LNG裝置安全設計探討2013.12南京

1、 LNGLNG裝置安全設計及規(guī)范探討裝置安全設計及規(guī)范探討陜西省燃氣設計院陜西省燃氣設計院 郭宗華郭宗華2013. 122013. 12 南京南京 水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全目 錄問題的提出問題的提出2. LNG2. LNG裝置危險性分析裝置危險性分析3. LNG3. LNG裝置安全設計的原則裝置安全設計的原則4. LNG4. LNG裝置安全設計探討裝置安全設計探討水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全1.1安全的重要性及系統(tǒng)安全的思想w LNG

2、LNG工廠物料的低溫深冷特性、易燃易爆特性、工廠物料的低溫深冷特性、易燃易爆特性、低溫低溫工況工況下下工藝操作條件的苛刻性，決定了它的安全的重要性。工藝操作條件的苛刻性，決定了它的安全的重要性。 w 關于關于“安全安全” ” ，美國安全工程師協(xié)會（，美國安全工程師協(xié)會（ASSEASSE）給出的定）給出的定義是：安全意味著可以容忍的風險程度。義是：安全意味著可以容忍的風險程度?！鞍踩踩笔窍鄬κ窍鄬Α帮L風險險”而言，世界上沒有絕對安全的事物，關注風險就是關注安而言，世界上沒有絕對安全的事物，關注風險就是關注安全，系統(tǒng)安全是指系統(tǒng)生命周期內(nèi)可以容忍的風險程度。全，系統(tǒng)安全是指系統(tǒng)生命周期內(nèi)可以容

3、忍的風險程度。水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安船建設建造、檢驗及作業(yè)安全全w 一個系統(tǒng)運行的風險最小，或者說系統(tǒng)達到最佳的一個系統(tǒng)運行的風險最小，或者說系統(tǒng)達到最佳的安全狀態(tài)，在很大程度上取決于系統(tǒng)的安全設計，安全安全狀態(tài)，在很大程度上取決于系統(tǒng)的安全設計，安全設計是系統(tǒng)安全的基礎設計是系統(tǒng)安全的基礎w 安全設計即是分析系統(tǒng)中人、物（物料和裝置）的安全設計即是分析系統(tǒng)中人、物（物料和裝置）的不安全狀態(tài)、不安全行為、環(huán)境的不安全表現(xiàn)所帶來的不安全狀態(tài)、不安全行為、環(huán)境的不安全表現(xiàn)所帶來的危險性以及消除這些危險所采取的安全措施，將系統(tǒng)的危險性以及消除這

4、些危險所采取的安全措施，將系統(tǒng)的安全置于系統(tǒng)的設計階段。安全置于系統(tǒng)的設計階段。水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全1.2 安全設計是系統(tǒng)安全的基礎w系統(tǒng)的安全設計基于系統(tǒng)生命周期中安全的兩個方面。系統(tǒng)的安全設計基于系統(tǒng)生命周期中安全的兩個方面。 （1 1）本質(zhì)化安全：）本質(zhì)化安全： 本質(zhì)化安全是系統(tǒng)安全的根本保證，從系統(tǒng)總成或組件的構思本質(zhì)化安全是系統(tǒng)安全的根本保證，從系統(tǒng)總成或組件的構思開始就融入安全設計的思想，一是保證系統(tǒng)在正常運行條件下本開始就融入安全設計的思想，一是保證系統(tǒng)在正常運行條件下本身是安全的，也就是系統(tǒng)在

5、其生命周期內(nèi)不依賴保護設備也能安身是安全的，也就是系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)不依賴保護設備也能安全運行；二是系統(tǒng)的故障安全，當系統(tǒng)偏離正常的操作條件或控全運行；二是系統(tǒng)的故障安全，當系統(tǒng)偏離正常的操作條件或控制系統(tǒng)失效時，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定或停止在安全的狀態(tài)下；制系統(tǒng)失效時，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定或停止在安全的狀態(tài)下； （2 2）工程化安全工程化安全： 工程化安全是對本質(zhì)化安全的補充，其主導思想是依靠工程安工程化安全是對本質(zhì)化安全的補充，其主導思想是依靠工程安全設施作為后備保護，加強系統(tǒng)在生命周期內(nèi)的安全性。全設施作為后備保護，加強系統(tǒng)在生命周期內(nèi)的安全性。水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船

