LNG生产与储存设施的工业安全

什么是LNG? LNG是英文LiquefiedNatural Gas的简称，即液化天然气。它是天然气（甲烷CH4）在经净化及超低温状态下（-162℃、一个大气压）冷

什么是LNG? LNG是英文LiquefiedNatural Gas的简称，即液化天然气。它是天然气（甲烷CH4）在经净化及超低温状态下（-162℃、一个大气压）冷却液化的产物。液化后的天然气其体积大大减少，约为0℃、1个大气压时天然气体积的1/600，也就是说1立方米LNG气化后可得600立方米天然气。无色无味，主要成份是甲烷，很少有其它杂质，是一种非常清洁的能源。

LNG储存特点及分类

1.耐低温性

LNG为低温深冷介质，储存设备及相关设备设施要具备可靠的耐低温深冷性能。特别是储存设备应至少满足耐低温-162℃以下，在第一次投用前要用-196℃的液氮对储罐进行预冷应达到-196℃。常压下液化天然气的沸点为-160℃。

LNG选择低温常压储存方式，将天然气的温度降到沸点以下，使储液罐的操作压力稍高于常压，与高压常温储存方式相比，可以大大降低罐壁厚度，提高安全性能。因比，LNG要求储液罐体具有良好的耐低温性能和优异的保冷性能

2.安全要求高

由于罐内储存的是低温液体，储罐一旦出现意外，冷藏的液体会大量挥发，气化量大约是原来冷藏状态下的600倍，在大气中形成会自动引爆的气团。因此，API、BS等规范都要求储罐采用双层壁结构，运用封拦理念，在第一层罐体泄漏时，第二层罐体可对泄漏液体与蒸发气实现完全封拦，确保储存安全。

并且因储罐中内罐既要承受介质的工作压力，又要承受LNG的低温，所以要求内罐材料必须具有良好的低温综合机械性能，尤其要具有良好的低温韧性，因此内罐材料采用OCr18Ni9（不锈热轧带钢），相当于ASME（美国机械工程师协会）标准。

3.保温措施严格及抗震性能好

a.保温措施：

储罐焊缝必须进行100%磁粉检测（MT）及100%真空气密检测（VBT）。要严格选择保冷材料施工中应遵循规定的程序。为防止混凝土出现裂纹，均采用后张拉预应力施工，对罐壁垂直度控制十分严格。混凝土外罐顶应具备较高的抗压、抗拉能力，能抵御一般坠落物的击打；由于罐底混凝土较厚，浇注时要控制水化温度，防止因温度应力产生的开裂。

b.抗震性能：

一般建筑物的抗震要求是在规定地震荷载下裂而不倒。为确保储罐在意外荷载作用下的安全，储罐必须具有良好的抗震性能。对LNG储罐则要求在规定地震荷载下不倒也不裂。因次，选择的建造场地一般要避开地震断裂带，在施工前要对储罐做抗震试验，分析动态条件下储罐的结构性能，确保在给定地震烈度下罐体不损坏。

4.施工要求严格

储罐焊缝必须进行100%磁粉检测（MT)及100%真空气密检测（VBT）。要严格选择保冷材料，施工中应遵循规定的程序。为防止混凝土出现裂纹，均采用后张拉预应力施工，对罐壁垂直度控制十分严格。混凝土外罐顶应具备较高的抗压、抗拉能力，能抵御一般坠落物的击打；由于罐底混凝土较厚，浇注时要控制水化温度，防止因温度应力产生的开裂。

LNG储罐的结构

储罐一般由内罐、外罐两部分套装组成，在两层底板间、内壁间、顶板间都设有玻璃纤维、发泡玻璃砖、保冷砂、珍珠岩粉聚氨酯发泡料等保温材料来填充保温层。

按储罐的设置方式：地上储罐和地下储罐

按储罐结构形式：单包灌双包容罐、全包容罐及膜式罐

按储存压力进行分类：常压储罐、高压储罐

按储存容量分类：小型（5～50m3）、中型（50～100m3）、较大型（100～1000m3）、大型 00～40000m3）、特大型（40000～200000m3）

