LNG泄露危害及其水幕緊急處理

1、LNG泄露危害及其緊急處理摘要：隨著大型LNG液化裝置效率的提高和耐低溫材料的研制突破，LNG產(chǎn)業(yè)在世界范圍內(nèi)得到了快速的發(fā)展。然而，LNG泄漏很難避免，相關(guān)危害事件時有發(fā)生。目前，噴射水幕被廣泛認為是最有效且最具前景應(yīng)用的控制和降低LNG泄露危害的技術(shù)。本文對LNG泄露危害和緊急處理做了簡單介紹。關(guān)鍵詞：LNG;泄漏檢測；重氣云水幕；機械作用Abstract:Keywords：LiquefiedNaturalGas；spillagedetection；heavygascloud;watercurtain；mechanicaleffects1引言為了便于天然氣的儲存于運輸，可以采用常壓降溫到-

2、162C使其液化，液化后體積為原體積的1/600,大大降低了占用的體積。天然氣液化裝置一般由天然氣預(yù)處理流程、液化流程、儲存系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及消防系統(tǒng)等組成。現(xiàn)在常用的液化流程有階式液化流程、混合冷劑液化流程、丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程以及帶膨脹機液化流程。常溫下天然氣的分子量遠比空氣小，但由于以低于大氣壓的沸點溫度儲存，一旦泄露接觸周圍暖空氣是迅速閃蒸，形成了夾帶液滴的混合蒸汽云團。使得蒸氣密度高于空氣密度，造成重氣效應(yīng)。2.1.1 LNG泄露LNG泄露的特征LNG蒸汽云團LNG泄漏到地面后，最初會猛烈沸騰蒸發(fā)，其蒸發(fā)的速率迅速衰減至一個固定值，蒸發(fā)氣沿地面形成一個層流，從環(huán)境中吸收熱量，逐

3、漸上升擴散，同時將周圍的空氣冷卻至零點以下，形成一個可見的云團，我們稱這種可見云團為重氣云，由于重力的存在，使其擴散過程與非重氣云的擴散過程存在本質(zhì)的區(qū)別，重氣云的擴散是一個十分復(fù)雜的過程，這種擴散與大氣穩(wěn)定度、空氣的相對濕度、地表粗糙度有著密切的關(guān)系。正是這種重氣效應(yīng)的存在，使得云團不易稀釋和擴散，增加了燃燒和爆炸的潛在危險性。此外，這種重氣云是蒸發(fā)氣移動方向的指南，也可以作為重氣云團可燃性的指標。2.1.2 LNG泄露蒸發(fā)的過程LNG大量溢出后，在地表形成一個小的液池。國外MorshedA.Rana,M.SamMannan等人做過LNG泄露到混泥土池中擴散的實驗，來研究其擴散的特性。LNG

4、蒸發(fā)過程如下圖1:Windum/sLNG“931/minfrH|kg/sj/"lashedvpokg/sCLiquaXrom曄L建fVR-Sv-«田,Arvvr-4-WFVLN。砰B41+v2)如Evaporarfedvapor/.my2kg/s1.52inXl.52niX0.l5menclosedspilllocationConcreteground圖1FormationofLNGcloudfromcontinuousliquidreleaseLNG連續(xù)泄露重氣云形成過程LNG從管中泄出后，會迅速閃蒸一部分，一般認為，這部分蒸發(fā)量大概是出口流量的5-15%;接著LNG與地

5、表接觸瞬間，相互換熱，這期間乂蒸發(fā)了部分；剩下主要是自然蒸發(fā)，太陽的輻射和空氣的流動加速了表層LNG的蒸發(fā),蒸發(fā)氣就在順風(fēng)的方向形成了上述提到的重氣云團。2.2 LNG泄漏的危害甲烷本身是一種低蠹性的窒息性氣體，而LNG泄漏后形成的低溫蒸汽云團乂有別丁普通的甲烷氣體。其危害性主要表現(xiàn)在三個方面：LNG泄漏后，就開始大量氣化，迅速膨脹擴散形成云團狀。如果是在狹小的空間內(nèi)，如LNG貨艙，船上的船員、應(yīng)急人員都可能會暴露在LNG云團中，來不及逃脫，就會造成窒息危害。人員一旦接觸到液態(tài)的LNG，皮膚會造成低溫灼傷；同時低溫LNG對丁鋼結(jié)構(gòu)和一般船舶結(jié)構(gòu)連接件，如焊接等具有破壞性影響。LNG船上出現(xiàn)泄漏