6、建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全（1 1）. .物料的危險性物料的危險性 低溫過冷危險特性低溫過冷危險特性 LNG LNG的儲存溫度為的儲存溫度為162 162 ，發(fā)生泄漏后的射流或冷蒸氣，發(fā)生泄漏后的射流或冷蒸氣云，會使所接觸的一些材料變脆、易碎，或者產(chǎn)生冷收縮。特云，會使所接觸的一些材料變脆、易碎，或者產(chǎn)生冷收縮。特別是對別是對LNGLNG儲罐可能會引起外罐脆裂或變形，導致真空失效絕熱儲罐可能會引起外罐脆裂或變形，導致真空失效絕熱破壞，引發(fā)儲罐熱膨脹事故。過冷液體或氣體都會對人體產(chǎn)生破壞，引發(fā)儲罐熱膨脹事故。過冷液體或氣體都會對人體產(chǎn)生低溫灼燒、凍傷等危害。低溫灼燒、凍傷

7、等危害。 發(fā)生泄漏事故時，由于事故點溫度過低，搶險人員不易靠發(fā)生泄漏事故時，由于事故點溫度過低，搶險人員不易靠近泄漏部位，增加施救難度，延誤施救時間。近泄漏部位，增加施救難度，延誤施救時間。2.1 物（物料和裝置）的不安全狀態(tài)水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全 （1 1）. .物料的危險性物料的危險性 LNG LNG泄漏的特征泄漏的特征 溢出性泄漏時，由于溢出性泄漏時，由于LNGLNG液體粘度小、流動性強，泄漏的液體粘度小、流動性強，泄漏的液體或者流淌火災會四處流散、蔓延，流經(jīng)過的地面、防火堤液體或者流淌火災會四處流散、蔓

8、延，流經(jīng)過的地面、防火堤、設備基礎等因冷凍而強度大大降低，甚至發(fā)生坍塌事故；、設備基礎等因冷凍而強度大大降低，甚至發(fā)生坍塌事故； 射流性泄漏時，由于液體帶壓而噴射距離較遠，噴射火焰射流性泄漏時，由于液體帶壓而噴射距離較遠，噴射火焰不易撲救；不易撲救； 快速相變形成冷蒸汽云團，云團被空氣加熱至溫度高于快速相變形成冷蒸汽云團，云團被空氣加熱至溫度高于- -107107比空氣輕，迅速擴散。比空氣輕，迅速擴散。2.1 物（物料和裝置）的不安全狀態(tài)水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全 （2 2）. .裝置的危險性裝置的危險性 熱膨脹和

9、熱蒸發(fā)帶來的裝置超壓爆裂；熱膨脹和熱蒸發(fā)帶來的裝置超壓爆裂； LNG LNG儲罐的危險性：超裝后隨著時間的推延可能超壓爆裂；儲罐的危險性：超裝后隨著時間的推延可能超壓爆裂； 凈化不徹底致使換熱器堵塞或腐蝕；凈化不徹底致使換熱器堵塞或腐蝕； 管道振動的危害性：壓縮機出口的振動，節(jié)流膨脹引起的管道振動的危害性：壓縮機出口的振動，節(jié)流膨脹引起的 振動，管道中水擊現(xiàn)象引起的振動；振動，管道中水擊現(xiàn)象引起的振動； 輸送物料時管道的靜電危害。輸送物料時管道的靜電危害。2.1 物（物料和裝置）的不安全狀態(tài)水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安

10、全 1 1）. .運行時的誤操作運行時的誤操作 LNG LNG儲罐液位超限：進液時由于液位儀表的失靈或人為誤儲罐液位超限：進液時由于液位儀表的失靈或人為誤讀，使儲罐超裝。讀，使儲罐超裝。 操作程序有誤：操作程序有誤時，可能導致系統(tǒng)無法正常操作程序有誤：操作程序有誤時，可能導致系統(tǒng)無法正常運行甚至發(fā)生事故。運行甚至發(fā)生事故。 （2 2）. .事故狀態(tài)的誤操作事故狀態(tài)的誤操作 處理泄漏事故時未切斷儲罐根部閥，導致事故范圍擴大。處理泄漏事故時未切斷儲罐根部閥，導致事故范圍擴大。 發(fā)生泄漏時未切斷電源、火源，導致火災或爆炸事故發(fā)生發(fā)生泄漏時未切斷電源、火源，導致火災或爆炸事故發(fā)生。水上、碼頭液化天然氣

