严文锐 吕 佳
〔中国石化四川石油分公司 四川成都 610041〕
近年来,因油品质量不合格、尾气排放不达标等问题,致使大气PM2.5浓度超标,雾霾天气频发,严重影响了人们的日常生活。LNG等替代新能源的发展刻不容缓[1]。十三五以来,国家和地方密集出台多项政策,积极推动天然气能源利用。LNG相比传统燃料具有更高效、更环保、更安全、成本更低等竞争优势[2],在交通运输领域发展迅速,特别是2018年以来,LNG市场价格持续低位运行,与柴油对比经济性明显提升,传统柴油重卡更换符合国Ⅵ排放标准的LNG牵引车头的势头迅猛。
由于市场的需求量增大,LNG加气站也有较大发展。在国内,由于LNG产业起步较晚,有关LNG方面的制度规范及相关操作规程相对滞后,LNG专业技能人才相对缺乏。同时,由于LNG具有低温及易燃易爆双重特性,导致LNG加气站在运营过程中容易出现泄漏并导致火灾爆炸等事故[3]。为降低LNG加气站泄漏安全风险,有效防范火灾爆炸事故发生,通过划分LNG槽车、卸车金属软管、潜液泵及管线、LNG储罐、加液管线、阻火器及放空单元等节点,对LNG加气站全过程泄漏安全风险进行识别分析,并探讨应对处理的控制措施[4]。
用低温运输槽车将LNG配送至LNG加气站。卸液前,连接好槽车与卸液口增压相、气相及液相对应管线,观察槽车的压力与储罐的压力情况,确定卸车方案。通过增压相平压、气相平压的方式实现储罐压力与槽车压力基本相等,然后开展槽车自增压流程。打开槽车增压液相阀,让LNG从增压液相口流入增压气化器,LNG通过增压气化器压力增大,转化为气相后通过气相管线回到槽车,实现自增压。槽车的压力应高于储罐2 kg以上,但不能超过安全阀起跳压力。打开槽车液相阀开始卸液。通过加气站卸车接口、保冷管道、泵撬、阀门等将LNG接卸到低温储罐中。
给车辆加液前,首先观察车辆钢瓶压力,如果大于1 MPa需要进行降压回气操作,待钢瓶压力低于0.9 MPa可进行加液操作(如果长时间未使用加液机需要进行预冷操作)。将加注管路通过专用的LNG加液枪与汽车上进液接口相连接, LNG从储罐经过低温潜液泵加压途径保冷管线、阀门、加液机等输送至客户车辆钢瓶内,同时用LNG流量计计算出输送的液体,在控制面板上方显示质量(或标方数)和价格。其工艺流程简图如图1所示。
图1 LNG加气站工艺流程
LNG加气站的核心设备可分为三大部分:一是LNG储罐;二是低温潜液泵、加液机以及相关配套的低温管线及阀门;三是PLC自动控制系统及相关的安全配套设施。LNG加气站主要的危险源是LNG介质本身。通过分析LNG介质本身风险及LNG槽车、卸车金属软管、潜液泵及管线、LNG储罐、加液管线、阻火器及放空单元等环节泄漏风险,并采取相应措施控制LNG的意外泄漏,是控制LNG加气站安全平稳运行的关键。
LNG为-150~-160 ℃的深冷液体,若有液体泄漏或飞溅,人体直接与LNG接触,皮肤及皮肤以下组织迅速冻结,表皮与衣物或金属黏接造成表皮撕裂,接触时间过长时,人体骨骼将受到坏死性冻伤。受LNG低温特性影响,金属部件会出现明显的收缩,加气站销量越大,卸液与充装操作频率越高,储罐的焊缝、阀门、法兰等部位遇冷收缩越频繁,设备的应力损伤越大,泄漏的风险也相应增大。
LNG槽车运输LNG到站后,存在因故长时间未卸液,槽车内LNG吸热过多蒸发,或者LNG槽车卸车增压操作时,操作人员失误,增压管路阀门开度不当导致过多气体生成等情况。从而导致LNG槽车超压,LNG从槽车溢出,泄漏至环境,附近人员受LNG低温伤害,如遇点火源存在火灾爆炸、人员伤亡风险。
目前国内LNG加气站卸液所采用的管线绝大部分为金属软管。卸液时金属软管因磨损等因素存在破裂的情况,导致LNG从软管破裂部位溢出,泄漏至环境,附近人员受低温伤害,如遇点火源存在火灾爆炸、人员伤亡风险。
另一方面,卸液完成后,拆卸软管时存在金属软管内残余LNG未能卸尽,或者空气进入软管预冷结冰,再次卸车时堵塞管道或损坏机泵,甚至引起设备损坏破裂(冻胀)等情况,引起LNG从设备薄弱环节泄漏,附近人员受低温伤害,如遇点火源存在火灾爆炸、人员伤亡风险。
