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天然氣與空氣混合物發(fā)生爆炸必備兩個條件：一是要處于爆炸范圍；二是混合物溫度達到著火溫度。爆炸時的壓力比常壓大6～7倍，同時產(chǎn)生強烈沖擊波，并且往往引起火災。由于天然氣中H₂含量極低，點燃無爆鳴聲。因此防止天然氣管道、管件、燃燒器泄漏是關(guān)鍵。天然氣燃具都是高溫設(shè)備，要采取絕熱、隔熱措施，與可燃材料保持規(guī)定距離。

液化天然氣氣源氣量大且比較集中，往往需要遠距離輸送?？紤]經(jīng)濟性，則采用較大的壓力。天然氣的儲存不論采用哪種方式，其要求條件均比較高。盡管在技術(shù)上都是成熟的，都應(yīng)該高度重視其高壓輸配和儲存的安全性。本節(jié)重點對液化天然氣站的防火防爆進行介紹。

天然氣屬于易燃、易爆的介質(zhì)，在天然氣的應(yīng)用中，安全問題始終是放在非常重要的位置。液化天然氣是天然氣儲存和輸送的一種有效的方法，在實際應(yīng)用中，液態(tài)天然氣也是要轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)使用，因此，在考慮LNG設(shè)備或工程的安全問題時，不僅要考慮天然氣所具有的易燃易爆的危險性，還要考慮由于轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)以后，其低溫特性和液體特征所引起的安全問題。在考慮LNG系統(tǒng)的安全問題時，首先要了解液化天然氣的特性及其潛在的危險性。針對這些潛在的危險性，充分考慮對人員、設(shè)備、環(huán)境等可能造成的危害，考慮相應(yīng)的防護要求和措施。其次是要了解相關(guān)的標準，我國液化天然氣工業(yè)起步比較晚，相關(guān)的標準還不大健全，對于不同的LNG系統(tǒng)，有必要參照一些液化天然氣工業(yè)比較發(fā)達的國家的標準。如美國的NFPA59A、NFPA57、英國的EN-1473、國際海事組織的(IMO)關(guān)于液化石油氣體船運規(guī)定等。對于液化天然氣的生產(chǎn)、儲運和汽化供氣各個環(huán)節(jié)，主要考慮的安全問題，就是圍繞如何防止天然氣泄漏，與空氣形成可燃的混合氣體，消除引發(fā)燃燒爆炸的基本條件以及LNG設(shè)備的防火及消防要求：防止低溫液化天然氣設(shè)備超壓，引起超壓排放或爆炸；由于液化天然氣的低溫特性。對材料選擇和設(shè)備制作方面的相關(guān)要求：在進行LNG操作時，操作人員的防護等。

一、基本常識

1. 點火源

點火源包括明火、無遮擋的強光、點燃的香煙、電火花、物體撞擊發(fā)出的火花和靜電、高溫表面、發(fā)動機排氣等。有關(guān)安全和消防部門都針對這些點火源制定了相關(guān)的操作規(guī)程?？傊?span>LNG設(shè)備和確定的危險區(qū)域應(yīng)遠離和避免上述點火源。除了指定的安全區(qū)域，都應(yīng)嚴格禁止吸煙和非工作必需的明火。工作流程必須能確保安全區(qū)的安全?！敖刮鼰煛?、“禁止明火”等標識必須明顯標志。如果非要在危險區(qū)使用明火，則必須使用可燃氣體檢測器來監(jiān)控大氣中可燃氣體的含量。

靜電、電力設(shè)備都有可能產(chǎn)生火花。金屬或硬物之間的碰撞也可能產(chǎn)生熱和火花，如工具、機械零件掉落或撞擊。尼龍類的衣服或鞋的摩擦等，也有可能產(chǎn)生火花。鋁制的工具在與生銹的鋼鐵撞擊后，會產(chǎn)生鋁熱反應(yīng)。該反應(yīng)產(chǎn)生的火花也有可能點燃天然氣。使用安全的工具可以減少火花的產(chǎn)生，操作時應(yīng)防止工具的掉落或撞擊。在使用工具或器具前，還應(yīng)先接一下地或連接一些地線等。