11、加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安船建設建造、檢驗及作業(yè)安全全(1)(1) 雷電雷電 雷電災害引起以下三方面的效應：雷電災害引起以下三方面的效應： 熱效應：熱效應： 強大的雷電流在瞬間轉(zhuǎn)換成熱能，造成金屬熔化強大的雷電流在瞬間轉(zhuǎn)換成熱能，造成金屬熔化飛濺。雷電的放電火花或瞬時高溫引燃泄漏的天然氣飛濺。雷電的放電火花或瞬時高溫引燃泄漏的天然氣。 機械效應：熱效應也可導致儲罐內(nèi)的液體劇烈機械效應：熱效應也可導致儲罐內(nèi)的液體劇烈蒸發(fā)，蒸發(fā)氣體膨脹的機械作用可使容器爆裂。蒸發(fā)，蒸發(fā)氣體膨脹的機械作用可使容器爆裂。 電磁效應：雷電感應的過電壓可毀壞用電設備電磁效應：雷電感應的過電

12、壓可毀壞用電設備；脈沖電磁輻射會毀掉微電子技術的設備如信息系統(tǒng)；脈沖電磁輻射會毀掉微電子技術的設備如信息系統(tǒng)等，值得注意的是脈沖電磁輻射作用在三維空間，不等，值得注意的是脈沖電磁輻射作用在三維空間，不是單一的采用設備接地方法能解決的。是單一的采用設備接地方法能解決的。(2)(2)地震地震 地震力可對地震力可對LNGLNG造成如下破壞：造成如下破壞： 儲罐基礎坍塌，儲罐傾斜或罐體撕裂引發(fā)大量泄漏儲罐基礎坍塌，儲罐傾斜或罐體撕裂引發(fā)大量泄漏 管口斷裂引發(fā)泄漏事故管口斷裂引發(fā)泄漏事故2.3 環(huán)境的不安全表現(xiàn)水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢

13、驗及作業(yè)安全 （1 1）即自我約束，自我控制安全。如工藝過程中設計的自動）即自我約束，自我控制安全。如工藝過程中設計的自動糾錯系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、安全泄放系統(tǒng)等，以不發(fā)生熱膨脹、不糾錯系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、安全泄放系統(tǒng)等，以不發(fā)生熱膨脹、不發(fā)生泄漏事故及不產(chǎn)生火源為目標。發(fā)生泄漏事故及不產(chǎn)生火源為目標。 （2 2）完善的后備安全設計及消防措施，對可能發(fā)生的事故（）完善的后備安全設計及消防措施，對可能發(fā)生的事故（包括人為事故和環(huán)境事故）設置安全措施，事故發(fā)生時采取何包括人為事故和環(huán)境事故）設置安全措施，事故發(fā)生時采取何時得當?shù)膿岆U安全措施及消防技術。時得當?shù)膿岆U安全措施及消防技術。 3.1 本質(zhì)化安全和工

14、程化安全的原則水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全 （1 1）注重操作者行為，）注重操作者行為，“靜靜”、“動動”相結合的原則相結合的原則 靜態(tài)的裝置設計和動態(tài)的操作者行為相結合，設置聯(lián)鎖靜態(tài)的裝置設計和動態(tài)的操作者行為相結合，設置聯(lián)鎖，防止誤操作。，防止誤操作。 （2 2）注重工作程序的原則）注重工作程序的原則 設置完善的工作程序，使工藝流程有條不紊的進行，當操設置完善的工作程序，使工藝流程有條不紊的進行，當操作者的不當操作與程序相背時或者物料參數(shù)發(fā)生變化時，能報作者的不當操作與程序相背時或者物料參數(shù)發(fā)生變化時，能報警提示

