸气云团的危害性主要表现在4个方面：

（I）LNG蒸气的窒息危害：LNG泄漏后，会大量气化，并迅速膨胀扩散形成云团状。如果是在狭小或者密闭空间内，容易发生窒息危险。

（2）LNG低温伤害：LNG温度极低，人员一旦接触到LNG，会造成永久性的低温灼伤;同时普通钢结构等受到低温LNG的影响，可能发生脆裂，引发更严重的LNG泄漏等事故。

（3）LNG的易燃易爆危害：LNG泄漏后形成的LNG气云与空气混合，形成爆炸性混合物。当甲烷的体积分数处于其爆炸极限（5%～15%）内时，有可能引发爆炸或者燃烧。

（4）LNG快速相变危害：当低温LNG与热液体（比如水）接触而被突然加热的时候，就可能出现LNG的快速沸腾气化现象，引起沸腾液体蒸气爆炸（BLEVE），蒸气云爆炸（VCE）等，这类爆炸超压会破坏泄漏源附近的设备和构筑物。

4.LNG泄漏检测方法

鉴于LNG泄漏扩散的危害性，在LNG液化工厂、LNG接收站、气化站、加气站等站场和LNG运输车、船等环境中，需要安装各种LNG泄漏检测装置，以确保及时发现LNG泄漏并紧急处理。目前国内外使用的检测方法主要有以下几种：

（1）可燃性气体检测器：该类检测器分为固定式和便携式，主要基于催化燃烧、半导体或者红外原理，能够有效检测环境中的可燃气体浓度;

（2）低温检测器：这些低温传感器主要是热电阻或热电偶，一般安装在LNG设备的底部、LNG集液池等地方;

（3）激光检测器：该类检测器主要采用可变波长（TDLAS）技术，基于朗伯一比尔（BeerLambert）定律，通过分析测量光束被气体的选择吸收获得气体浓度，检测是否有甲烷发生泄漏，进行定性的检测，主要用于天然气管网;

（4）红外热像仪：红外热像仪通过吸收目标物体的能量辐射生成红外图像和温度测量的仪器，将泄漏的VOC气体（包括甲烷等）的红外能量辐射成像为黑色烟雾，检测VOC气体泄漏。

一般在LNG站场普遍设有可燃性气体检测器和低温检测器以监测LNG的泄漏，但是监测器布置的合理性尚需要进行深入的研究。

5.LNG泄漏扩散抑制技术

现阶段的LNG扩散抑制技术，主要通过降低LNG的蒸发速率或者加速LNG温度上升进而降低地表LNG蒸气的浓度，国内外的研究主要集中在防护堤设置、高倍数泡沫和强制水幕系统上。当前国内外相关LNG企业针对泄漏扩散抑制技术开展了大量的研究工作，设置防护堤、高倍数泡沫、强制水幕等对抑制LNG泄漏扩散有明显的作用及效果，但是具体应用过程中，其相应的应用参数，如防护堤设置高度、高倍数泡沫供给强度、强制水幕系统水压水流等尚未给出，需要继续进行深入的研究。目前LNG接收站、LNG液化工程等站场配置了相对比较完善的LNG扩散抑制措施及装置，但是对于LNG加气站等规模较小的站场，普遍缺少相应的LNG扩散抑制手段，亟需开发应用的技术设备及装置，以确保安全。

6.结束语

LNG泄漏扩散抑制是一项系统的工程，需要将LNG泄漏检测传感器布局优化、LNG泄漏堵漏技术开发以及多种LNG泄漏后扩散抑制技术有机结合，才能系统形成从快速检测、堵漏和抑制的一体化技术，控制并减缓LNG泄漏后果。

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中国石化青岛液化天然气有限责任公司 山东青岛 266000