化纖類的衣服容易產(chǎn)生靜電，這種靜電很難消除。進入工作區(qū)應(yīng)穿安全的工作服和棉制衣服，以減少靜電的產(chǎn)生。

電力開關(guān)或轉(zhuǎn)換器在切斷電源或接通電源時，會產(chǎn)生電火花。接線松動、電線破裂等情況下，也會產(chǎn)生電火花。電流過大，導致電線或設(shè)備溫度很高，也可以起到點火源的作用。美國消防協(xié)會NFPA分別對危險區(qū)域和設(shè)備的安全等級做了規(guī)定。應(yīng)當充分保證這些設(shè)備的安全。操作人員應(yīng)該認識到關(guān)閉電源時，有可能會產(chǎn)生電弧。在危險區(qū)安裝的插頭和插座，都應(yīng)經(jīng)過安全的防爆設(shè)計，并合理地使用。

表面溫度高于9℃的物體，可以點燃天然氣和空氣的混合物。因此，對表面溫度較高的部件，如燃燒型氣化器、引擎的排放管路等，都應(yīng)該當作明火來處理。內(nèi)燃機和燃氣輪機產(chǎn)生的火花，也是潛在的點火源。在山區(qū)工廠中，安裝這些設(shè)備必須遵循NFPA37的標準。工作人員也必須注意到危險區(qū)內(nèi)卡車、駁船、終端運輸船等引擎產(chǎn)生的電火花。任何安裝有發(fā)動機的設(shè)備，在危險區(qū)必須確認周圍沒有可燃氣體，否則不能使用。

2. 可燃物

引起火災的第二個要素是可燃物的存在。對于LNG系統(tǒng)，就是指LNG蒸氣與空氣的混合物。除了天然氣和其他可燃制冷劑以外，還有油漆、紙和木材等。這些可燃材料都不能存放在危險區(qū)內(nèi)。

3. 氧化劑

空氣本身就是一種氧化劑，其中含有體積分數(shù)為21%的氧氣。在燃燒的三要素中，氧化劑是很難避免的，因為空氣無處不在。但在發(fā)生火災時，應(yīng)設(shè)法減少空氣的對流。如LNG儲罐發(fā)生溢出后，對積存在圍堰中的LNG，可用泡沫滅火劑噴灑，使泡沫覆蓋在LNG的液面上，減少空氣與LNG的接觸面積。同時也可降低LNG的蒸發(fā)速率。

二、LNG溢出或泄漏

LNG溢出能使現(xiàn)場的人員處于非常危險的境地。這些危害包括低溫灼燒、凍傷、體溫降低、肺部傷害、窒息等。當蒸氣云團被點燃發(fā)生火災時，熱輻射也將對人體造成傷害。

在意外情況下，如果系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生LNG溢出或泄漏，LNG在短時間內(nèi)將產(chǎn)生大量的蒸氣。與空氣形成可燃的混合物，并將很快擴散到下風處。于是，產(chǎn)生LNG溢出的附近區(qū)域均存在發(fā)生火災的危險性。

LNG蒸氣受熱以后，密度小于空氣，有利于快速擴散到高空大氣中。蒸氣擴散的距離與初始溢出的數(shù)量、持續(xù)的時間、風速和風向、地形，以及大氣的溫度和濕度有關(guān)。從對LNG溢出的研究表明：風速比較高時，能很快地驅(qū)散LNG蒸氣云團；風速較低或無風時，蒸氣云團主要聚集在溢出附近。移動的蒸氣云團容易產(chǎn)生燃燒的區(qū)域，主要是在可見氣團的周圍，因為這些區(qū)域內(nèi)的部分混合氣體處于燃燒范圍之內(nèi)。

LNG溢出或泄漏是屬于一種比較嚴重的事故，由于設(shè)備的損壞或操作失誤等原因引起。正確評估LNG的溢出，以及蒸氣云的產(chǎn)生與擴散，是有關(guān)安全的一個重要問題。溢出的LNG蒸發(fā)速度非?？?，形成大量的蒸氣云。蒸氣云將四面擴散，比較危險的情況是遇到火源易產(chǎn)生火災。因為蒸氣的數(shù)量多，溢出的LNG能不斷地蒸發(fā)和擴散。在蒸氣擴散的過程中，如果遇到有風的情況，火災可能迅速蔓延。而且火災本身也能產(chǎn)生強勁的空氣對流。因此，在考慮人員和設(shè)備的安全問題時，應(yīng)重視風和火的相互作用的影響。最危險的情況是由于燃燒產(chǎn)生強烈的空氣對流，能對LNG設(shè)備造成進一步的損壞，擴大事故的嚴重性。