按储罐形状分类：球形储罐、圆柱形储罐。

（一）天然气预处理

作为液化装置的原料气，首先必须对天然气进行预处理。天然气的预处理是指脱除天然气中的硫化氢、二氧化碳、 水分、重烃和汞等杂质，以免这些杂质腐蚀设备或在低温下冻结而堵塞设备和管道。

（二）天然气液化流程

天然气的液化流程有不同的形式，按制冷方式分，可分为以下三种方式：

1. 级联式液化流程

2. 混合制冷剂液化流程

3. 带膨胀机的液化流程

这样的划分并不是严格的，通常采用的是包括了上述各种液化流程中某些部分的不同组合的复合流程。

常见天然气液化制冷工艺有阶式制冷工艺、混合制冷工艺和膨胀制冷工艺。

（一）阶式制冷工艺

阶式制冷工艺是一种常规制冷工艺。对于天然气液化过程，一般是由丙烷、乙烯和甲烷为制冷剂的3个制冷循环阶组成，逐级提供天然气液化所需的冷量，制冷温度梯度分别为－30 ℃、－90 ℃及－150 ℃左右。净化后的原料天然气在3个制冷循环的冷却器中逐级冷却、冷凝、液化并过冷，经节流降压后获得低温常压液态天然气产品，送至储罐储存。

阶式制冷工艺制冷系统与天然气液化系统相互独立，制冷剂为单一组分，各系统相互影响少，操作稳定，较适合于高压气源（利用气源压力能）。但由于该工艺制冷机组多，流程长，对制冷剂纯度要求严格，且不适用于含氮量较多的天然气。因此这种液化工艺在天然气液化装置上已较少应用。

（二） 混合制冷工艺

混合制冷工艺是六十年代末期由阶式制冷工艺演变而来的，多采用烃类混合物（N2、C1、C2、C3、C4、C5）作为制冷剂，代替阶式制冷工艺中的多个纯组分。其制冷剂组成根据原料气的组成和压力而定，利用多组分混合物中重组分先冷凝、轻组分后冷凝的特性，将其依次冷凝、分离、节流、蒸发得到不同温度级的冷量。又据混合制冷剂是否与原料天然气相混合，分为闭式和开式两种混合制冷工艺。

闭式循环：制冷剂循环系统自成一个独立系统。混合制冷剂被制冷压缩机压缩后，经水（空气）冷却后在不同温度下逐级冷凝分离，节流后进入冷箱（换热器）的不同温度段，给原料天然气提供冷量。原料天然气经“三脱”处理后，进入冷箱（换热器）逐级冷却冷凝、节流、降压后获得液态天然气产品。

开式循环：原料天然气经“三脱”处理后与混合制冷剂混合，依次流经各级换热器及气液分离器，在逐渐冷凝的同时，也把所需的制冷剂组分逐一冷凝分离出来，按制冷剂沸点的高低将分离出的制冷剂组分逐级蒸发，并汇集构成一股低温物流，与原料天然气逆流换热的制冷循环。开式循环系统启动时间较长，且操作较困难，技术尚不完善。

LNG场站常见有LNG气化站和LNG瓶组气化站两种类型。LNG气化站是指具有将槽车或槽船运输的LNG进行卸气、储存、气化、调压、计量和加臭，并送入城镇燃气输配管道功能的场站，常用于无法使用管道气供气的城市。LNG瓶组汽化站是指采用气瓶组作为储存及供气设施，其供气规模小，主要用于小区或单个工业用户的供气。

LNG场站主要设备

LNG气化站和瓶组气化站主要设备包括LNG低温储罐、LNG钢瓶、空温式气化器、调压计量设备、加臭设备、低温阀门以及一些辅助设备（如锅炉等）等。本章主要介绍LNG场站特有的低温储罐、钢瓶、空温式气化器、水浴加热器等。