15、或鎖定程序，使系統(tǒng)停止在安全狀態(tài)。警提示或鎖定程序，使系統(tǒng)停止在安全狀態(tài)。3.2 關注操作者行為和工作程序的原則水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全 （1 1）所謂）所謂“一指化一指化”就是在設定功能目標后，一就是在設定功能目標后，一“鍵鍵”按按下去就能使得流程按順序正確運行。下去就能使得流程按順序正確運行。 （2 2）所謂）所謂“簡單化簡單化”就是流程的設計勿復雜化，簡單意味著就是流程的設計勿復雜化，簡單意味著組成系統(tǒng)的設備少、單元少，系統(tǒng)簡單、容易操作、容易判斷故組成系統(tǒng)的設備少、單元少，系統(tǒng)簡單、容易操作、容易判斷故障

16、處理事故。障處理事故。3.3 一指化、簡單化設計原則水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全 以以LNGLNG儲罐和攔蓄區(qū)為安全設計的重心，以防止災難性泄漏和儲罐和攔蓄區(qū)為安全設計的重心，以防止災難性泄漏和事故為第一目標，下列設計措施應予以重視：事故為第一目標，下列設計措施應予以重視： （1 1）容器根部設計切斷閥；）容器根部設計切斷閥； （2 2）儲罐區(qū)、裝卸區(qū)設計、集液池及攔蓄區(qū)；）儲罐區(qū)、裝卸區(qū)設計、集液池及攔蓄區(qū)； （3 3）儲罐基礎及防火堤設計：因目前國內(nèi)尚未開發(fā)出耐低溫建筑）儲罐基礎及防火堤設計：因目前國內(nèi)尚未開發(fā)出

17、耐低溫建筑材料，儲罐基礎及防火堤的設計，應從結構上考慮短時間內(nèi)承受材料，儲罐基礎及防火堤的設計，應從結構上考慮短時間內(nèi)承受低溫；儲罐底部設計測溫元體，混凝土基礎設置自然通風；管口低溫；儲罐底部設計測溫元體，混凝土基礎設置自然通風；管口法蘭、閥門、焊縫盡量離開基礎，防止這些易泄漏部位泄漏后凍法蘭、閥門、焊縫盡量離開基礎，防止這些易泄漏部位泄漏后凍壞基礎；防火堤的培土設計：防火堤可采用混凝土中間加培土。壞基礎；防火堤的培土設計：防火堤可采用混凝土中間加培土。3.4 關注重點部位的原則水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全 （1 1

18、）LNGLNG站場（廠）的場地的標高一定要低于周邊地區(qū)，站場（廠）的場地的標高一定要低于周邊地區(qū)，防止泄漏后的大量防止泄漏后的大量LNGLNG流入到周邊區(qū)域，如水域、道路、周邊流入到周邊區(qū)域，如水域、道路、周邊企業(yè)等，引發(fā)更大的事故；企業(yè)等，引發(fā)更大的事故； （2 2）盡量地利用自然地形，圈定泄漏的）盡量地利用自然地形，圈定泄漏的LNGLNG； （3 3）階梯式布置時，）階梯式布置時，LNGLNG儲罐區(qū)儲罐區(qū)布置在高處時，儲儲罐區(qū)儲罐區(qū)布置在高處時，儲罐區(qū)防火堤外局部區(qū)域標高要低于周邊，形成局部低洼，并罐區(qū)防火堤外局部區(qū)域標高要低于周邊，形成局部低洼，并有防止有防止LNGLNG從高處向低處流淌

19、的措施。從高處向低處流淌的措施。 （4 4）切斷站場（廠）與外部管道、管溝聯(lián)系，為了防止泄）切斷站場（廠）與外部管道、管溝聯(lián)系，為了防止泄漏的漏的LNGLNG竄入市政或外部管道，竄入市政或外部管道，LNGLNG站場（廠）的排水系統(tǒng)必站場（廠）的排水系統(tǒng)必須經(jīng)過一段明渠或者敞口水池再排到外部，須經(jīng)過一段明渠或者敞口水池再排到外部，LNGLNG儲罐攔蓄區(qū)和儲罐攔蓄區(qū)和集液池必須設置檢漏報警裝置。集液池必須設置檢漏報警裝置。4.1 場地安全是裝置安全的最后一道屏障水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全4.2 遠程（人工）切斷系統(tǒng)是自