LNG的溢出可分溢出到地面和水面兩種類型。

1. LNG溢出到地面

主要是指陸地上的LNG系統(tǒng)，因設(shè)備或操作原因，使LNG泄漏到地面。由于LNG與地面之間存在較大的溫差，LNG將吸收地面的熱量迅速汽化。這是一個非?？焖俚钠^程，初期的汽化率很高，只有當土壤中的水分被凍結(jié)以后，土壤傳遞給LNG的熱量逐漸地減少，汽化速率才開始下降。另外，周圍空氣的傳導和對流，以及太陽輻射也會增加LNG的汽化速率。在考慮系統(tǒng)或設(shè)施的安全性問題時，應(yīng)考慮兩方面的問題：首先是設(shè)備本身，在萬一發(fā)生泄漏的情況下，設(shè)備周圍應(yīng)具備有限制LNG擴散的設(shè)施(圍堰或蓄液池)，應(yīng)使LNG影響的范圍盡可能減小；其次是LNG溢出后，抑制氣體發(fā)生的速率及影響的范圍。

圍堰是用于液化天然氣儲罐發(fā)生泄漏時，防止LNG擴散的設(shè)施。圍堰內(nèi)的容積應(yīng)足夠容納儲罐內(nèi)的液態(tài)天然氣。在某些設(shè)計中，則在儲罐周圍的地面采用低熱導率的材料，如用具有隔熱作用的水泥圍起來，以減少蒸發(fā)的速率。另一種減少蒸發(fā)速率的安全措施是圍繞圍堰，安裝有固定的泡沫發(fā)生器，在發(fā)生LNG溢出時，泡沫發(fā)生器噴出泡沫，泡沫覆蓋在圍堰中的LNG上面，既可以減少來自空氣的熱量，又可以降低LNG蒸氣產(chǎn)生的速率。目前有一些新的設(shè)計理念，儲罐周圍不設(shè)圍堰。LNG儲罐安裝在一鋼筋混凝土的外殼內(nèi)，內(nèi)罐通常使用9Ni鋼制造。如果內(nèi)罐發(fā)生溢出或泄漏，溢出的液體包含在水泥外殼的內(nèi)部，液體表面暴露于空氣的面積相對很小，氣體產(chǎn)生的速度比LNG在圍堰內(nèi)要小得多。

比較危險的是LNG氣體在飄散的過程中，可能在途中遇到點火源，然后產(chǎn)生燃燒，火焰順著蒸氣云往回蔓延到蒸氣發(fā)生點，對設(shè)施具有潛在的毀壞作用。

2. LNG溢出到水面

LNG在水面上產(chǎn)生溢出時，水面會產(chǎn)生強烈的擾動，并形成少量的冰。汽化的情況與LNG溢出到地面差不多，當然，溢出到水面的蒸發(fā)速度要快得多。而且水是一個無限大的熱源，水的流動性為LNG的汽化提供了穩(wěn)定的熱量。有關(guān)的LNG工業(yè)機構(gòu)和航運安全代理機構(gòu)，對LNG在水上溢出的情況進行了深入的研究。根據(jù)有關(guān)的報道，LNG溢出到水面的蒸發(fā)速率是0.181kg/(m²·s)，基本上不受時間的影響。LNG溢出到水面上，最重要的安全問題是蒸氣云的形成和引起火災的可能性。在空曠的地方，LNG產(chǎn)生的蒸氣云一般不會產(chǎn)生爆炸，但有可能引起燃燒和快速蔓延的火災。蒸氣云產(chǎn)生以后，主要有兩個方面的問題：一是蒸氣云隨著風向的擴散，如果在下風方向存在高溫熱源或火源，就有可能點著這些可燃氣體的云團；二是天然氣云團被點燃后，火焰的擴散及火焰產(chǎn)生的熱流，點燃飄逸的天然氣云團。一旦發(fā)生類似的事故以后，需要利用氣象學方面的技術(shù)，對可能擴散到的區(qū)域，提前進行預報，預先采取防火和防空氣污染的措施。