在LNG接卸过程中,存在因操作人员失误,卸车时LNG储罐过度充装,LNG从潜液泵或管线薄弱环节泄漏的情况,附近人员或受低温伤害,如遇点火源存在火灾爆炸、人员伤亡风险。
LNG储罐外罐材质为Q345R碳钢,内罐材质为06Cr19Ni10不锈钢,内外罐之间设有绝热层并抽取真空。储罐的设计压力一般为1.2 MPa[5]。LNG站储罐一般为露天设置,罐体在使用过程中受到阳光暴晒和雨水侵蚀。LNG储罐存在因绝热层受损,抽真空管路或测真空装置泄漏等原因导致真空度无法维持,LNG吸热过多蒸发,使储罐内压力急剧上升,在安全阀泄压速度小于升压速度时,导致储罐超压的情况。在罐体壁厚小、根部法兰等应力集中区域破裂泄漏至环境,附近人员受低温伤害,遇点火源存在火灾爆炸、人员伤亡风险。
另一方面,LNG储罐存在因槽车LNG密度与储罐LNG密度差过大,储罐进液方式选择错误,LNG在储罐内发生翻滚,压力急剧升高导致储罐超压的情况,LNG从储罐薄弱环节溢出,泄漏至环境,附近人员受低温伤害,遇点火源存在火灾爆炸、人员伤亡风险。
目前国内LNG加气站对外加液所采用的管线绝大部分为金属软管。在作业过程中,存在操作人员管线连接不当,接口脱落或加液金属软管破裂等情况,LNG从加液软管溢出,泄漏至环境,附近人员受低温伤害,遇点火源存在火灾爆炸、人员伤亡风险。
在LNG加气站运行过程中,存在阻火器堵塞,不能正常放空,或放空流程阀门误关闭,不能正常放空的情况,导致系统憋压,LNG从阻火器或放空系统薄弱环节泄漏,附近人员受低温伤害,如遇点火源存在火灾爆炸、人员伤亡风险。
采取工程技术类措施是提高LNG加气站设备设施本质安全的重要手段。目前LNG加气站在日常运行过程中存在LNG储罐锈蚀、罐区围堰及地面破损、可燃气体连锁控制不到位、紧急切断系统不完善、视频监控系统存在盲区等问题,针对上述问题采取以下工程技术措施加以解决:①对LNG储罐表面进行隔热防腐处理。对储罐进行底漆防腐固化处理、中间层使用环氧云铁中间漆、面漆采用喷涂氟碳面漆,达到减少热辐射及耐酸碱、耐气温变化、耐腐蚀等作用;②增设可燃气体连锁控制。在储罐区域增设可燃气体泄漏声光报警检测探头,用于检测监控储罐区域和LNG接卸区域泄漏情况,并与LNG控制系统连锁。监控室安装气体报警仪专用控制器,监控站内燃气浓度状态,实现实时读数反馈异常信息,同时将控制信号接入LNG控制柜的PLC程序控制单元,与紧急制动系统联动运行;③完善紧急切断系统。在接卸区和加液现场新增紧急启动开关,一旦发生异常情况,迅速启动切断LNG操作系统,阻止事态进一步扩大;④对破损围堰及其地面采用防冻材料进行维护;⑤完善LNG加气站视频监控探头配置、配齐巡检仪器、配齐通讯工具,做到日常作业和设备运行状况监控全覆盖。
管理措施主要是:①修订完善LNG加气站管理制度、操作规程、作业指导书等规章制度,完善各岗位职责,明确各项作业标准流程;②加强LNG加气站人员技能培训,相关人员必须熟知加气站的工艺流程、设备的结构及工作原理、岗位操作规程、设备日常维护保养及消防器材的使用等,做到100%持证上岗; ③强化日常管理,定期开展储罐、压力管线、真空度及安全附件的检测校验工作,严格按照操作规程开展卸液作业,配备电子巡检仪,每日定人、定时、定路线对储罐区进行安全巡检,补充完善制作罐区、泵撬区及其他作业区域的工艺标识标牌、警示牌。
个体防护措施主要是:①采购配齐LNG加气站穿戴用防护手套、防护面罩、防护围裙、防护耳罩、防阻燃静电工作服、防静电工作鞋等日常作业防护用品;②规范日常作业防护用品穿戴,监督指导员工正确使用防护用品。
应急措施主要是:①结合站内实际情况编制修订LNG加气站泄漏专项应急预案、编制应急处置卡、制作应急小视频等,使各岗位应急职责、关键环节应急处置流程更加清晰明确;②定期开展LNG加气站泄漏应急演练,熟悉掌握应急处置流程,评估应急预案并进行改进;③配齐LNG加气站应急物资,包括巡检仪器、安全帽、绝缘鞋、超低温防护手套、超低温防护服、防冻靴、消防隔热服、正压空气呼吸器、防爆对讲机、防爆维修工具等应急防护用具,并指导员工正确佩戴。
LNG是一种高效、清洁、节能、环保的绿色新能源,但也是一种非常危险的化学燃料。在LNG加气站的建设和运行中,必须采取有针对性的措施,降低LNG加气站泄漏风险,杜绝事故的发生。