6、，可能會降低運輸船舶的結(jié)構(gòu)完整性并損壞附屆的設(shè)備。泄漏后形成的蒸汽云團與空氣混合，形成爆炸性混合物。而甲烷的爆炸極限為5%-15%(體積分數(shù))，-旦混合物中甲烷的濃度在爆炸極限范圍內(nèi)，就會有爆炸的危險，爆炸的壓力達到0.68Mpa。燃燒起來后，火焰的溫度高，輻射熱強，易形成大面積火災(zāi)。一般說來，氣體的燃燒和爆炸可產(chǎn)生熱負荷和壓力負荷。通常用火災(zāi)造成的熱輻射損害的等級來建立火災(zāi)危險區(qū)。對丁熱負荷。美國國防防火協(xié)會推薦用5kW/肘的熱通量值來制定人員的防火距離。在此范圍內(nèi)，穿著適當(dāng)工作服的人員緊急操作持續(xù)幾分鐘而不造成傷害?；馂?zāi)熱輻射不同損害的等級顯示在表1中。表1熱輻射在通常情況下的損害等級表事

7、故熱通量(kW/m2)損害類型35-37.5對于工藝設(shè)備包括鋼罐，化學(xué)工藝設(shè)備，或者機器的損害25在無明火和不確定長期暴露的情況下點燃木頭所需要的最小的能量18-20暴露的塑料電纜絕緣層退化12.5-15有明火是點燃木頭所需要的最小能量；融化塑料管道5允許員工在穿著適當(dāng)工作服的情況下緊急操作持續(xù)幾分鐘注：事故熱通量值基于平均暴露時間位10min。此外，當(dāng)?shù)蜏氐腖NG和一種熱液體(比如水)接觸而被突然加熱的時候，就可能出現(xiàn)LNG的快速沸騰氣化現(xiàn)象，導(dǎo)致局部超壓釋放，這種現(xiàn)象的影響僅局限在溢出源附近，會對設(shè)備和構(gòu)筑物造成廣泛的損害。2.3 LNG的泄漏檢測方法鑒丁LNG泄漏的危害之大，在液化天然氣

8、廠，液化天然氣調(diào)峰車間，LNG運輸船等環(huán)境中，需安裝各種LNG的泄漏檢測裝置，以確保及時發(fā)現(xiàn)和緊急處理。國內(nèi)外使用的檢測方法主要有以下幾種：可燃性氣體檢測可燃氣體測定儀一般為紅外線型(Infra-Red),gfi使用一種氮氣檢測儀，可以測出氮氣，甲烷和硫化氫氣體的濃度。這種測定儀一般安裝在危險地柵欄和開放的通道旁邊，并附帶有遠傳的信號報警裝置，便丁控制室人員作出緊急處理。溫度檢測利用低溫傳感器來檢測，例如溫敏電阻型和光纖檢測系統(tǒng)，檢測的信號也能遠傳。火焰探測器一旦LNG泄漏后引起火災(zāi)，就可以用火焰探測儀來檢測。該儀器經(jīng)標定后可預(yù)測火焰的類型和大小，此探測器一般為紫外線型()或紅外線型。也有信號

9、遠傳的功能。除此之外，還有熱檢測，煙霧檢測等等，以上各類檢測儀都有信號遠傳的功能，所用檢測到的信號都集中到控制室的CCTV(閉路電視監(jiān)控)，頃工作人員作出判斷和分析。3 LNG泄露的緊急處理3.1 水幕(watercurtain)技術(shù)3.1.1 噴射水幕以阻止有蠹氣體和可燃性氣體泄露帶來的危害在工業(yè)上已得到了應(yīng)用。在LNG泄漏后，向形成的重氣云團中噴射水幕，能夠大大降低LNG蒸氣的體積濃度，從而減少泄露的危害。因此，水幕技術(shù)被認為是處理LNG泄露最經(jīng)濟、最有效和最具前景應(yīng)用的技術(shù)。水幕是水管中的高壓水通過各種噴頭散射出來，形成SMD(SauterMeanDiameter)為580微米左右的細小霧狀液體。一般使用圓錐形噴嘴和扁扇形噴嘴來形成水幕。Rana,Cormier,Suardin和Mannan在2008就做了下面的水幕實驗。如圖2.ab圖2水幕圖(a,圓錐形噴嘴;b,扁扇形噴嘴)研究表明，水幕可以通過4種作用機制來控制和降低LNG重氣云的體積濃度：L小水滴通過機械作用向重氣云傳遞動量，并在云團周圍形成一層壁壘，阻礙云團的繼續(xù)擴散。ii. 水幕通過裹入空氣而稀釋了蒸發(fā)氣的濃度。iii. 通過重氣云團、小水滴和空氣之間強化換熱，提高了蒸