液化天然气工厂管道系统LNG的泄漏及预防.doc

行业资料：_液化天然气工厂管道系统LNG的泄漏及预防单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 10 页液化天然气工厂管道系统LNG的泄漏及预防液化天然气（LNG）是在一定的温度和压力条件下被液化了的以甲烷为主的天然气轻质烃部分。由于天然气液化前的体积相当于液化后体积的634倍，因此,液化天然气成为一种大量运输天然气的经济方法。天然气的液化加工装置按使用情况，一般分为基本负荷型、调峰型、终站型及卫星型四种。液化天然气工厂生产的LNG主要供远距离用户或海运出口，属于基本负荷型。1959年，第一批液化天然气从美国的路易斯安那州的查理斯湖运往英国，人类从此开始了将天然气送到不产或缺少天然气的国家。20世纪60年代中期，国外的液化天然气（LNG）基本负荷站及调峰站等开始广泛应用。在我国，第一座实现商业化生产的天然气净化液化装置位于中原油田的液化天然气工厂，其设计生产能力为150000Nm3/d，于xx年正式投产。工厂的工艺主要包括脱CO2、脱H2S、脱水的净化部分和以丙烷、乙烯复迭制冷的液化部分。基本工艺流程如下：原料气过滤脱CO2，H2S、脱水、液化、储存装车。尽管LNG行业是一个相对较安全的行业，但液化天然气工厂在操作及LNG装车的过程中，其管道系统都有可能出现LNG泄漏。LNG管道系统主要存在液化、储存及装车单元，它的各个部位，尤其是阀门填料、连接软管及短管、气相线及采样线焊缝等处，最可能出现泄漏。具体分析如下：LNG泄漏到地面上，最初会有一个剧烈汽化的阶段，然后，汽化率迅速降至一个稳定的值。该值由地面的热力特性及从周围空气中所吸收的热量决定。泄漏后的LNG刚开始汽化时，汽化气温度与LNG的温度相同，其密度大于空气的密度。这样，气体就会首先在地面上形成一层气流，并从环境中吸收热量。当温度上升到-80（对LNG而言，由其组成决定）时，它就比周围空气的密度小。这时，因为温度升高，整个混合物的密度小于空气密度，该气体空气混合物就会整体上升，形成气团。漏出的LNG液体将周围的空气冷却至露点以下，形成一个可见云团。这就是LNG出现泄漏的特征，该特征也可作为探测LNG泄漏的一种方式。一、阀门填料的泄漏尽管用于LNG的阀门都是设计用于低温环境的，但当阀门冷却至操作温度时，金属部分出现收缩，该情况可能造成阀门的填料部位出现泄漏。对于LNG加长阀盖阀门的泄漏，可通过阀盖上出现非正常的结霜现象来判断，并通过早期的探测及紧固，可防止填料出现泄漏。二、连接软管及短管的泄漏将LNG从一个容器转换到另一个容器时，需要一条液相线和一条气相回流线。在转换的过程中，由于温度降低，这些管线的丝扣及法兰连接点因为冷收缩可能导致泄漏。当软管作为连接管线（如LNG装车）时，软管本身也可能发生泄漏。因此，软管应根据国家安全标准至少每年进行一次压力测试，并在每次使用之前，首先进行目测，将泄漏的可能性降至最低。在液体的切换过程中，由于阀门的断开，LNG或冷蒸汽可能被隔离开。当液体汽化后，蒸汽温度升高，管线内压力增大，则需要放空来防止压力的增加。如果是直接放空至大气，低温液体和气体有可能混合在放出的流体里。因此，放空的时候不能正对着人员或设备。应制定防止软管泄漏及切断软管的操作程序，同时,还应制定关于人身保护及消除火源的防护措施。三、气相线的泄漏在天然气液化、储存及汽化的管线中，由于管线焊缝泄漏，可能导致低温气体从管线中释放出来。在连接液化单元到储罐区的管线中，通常流动的是液体，从而使最终压力降低。其他管线内流动的是回流闪蒸气或储罐内的汽化气。有LNG汽化的区域，需要特别的考虑及规划，因为这些区域不但影响到高流量及压力，还涉及到从低温管材到常温管材的转换。如果汽化器及它的控制系统出现故障，操作工又没有发现和报警，则低温气体或液体就会进入常温管线，尽管有自动监控设施及连锁信号，也会导致管线的脆裂。因此，为了防止及处理气相线的泄漏，首先应选好直接与LNG接触不发生脆裂的低温管材及相应的焊料，并且还要制定出将管线与汽化器紧急隔离及防止液体流入汽化器的操作规程。