摘要：简述了LNG接收站的工艺流程，对LNG接收站潜在的危险进行了分析，从危险源的探测和消防系统等方面论述了LNG接收站的安全设计。

   关键词：LNG接收站；安全设计；安全分析

   1 概述

    天然气以其储量丰富、经济、环保等特性成为继石油之后各国重点大力开发的化石燃料，其中以液化天然气(LNG)的发展尤为迅速，规模也日益扩大。在未来的15年间，我国天然气消费将从400×10⁸m³/a达到2200×10⁸m³/a，主要以西气东输、海气上岸、进口管输气及LNG等方式保证天然气资源的供应。未来3—10年，我国沿海将规划建设8～10座接收站，届时每年将有(2000～3000)×10⁴t/a的LNG到岸。

    深圳大鹏湾秤头角已成功建起我国第1个LNG接收站^[1]，于2006年5月底正式投产运营。2004年9月12日，我国第一个完全由国内企业中海福建天然气有限责任公司自主引进、建设、管理的LNG项目——福建LNG总体项目的商务合同在北京签订，这个项目也是中国海洋石油总公司在沿海投资建设的第2个LNG接收站。浙江省将成为我国第3个引进LNG项目的地区，浙江LNG项目由LNG接收站、输气干线、配套LNG电厂3部分组成。另外，在山东、江苏、大连、秦皇岛、海南等地都有正在规划或建设的LNG接收站。我国的LNG工业已经形成了一定的规模。现阶段我国大力进行的LNG接收站的建设，必将带动LNG生产及储运等相关技术的进步，我国LNG工业将迎来快速发展的春天^[2～4]。

    LNG作为一种低温液体，其主要危害体现在：温度极低，气液膨胀比大，易于与空气形成爆炸性混合物^[5～10]。

    LNG通常由专用运输船从生产地输出终端运到LNG接收站码头后，经过码头卸到接收站的储罐中。LNG进入储罐所置换出的蒸发气(BOG)通过回气管道输到运输船的LNG储罐中，以维持储罐系统压力平衡。

    根据对蒸发气的处理方式，接收站天然气的外输工艺可分为直接输出工艺和再冷凝工艺。直接输出工艺是将蒸发气直接压缩到外输压力后送至管网。再冷凝工艺是将蒸发气压缩至一定压力后，与从LNG储罐低压泵输出的过冷LNG混合并进行冷量交换，使蒸发气再冷凝，然后经高压输送泵加压后送至气化器气化后外输。与直接外输工艺相比，再冷凝工艺节省了大量的压缩功。外输工艺的选择主要由接收站的实际操作模式以及市场天然气需求量决定，我国已运行的大型LNG接收站采用的主要为再冷凝工艺。目前，已形成了包括LNG生产、储存、运输、接收、气化及冷量利用等完整的产、运、销LNG工业体系^[11]。

    翻滚现象是指两层不同密度的LNG在储罐内迅速上下翻动混合，瞬间产生大量蒸发气的现象。翻滚现象发生的根本原因是储罐中的液体密度不同，存在分层。

    无论储罐内是均匀混合的LNG还是单一来源的LNG都会分层，渗入LNG的热量推动自然对流，形成自然循环。温度相对较高的LNG沿着罐壁往上流动，穿过液面，吸收热量气化，形成蒸气；温度相对较低的LNG向下回补，完成循环。

    如果有不同密度的分层出现，较轻的一层LNG可以正常对流，并通过闪蒸，将热量释放到罐的蒸气空间。但是，如果底部密度较大的一层LNG的对流无法穿过上面一层LNG到达液面，底部的LNG就会形成单独的对流格局。吸收了罐壁和罐底渗透热的罐底的LNG无法流动到液面通过蒸发释放热量，造成底部LNG的热量储存和温度上升。随着外部热量的导入，底部LNG的温度增加，而密度下降；顶层LNG由于BOG的挥发而变重。如果两部分接触面的密度无法达到大致相等，那么就会一直保留这种分层的现象，当底层LNG密度低于上层LNG密度时，底部LNG就会上升，经过传质，下部LNG上升到上部，压力减小，成为过饱和液体，积蓄的热量迅速释放，产生大量的BOG，即产生翻滚现象。

   翻滚从现象来看分成两类^[12]：LNG储罐在长期储存中，因其中较轻的组分(主要是N₂和CH₄)首先蒸发，而自发形成翻滚现象；LNG储罐中原有LNG在充装密度不同、温度不同的新LNG一段时间(几小时甚至几十天)后，突然产生翻滚现象。