三、LNG溢出或泄漏的預防

焊縫、閥門、法蘭和與儲罐壁連接的管路等，是LNG容易產(chǎn)生泄漏的地方。當LNG從系統(tǒng)中泄漏出來時，冷流體將周圍的空氣冷卻至露點以下，形成可見霧團。通過可見的蒸氣云團可以觀測和判斷有LNG的泄漏。

當發(fā)現(xiàn)泄漏后，應(yīng)當迅速判斷裝置是否需要立即停機，還是在不停機的情況下可將泄漏處隔離和修復，事先應(yīng)當制定評估泄漏的標準并決定相應(yīng)的措施。另外，安全規(guī)程中必須防止人員接近泄漏的流體或冷蒸氣，并盡量減少蒸氣接近火源。工廠應(yīng)當安裝柵欄、警告標志、可燃氣體檢測器等設(shè)備。

1. 管路閥門的泄漏

閥門是比較容易漏泄的部件。雖然LNG系統(tǒng)的閥門都是根據(jù)低溫條件特殊設(shè)計的，但當系統(tǒng)在工作溫度下被冷卻后，金屬部分會產(chǎn)生嚴重的收縮，管路閥門可能產(chǎn)生泄漏。需要充分考慮這種泄漏的可能性應(yīng)對措施，并安裝必需的設(shè)備。另外，為了在冷卻過程中操作調(diào)節(jié)這些部件，應(yīng)當準備相應(yīng)的工具和服裝?？傊?，暴露在外部的LNG設(shè)備上的閥門，可以通過閥門上異常結(jié)霜來判斷是否出現(xiàn)泄漏。日常的檢測可以有效地防止液體的泄漏。

2. 輸送軟管和連接處的泄漏

LNG從容器向外輸送時，LNG在管路中流動，并有蒸氣回流。由于溫度很低，造成管路螺紋或法蘭連接處的泄漏。在使用軟管輸送LNG的情況下，軟管本身也可能產(chǎn)生泄漏。柔軟的軟管必須通過相關(guān)標準的壓力測試，并在使用前對每一根管路進行檢查，盡量減少泄漏發(fā)生的可能性。

     當輸送管萬一發(fā)生泄漏時，應(yīng)當采取適當?shù)拇胧⑿孤┨幎伦?，或切斷輸送，更換泄漏部件。同時，個人安全保護和防止蒸氣點燃等措施也要同時啟動。

    3. 氣相管路的泄漏

    在天然氣液化、存儲、汽化等流程中，液化流程使用的制冷劑也有可能產(chǎn)生泄漏。連接液化部分和儲罐的管路、氣體回流管路及汽化環(huán)路都可能產(chǎn)生泄漏。當氣化器及其控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，冷氣體和液體進入普通溫度下運行的管路，造成設(shè)備的損壞。應(yīng)當采取預防措施，使其能夠迅速隔離產(chǎn)生泄漏的管路和氣化器，同時采取緊急控制措施，阻止液體繼續(xù)流人氣化器。

    冷氣體的泄漏主要發(fā)生在焊縫、閥門、法蘭、接頭和容器與管路的連接處。在一個封閉空間中，大量的泄漏有可能使工作人員產(chǎn)生窒息的危險。

    當冷氣體泄漏后，應(yīng)當像處理液體泄漏一樣采取應(yīng)對措施。這些措施包括關(guān)閉系統(tǒng)、隔絕泄漏區(qū)域、保護人身安全、隔離火源，并盡快將蒸氣云團驅(qū)散。在離火源很近的區(qū)域(如使用燃燒設(shè)備的氣化器)，應(yīng)當設(shè)置快速關(guān)閉系統(tǒng)。除了安裝自動裝置防止冷氣體或液體進入外輸管路系統(tǒng)外，氣化器還應(yīng)當安裝可燃氣體檢測器、燃燒傳感器、自動干粉滅火器等設(shè)備。