一、低温储罐

（一） LNG储罐的分类

LNG储罐可按容量、隔热、形状及罐的材料分类；这里只以隔热和材料进行分类。

1. 按围护结构的隔热分类

（1） 真空粉末绝热：常见于中型LNG储罐，是供气站最常见的形式。

（2） 正压堆积绝热：应用于大型LNG储罐和储槽。

（3） 高真空多层隔热：较少采用，只用于小型LNG储罐。

2. 按罐的材料分类

（1） 双层金属型：指内罐和外罐均用金属材料，一般内罐采用耐低温的不锈钢 或铝合金。

（2） 预应力混凝土型：一般大型储槽采用预应力混凝土外壳，而内筒采用低温的金属材料。

（3） 薄膜型：指内筒采用厚度为0.8～1.2㎜的36Ni钢。

LNG气化器按热源的不同，可分为加热气化器、环境气化器和工艺气化器三种类型。由于环境气化器运行经济，所以环境气化器最常采用。但由于北方冬季寒冷，为满足工艺的要求还需使用加热气化器进行加热气化。下面主要介绍LNG场站最常见的空温式气化器和水浴式加热器。

（一）水浴式加热器

水浴式加热器用于在冬季当气化器出口温度无法满足工艺要求时对气化后的天然气进行加热。常采用管壳式换热器结构。

水浴式加热器主要由壳体、传热管束（蛇形管）、管板等部件组成。水浴式加热器罐壳与热水锅炉和其他管件构成一个封闭的水循环系统，热水从加热器的下部流入，上部流出，热水充满整个罐壳。低温的天然气通过浸在热水中的蛇形管得到热量，使天然气气体温度升高。

（二） 空温式气化器

空温式气化器也叫空浴式气化器。它主要由星型翅片导热片、液气导流管、支架、底座、进出口接头等部件组成。星型翅片导热管有八翅对称,材料选用LF21防锈铝合金。

空温式气化器工作时利用周围大气作为热源，通过导热性能良好的LF21星型管吸收空气的热量进行热交换,从而使低温液体气化成一定温度的气体。但由于空气中含有水蒸气，工作时间过长，气化器会结霜，导致气化效率降低，因此空温式气化器使用时设置两组，一用一备切换运行。

LNG低温液体钢瓶由不锈钢内容器、不锈钢外容器和其他各部件构成，在内外容器之间具有绝热真空夹层。

LNG钢瓶各部件及其作用如下：

1. 内置气化器--该交换器为气体蒸发器盘管，与外筒壁脱接，使液体产品连续地转变成气体，用于直接供气及提升罐内压力。

2. 增压回路-- 增压回路用于保证在用液量较大时有足够的驱动压力。

3. 节气器-- 节气器回路优先从容器内的液体上方的封头空间提取气体。

4. 使用阀--此阀控制气体出口。

5. 液体阀--通过此阀，可以控制灌充液体或从容器中排放液体，它有连接液体管路所需的管接头，用适当的管接头把金属软管连接到液体管路的接头上，打开阀门就可以向瓶外供应液体。