   根据翻滚产生的机理，可以采取以下方法防止LNG分层和翻滚：将来源不同、密度不同的LNG分别储存于不同的储罐中；采用储罐内潜液泵打回流来进行循环，消除储罐内LNG的密度差，抑制LNG的分层；储罐内设置液位计及液位-温度-密度等参数连续监测仪表，实时监测，避免储罐内的分层液体的密度差较大，进而避免引起翻滚；根据LNG密度选择正确的充注方法：密度相近时，一般从底部充注；将密度小的LNG充注到密度大的LNG储罐中时，应该采用底部充注的办法；将密度大的LNG充注到密度小的LNG储罐中时，应该采用顶部充注的办法。

    与水平面垂直的充满LNG的管子，若顶端向储罐开口，当管内的LNG受热达到一定程度后，会通过自喷的方式快速地将管内的LNG清空。管喷是自发的，管喷效应会导致罐内压力快速增加，甚至可能导致放空，重复性的冲击可能带来破坏。

    冷凝锤击效应经常发生在长时间带压作业的支管、泄放口泄压后恢复工作压力的瞬间。冷凝锤击效应可导致管道局部压力瞬间剧增，致使垫片或阀门密封破坏。

    运输LNG的槽车在卸车或装车过程中不能够保证没有一滴LNG泄漏，操作员在工作期间应佩戴好个人劳动防护用品，搬运和存放输送软管的操作员应十分小心，软管上的脏物和摩擦会破坏软管的完整性，同时可能会产生静电，从而引发事故。LNG槽车等移动设备在工艺操作前，应做好接地，工艺操作结束后，应静置一段规定时间才允许拆除接地线。

    LNG泄漏可能对人体产生以下危害：局部冻伤，如低温冻伤、霜冻伤；一般冻伤，如体温过低，肺部冻伤；窒息；如果蒸气云被点燃，还存在热辐射的危险。LNG工业的安全很难用数据来描述，因为一些无重大泄漏事故的装置的操作年限还不够作数量上的分析。本节主要介绍LNG泄漏点以及泄漏的危险性。

    阀门填料处的泄漏：LNG接收站的装置温度降低到操作温度时，阀门金属部分会发生收缩，这时就可能在阀门填料处发生泄漏。可以根据在阀门处是否有不正常的积霜，来判断该阀门是否发生了泄漏。

    输送软管和管道组成件处的泄漏：输送LNG的管子冷却后发生收缩就可能在管子螺纹或法兰连接处发生泄漏。输送软管需要按照国家安全标准进行年度压力检测。输送软管放空时可能同时排放液体和气体，不可对着人或设备，也不可接触到点火源。

    取样管道、取样容器和气相管道发生泄漏：LNG接收站的取样管道和取样容器处发生泄漏的可能性较大，操作人员接触到泄漏的LNG的可能性很大。天然气气相管道泄漏的危害性较大，因为这个区域不仅流速快、压力高，而且存在管道材料过渡(从低温管材过渡到常温管材)。如果泄漏的是冷气体，应当注意低于-107℃的蒸气在最初泄漏的阶段会比空气重，容易引起火灾以及造成人体冻伤。

    泄漏的LNG气化时产生的危害性可分为LNG泄漏到地面和泄漏到水中两种情况。

    当LNG倾倒至地面上时(例如事故溢出)，最初会猛烈沸腾，如果泄漏持续进行，就会在地面上形成一小池，而沸腾速度下降，最后保持一个相对稳定的沸腾速度。在最初阶段，沸腾速度由地面与LNG液体之间的一层气体的对流传热速度决定。当LNG温度和地面温度之间的差别逐渐减小时，这一层气体就消失了。这时影响沸腾速度的主要因素是地面向LNG的热传递，其他因素还有太阳辐射、LNG上方的通风对流情况。后来地面被冷冻，并保持持续低温，那么太阳辐射和通风就成了影响LNG蒸发的主要因素。

    当LNG泄漏流进水中时，可导致LNG与水相接触，如LNG运输工具发生意外交通事故时，可导致LNG泄漏流进水中；又如浸没燃烧式气化器的内部泄漏可导致LNG与水相接触，此时LNG与水之间有非常高的热传递速率，发生快速相变，LNG将激烈地沸腾并伴随大的响声，喷出水雾，严重时会导致LNG蒸气爆炸，由此产生的爆炸威力足以摧毁邻近的工厂或建筑物，导致严重的事故^[13]。