四、采样线及采样器的泄漏对低温液体进行采样时，应采取绝热保冷措施尽量将采样线及采样器泄漏的可能性减至最低。人工采样经常有可能与溢流出的液体相接触，一旦接触后，LNG对皮肤可造成而类似于烧伤的冷灼伤。LNG汽化后的气体仍然是绝对的低温，也会导致灼伤。象眼睛等敏感组织，会由于暴露在低温环境中而受损。所以操作人员必须穿特殊的劳保服装并戴上面罩或护目镜。操作人员还应戴上宽松的皮手套，以便液体喷溅到上面时快速脱下。此外，在液化天然气工厂的管道系统中，随着LNG液体的泄漏，低温气体也主要在焊缝、阀门、法兰、管件及容器连接处渗出。它渗出后，冷却周围的空气至露点以下，形成云团。一旦发现低温气体泄漏，其处理方法与低温液体相似，必须对泄漏区进行隔离或对工厂进行停车。如果出现可燃蒸汽云团，还应消除任何潜在的火源。在有火源邻近的区域，如利用内燃机系统的汽化器装置区，需要制定快速切断泄漏气体/液体的操作程序。除了用自动控制设施防止低温气体或液体进入外输系统外，许多汽化装置都还应配备可燃气体探测器、火焰传感器及自动干粉灭火系统来预防和处理低温气体的泄漏。综上所述，为了防止和处理液化天然气工厂管道系统中LNG出现泄漏，必须采取的措施有：1)选择适当的低温材料及保冷方式。直接与LNG接触不发生脆裂的主要材料及用途参见表1。2)根据LNG泄漏的特性，制定相应的操作规程及措施。包括阀门操作规程，LNG装卸、切换规程，管线与汽化器紧急隔离规程，防止液体流入汽化器的规程，采样操作规程，快速切断泄漏液体/气体规程，泄漏区隔离规程及工厂停车规程等。3)根据LNG泄漏的特性，制定相应的操作规程及措施。包括阀门操作规程，LNG装卸、切换规程，管线与汽化器紧急隔离规程，防止液体流入汽化器的规程，采样操作规程，快速切断泄漏液体/气体规程，泄漏区隔离规程及工厂停车规程等。4)操作人员必须穿戴特殊的劳保。LNG的低温可导致对身体各个暴露部分不同的影响。如果人员在低温环境中没有得到适当的保护，则他的反应及能力都将受到影响。操作人员穿戴适当的劳保，可以尽可能的降低与低温LNG接触产生的危害。5)采用可燃气体探测器、火焰传感器及自动干粉灭火器、围堰等设施对LNG的泄漏进行探测、预防及保护。第 5 页 共 10 页液化天然气接收站安全检测在有可燃气体、火焰、烟、高温、低温等潜在危险存在的地方，安装一些必要的探测器，对危险状况进行预报，可以使工作人员能及时采取紧急处理措施。按照国标GB50183的规定，LNG工厂(接收站)应设置火灾自动报警系统，该系统应按现行国家标准火灾自动报警系统设计规范GB50116执行。通常设置一套火灾报警及气体探测系统(FGS)，该系统包括设置在主控室的FGS主控盘和事故打印机，设置在消防站内的FGS复示盘，设置在码头控制室的FGS区域控制盘。按照各部位的特点配置可燃气体探测器；泄漏探测器(低温探测器)；火焰探测器；感温探测器；感烟探测器；手动报警按钮；电动警笛；警铃和工业电视系统。每一个检测器都要与自动停机系统相连，在发现危险时能自动起作用。一、可燃气体检测器火灾报警及气体探测系统必须对LNG的泄漏进行监测。可以通过观察、检测仪器或两者综合使用。白天LNG发生溢出，可以通过产生的蒸气云团看见。然而，在晚上及照明不好的情况下就不容易看清楚。如果仅仅依靠人工观察来检测泄漏，显然是不够的。对于比较大的LNG装置，应当安装可燃气体检测装置，对系统进行连续的监测。在最有可能发生泄漏的位置安装传感器。当检测系统探测到空气中可燃气体的含量达到最低可燃范围下限(LEL)的10%25%时，将向控制室发出警报。控制室的人员确定应对措施并发出控制命令。在一些关键的地方，当含量达到燃烧下限(LEL)的25%时，会自动切断整个系统。考感到LNG装置有限的人员配备和可燃气体的存在，有必要设置实时的监测系统，连续地进行监控，消除人为的疏忽和大意的可能性。对于比较小的装置，由于系统相对简单，产生泄漏的可能性较小，因此没有必要安装过多的自动报警系统。经验证明，工作人员的误操作，经常引起这些系统误报警，发出一些不必要的警报。应正确分析警报器及传感器的安装位置和可燃气体源的位置，并对报警系统进行有效的定期保养。