20、動切斷的后備保護（1 1）不能完全依賴）不能完全依賴DCSDCS系統(tǒng)和系統(tǒng)和ESDESD系統(tǒng)，自控系統(tǒng)在事故狀態(tài)下可能系統(tǒng)，自控系統(tǒng)在事故狀態(tài)下可能 失靈，人工切斷是自動切斷系統(tǒng)的后備保護。失靈，人工切斷是自動切斷系統(tǒng)的后備保護。 切斷點應是：切斷點應是： 停止相關旋轉(zhuǎn)設備停止相關旋轉(zhuǎn)設備 儲罐根部閥；儲罐根部閥； 裝（卸）處的槽車管路；裝（卸）處的槽車管路； 原料氣的進口。原料氣的進口。（2 2）泄漏發(fā)生后的狀況，如液體的射流噴濺、過低的環(huán)境溫度、冷蒸泄漏發(fā)生后的狀況，如液體的射流噴濺、過低的環(huán)境溫度、冷蒸氣云團的擴散或者火災發(fā)生，使得操作人員不能接近事故點，所以人工氣云團的擴散或者火災發(fā)生

21、，使得操作人員不能接近事故點，所以人工切斷按扭一定要遠離泄漏的地方，遠程操作。切斷按扭一定要遠離泄漏的地方，遠程操作。水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全 4.3 水在LNG事故中的作用及水幕系統(tǒng)的設置（1 1）. .水在水在LNGLNG事故中的作用事故中的作用水不能撲滅水不能撲滅LNGLNG火災，也有可能加速火災，也有可能加速LNGLNG氣化，不發(fā)生火災時盡量不氣化，不發(fā)生火災時盡量不用水，水的作用是：用水，水的作用是：l 泄漏但未發(fā)生火災時：霧狀水槍的驅(qū)趕作用，將泄漏但未發(fā)生火災時：霧狀水槍的驅(qū)趕作用，將LNGLNG蒸氣

22、向蒸氣向相對安全的方向驅(qū)趕；搶險需關閉閥門時提升溫度，使搶險人員相對安全的方向驅(qū)趕；搶險需關閉閥門時提升溫度，使搶險人員容易接近事故點水可以中和導走靜電；微量泄漏時加速氣化，容易接近事故點水可以中和導走靜電；微量泄漏時加速氣化，以利擴散；提升溫度防止凍壞常溫設備。以利擴散；提升溫度防止凍壞常溫設備。l 發(fā)生火災時：給著火罐或相鄰罐噴淋降溫降溫，冷卻儲罐，發(fā)生火災時：給著火罐或相鄰罐噴淋降溫降溫，冷卻儲罐，防止儲罐熱膨脹；噴淋的水簾隔絕火焰直接烘烤，降低火焰熱輻防止儲罐熱膨脹；噴淋的水簾隔絕火焰直接烘烤，降低火焰熱輻射強度；與熊熊燃燒的大火相比水加速氣化的作用不大。射強度；與熊熊燃燒的大火相比水

23、加速氣化的作用不大。水上、碼頭液化天然氣加注站水上、碼頭液化天然氣加注站/船建設建造、檢驗及作業(yè)安全船建設建造、檢驗及作業(yè)安全 4.3 水在LNG事故中的作用及水幕系統(tǒng)的設置（2 2）. .水幕系統(tǒng)的設置水幕系統(tǒng)的設置 除儲罐本體設備固定噴淋系統(tǒng)外除儲罐本體設備固定噴淋系統(tǒng)外EN1473EN1473液化天然氣設備：液化天然氣設備：陸上裝置設計陸上裝置設計要求設置水幕系統(tǒng)，即在儲罐區(qū)周圍、裝置區(qū)周要求設置水幕系統(tǒng)，即在儲罐區(qū)周圍、裝置區(qū)周圍一定距離設置架空的水幕系統(tǒng)，其作用一是在對圍一定距離設置架空的水幕系統(tǒng)，其作用一是在對LNGLNG蒸氣圍堵，蒸氣圍堵，防止蒸氣擴散，事故擴大化。二是水幕系統(tǒng)對防止蒸氣擴散，事故擴大化。二是水幕系統(tǒng)對LNGLNG火災與周邊設施火災與周邊設施起到隔離作用，降低起到隔離作用，降低LNGLNG火災的熱輻射強度，保護周