6. 增压阀--此阀把容器底部的液体增压/节气调节器分隔开来。用于容器内部的增压。

7. 排放阀--此阀控制一个进入容器封头空间的管路，在灌充过程中用来排出封头空间的气体。

8. 压力表--压力表显示内容器压力。

9. 全视液位计--容器的液位计是浮子式的液面传感器，它通过磁性元件联接一黄色指示带指示容器液体容量。

10. 安全阀-- 安全阀用于在钢瓶内胆压力超高时排放压力。

LNG气化站日常巡回检查的内容和要求

1. 场站的巡回检查应严格按《巡回检查制度》执行。

2. 检查空温式气化器结霜情况、储罐外壁不应有结霜、结露情况。

3. 检查工艺管线上的低温阀门（特别是填料压盖处）、各连接部位（焊口、法兰、接头）应无泄漏现象。

4. 观察、分析和记录储罐压力和液位，管道各监测点压力、差压、温度、流量及水浴式气化器水量、水温等各种运行参数，均应在正常范围内。

5. 检查气化器各组切换（自动）应正常。

6. 检查储罐、气化器、低温管线应无异常声响及异常振动。

LNG气化站的操作及安全注意事项

1. 槽车进站前司机必须将手机、火种等易燃易爆物品交由门房保管，要严格按《进站管理制度》执行。

2. 槽车进站后进行称重计量并做好记录，并由专人到大门接车。

3. 槽车进站后车速每小时不得超过5公里。

4. 雷雨天气、附近有明火或发生火灾的情况下不得进行卸车作业。

5. 站内发生泄漏、LNG储罐及槽车压力异常的情况下不得进行卸车作业。

6. 作业前必须在安全区域释放人体静电。

7. 槽车到达卸车台后，按指定位置停好、熄火，拉起手闸，垫好车墩，并设立警示线。

8. 卸车前要将槽车通过接地夹接地，且接地必须可靠。

9. 卸车前应对槽车上的管道等相关设备、仪表、安全装置和联锁报警进行检查，确认无误后方可进行卸车作业。

10. 槽车的停放应稳固，装卸过程中严禁移动车辆。

11. 卸车前应观察槽车压力和液位，并做好记录。

12. 操作人员必须穿戴好低温防护用品，以防冻伤。

13. 人体未受保护部分不得接触未经隔离装有液化天然气的管道和容器。

14. 连接软管法兰上的螺母必须使用铜或不锈钢材质的，严禁用普通螺母代替。

15. 卸车工具必须采用防爆工具。

16. 软管连接后应对连接部位进行检漏，并用干惰性气体或天然气气体对卸车软管进行吹扫。

17. 当操作前管线和设备处于常温状态时，必须对其进行预冷或严格控制液体流量，待设备和管线过渡到低温后，再进行相应的操作。

18. 给槽车增压时要控制好槽车压力不能超过规定值（如0.65MPa）。

19. 对不同气源的LNG宜分开储存，避免因密度差引起LNG分层，并应密切监测气化速率。

20. 为防止先后注入储罐中的LNG产生密度差，应采取以下充注方法：

（1） 槽车中的LNG密度小于或接近储罐中的LNG密度时应从储罐的下进液口充注。

（2） 槽车中的LNG密度大于储罐中的LNG密度时应从储罐的上进液口充注。

21. 卸车作业时，操作人员和押运人员不得离开现场。

22. 储罐的充装量应符合其充装系数的要求。储存液位不宜超过90％。

23. 在卸车与气化作业同时进行时，不宜使用同一个储罐。

24. 所有阀门操作应缓慢启、闭，严禁快速开、关操作，防止LNG的流速突然改变而产生液击损坏管道。

25. 拆卸软管前要通过放散阀泄放软管中的气体，严禁带压拆卸。

26. 卸车结束之后，应使拆卸下的低温软管处于自然伸缩状态；严禁强力弯曲，恢复常温后，应对其接口进行封堵。

27. 槽车降压完成后要做好卸车记录。

28. 严格按操作规程操作，严禁液化天然气液体滞留在封闭管段内。

29. 储罐增压操作时，应密切观察储罐压力变化，确保其在规定值范围内。

30. 储罐出液和倒罐操作时，应有人值守，并应观察液位和压力的变化情况。

31. 储罐出液时，储罐剩余液位不宜低于20%。

32. 气化器在切换操作时，应先对将要投入运行的气化器管线进行预冷。

33. 对长期储存的LNG，必须采取定期倒罐的方式防止其因静置而分层（密度差）。

LNG场站的维护

（一） 设备及管道维修完恢复使用前应首先进行预冷，预冷时储罐及管道不应含水分及杂质。

（二） 储罐检修前后应采用惰性气体进行置换，严禁采用充水置换方法。

（三） 及时检查和排放集液池中积水，并应关闭集液池排放阀。

（四） 定期检查储罐外壁漆膜，应无脱落，外壁无凹陷，安全附件应完好。对立式储罐应定期检查其垂直度。

（五） 每年应检测储罐基础沉降情况，储罐基础应稳固，不得有异常沉降或由于沉降造成管线受损的现象。

（六） 每半年检查紧急切断联锁装置（ESD系统）应正常有效。

（七） 定期检查和调整低温管道保冷层及管托，应保持完好。

（八） 应每2年对储罐真空夹层检测1次真空度，装有低温介质的情况下，真空粉末绝热夹层真空度应低于10Pa。

（九） 应每年对真空绝热储罐蒸发率进行检查。

（十） 法兰连接处应采用金属缠绕垫片。

（十一） 每月检查和试运储罐喷淋设施和泡沫发生器。

（十二） 每半年对卸车接地夹接地电阻检测一次。

（十三） 装卸车软管应定期进行检查和维护保养，并应定期进行更换。

转载自微信公众号“流程工业”和“燃气爆炸”