每一个可燃气体检测系统发出的警报，控制室或操作台的工作人员都要能听得到和看得见，除此之外，气体泄漏的区域也应能昕到警报声。气体检测系统安装后要进行测试，并符合有关的要求。有LNG设备或管道等设施的建筑都应安装可燃气体检测系统，当可燃气体在空气中的含量达到一定的程度就能发出警报。可燃气体传感器的灵敏度要有合适的等级。安装区域和相关的检测器灵敏度等级分类如下：(1)没有可燃气体设备的区域。主要是办公区。这些区域的检测器应当非常灵敏，当检测到气体后发出警报。(2)可能含有被检测气体的区域。这里的传感器在较低含量下(最低可燃极限的10%20%)发出警报。这种区域主要是在一般操作时，可能含有天然气。(3)很有可能含有被检测气体的区域。在这些区域中，当气体达到危险程度(最低可燃极限的20%50%)时发出警报。该工作区可能有自动切断系统，因此在检测到可燃性气体后有两种选择：每隔30s发出一声报警，并切断整个设备运行；或者只是发出警报，警告工作人员。这些区域主要是安装压缩机和气体涡轮机的厂区、LNG车补给燃料处和汽车发动机等部位。在一些危险性比较大的区域，应合理地安装监测器，这些区域如下：(1)靠近LNG或天然气的设备。特别是容易发生泄漏的设备周围。(2)靠近火源或火源的空气入口处，如建筑和锅炉的进风口。(3)地势较低区域。包括LNG蒸气或液体容易聚集的地方，LNG蒸气在受热上升前，将向地形较低的区域聚集。(4)地势高的区域。受热的LNG蒸气将聚集在这些地方，包括泄漏设备上方的封闭区域的天花板下。主要是靠近有LNG或LNG蒸气泄漏危险的区域。因此建筑物应没有空气不易流通的死角。在LNG接收站的码头、LNG储罐罐顶的低压LNG输送泵、再凝器、高压输出泵区、开架式气化器、计量站、尾气排放、BOG压缩机、火炬分液罐、燃料气分液罐、LNG收集池和汽车槽车装车站等部位都应设置可燃气体检测器。二、火焰检测器火焰检测器有紫外线(uV)火焰检测器和红外线(IR)火焰检测器、检测热辐射产生的热量。火焰产生的辐射能通过紫外线和红外线探测器的波长信号来检测。当辐射达到一定的程度后，会发出警报。应该注意的是某些光源可能导致误报警，如焊接产生解决误报警的方法如下：(1)使用不同类型的检测器。如同时使用紫外线和红外线检测器来检测。检测系统中，信号必须通过两种波长的同时确认。这样可减少误报警。(2)多点检测。在危险区域内设置的传感器，有可能被一个辐射源激活，但该辐射源不能激发多个传感器。还有一种情况是工作人员接到一个报警信号，但自动切断和消防系统不起作用，只有收到确认信号后才会动作。确认信号是通过多数的检测器的探测结果来确定的。(3)延迟报警。检测系统在有连续的火焰信号后，才能发出警报。在LNG接收站的码头、LNG储罐罐顶的低压LNG输送泵、再凝器、高压输出泵区、开架式气化器、计量站、尾气排放、BOG压缩机、火炬分液罐、燃料气分液罐和汽车槽车装车站等部位都应设置火焰检测器。三、低温检测器低温检测器在LNG或冷蒸气泄漏时发出警报。这些检测器的传感器主要是热电偶或热电阻。随着温度的变化，其电特性也会变化，因此可以间接地测量温度。低温检测器装在LNG设备的底部，以及产生溢流后，可能聚集液体和蒸气的低部位置。在LNG接收站的码头、LNG储罐罐顶的低压LNG输送泵、再凝器、高压输出泵区、开架式气化器、LNG收集池、其他有LNG法兰的区域和汽车槽车装车站等部位都应设置低温检测器。四、烟火检测器烟火检测器主要是用来检测烟雾和火焰。LNG蒸气燃烧时产生的烟很少。因此，这些检测器主要用来检测电器设备和仪器是否着火。这些设备着火时会产生烟。除了高温检测器外，采用烟火检测器是因为少量的烟火，有可能产生不了足够的热量来触发高温检测器。主要用于防止火焰延伸到LNG设备。烟火检测器通常安装在控制室的电器设备和其他有可能产生烟火的设备上面。五、缺氧检测设备可采用多通道的气体检测系统，对不同区域是否缺氧进行检测。气体检测器使用一个内置式的取样泵，抽取来自不同区域的气体样品，通过气体成分分析，指示是否缺氧及缺氧的程度。检测系统应具有同时指示可燃气体含量和缺氧状况的功能。第 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