LNG工厂的危险性分析

于泽平　梁长锋　林凯

1、前言

液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG）主要成分为甲烷的液态混合物。气态天然气经过净化处理：主要是脱除酸性气体、水、汞等杂质，之后，采用我国自主研发的双循环混合冷剂制冷工艺，净化后的天然气与混合冷剂在板翅式换热器中进行热交换，最终在低温（-162℃）常压状态下液化，成为液化天然气。

液化天然气具有绿色环保、经济实惠、安全可靠等优点，Liquefied Natural Gas体积为常规气体的六百分之一，可以进行一定量的存储与长途运送。液化天然气是绿色环保能源，综合其安全性、环保性、高效性等方面的优势，液化天然气将成为全世界广泛运用的一种清洁能源。

目前我国已建成和在建的LNG工厂项目有100多家。截至2015年上半年，全国投产的天然气液化工厂已有137家，设计总产能为7407万方/天。这些已经建成的天然气液化工厂中，只有少数的加工能力超过100万方/天，其余装置的规模普遍较小。

从国内的天然气发展形势可以预见，在未来20年的时间内，LNG将成为我国天然气市场的强大生力军。

本文是基于对山东泰安60万吨/年LNG装备国产化项目在生产运行过程中重大危险源进行分析，提出预防改进措施。

2、泰安LNG工厂概况

本工厂设计LNG产量为260X104Nm3/d，LNG储存容量为3 X104m年工作时间8000小时。本装置生产工艺采用我国自主研发的双循环混合冷剂制冷技术，此技术目前在世界范围内都处于领先，在我国已有Liquefied Natural Gas工厂侧屈此技术进行生产。

本工厂涉及的主要原辅材料包括天然气、MDEA、4A分子筛以及混合冷剂。常规所需的能源与耗能工质涵盖了循環水、电、氮气以及仪表等。

产品LNG在LNG储罐中储存，本工厂日产LNG约4100m3，7—9天左右即可满罐。

表一.工厂液体物流存储状态。

3、物料的危险程度研究

按照相关规定，工厂中存在的一些易燃易爆危险品：天然气，产品为液化天然气，其基本由甲烷构成；液化环节所使用的混合冷剂中涵盖了：乙烯、甲烷以及丙烷。

危险程度与性能标准见表二。

按照我国安全部门所颁发的相关规定，本厂被列为第一批重点监管的危险品涵盖了：乙烯、甲烷、丙烷以及硫化氢。

4、重大危险源辨识及级别标准

4.1重大危险源辨识

按照相关规定，对本厂予以重大危险源分级。厂中所有相关物料已超过规定的临界值，因此本厂已成为危险化学品危险源。

4.2更正参数β的拟定.

限度内危险化学品的更正参数β的取值，见表三。

4.3更正参数α的确定

生产设施位置与储存位置外五百米内能够接触的人员量不超过一百人。更正参数α取二点零。

4.4分级标准R计算

4.5危险化学品重大危险源分级

危险化学品重大危险源分级见.表四

因此，次工厂危险化学品重大危险源的级别为一级。

5.厂内危险性

厂内生产环节所存在的危险因素包括：火灾爆炸以及Liquefied Natural Gas爆炸等等。

5.1火灾爆炸

厂内易燃的液化烃以及相关气体。在生产环节，如果出现泄漏以及点火等就会发生爆炸。

5.2物理性爆炸

厂内生产所使用的容器均为压力容器，很多工艺物料输送通路都是用压力通路。压力容器和管道纵横交错，因此会所受到压力以及温度变化的影响，若选材不当或操作流程出现偏差，那么就会导致压力容器以及压力通路失效，进而出现物理爆炸的事故。物理爆炸会造成一系列的连锁反应，进而导致火灾等二次事故。

5.3Liquefied Natural Gas翻滚

Liquefied Natural Gas翻滚是在储罐内的Liquefied Natural Gas发生显著的分层情况时，因为上方Liquefied Natural Gas静压的抑制功能，导致外界输送的热量不能使下方的Liquefied Natural Gas第一时间蒸发，进而促使下方的Liquefied Natural Gas过饱。在储罐上方的Liquefied Natural Gas密度超过下方Liquefied Natural Gas的时候，下方Liquefied Natural Gas突然提高，造成蒸发，若实际操作过程没有有效的预防手段，那么就可能发生重大事故。

5.4冻伤

工厂采用DMR（双循环混合冷剂）制冷工艺制作液化天然气。在生产和储存环节，对低温介质设施以及管道进行隔热处理。如果出现低温介质泄露那么就会造成相关人员冻伤。

6、火灾危险性类别与爆炸危险区域划分

6.1装置火灾危险性类别

6.2爆炸危险区域划分

本工厂根据工艺装置危险性介质在生产、加工、处理、转运和储存过程中出现的程度以及使用时间，根据相关规定予以了划分：

零区：持续发生危险性气体混合物的环境。一区：在一般运行的时候能够出现危险性气体混合物的环境。二区：在一般运行的时候能够短时存在危险性介质的环境。本工厂工艺装置区、储运区、火炬区主要分为2区爆炸危险区域，2区范围内的凹陷地区，如坑、池、下水道和电缆沟等，划分为1区；导热油炉、热水锅炉房所用燃料气调节阀由于附近有明火故未划分为爆炸危险区域，但从安全考虑电气设备及灯具选型按危险2区选择。

7、主要的安全控制措施

7.1本工程系统通过密闭以及自动化手段进行操作，以避免泄露等安全问题。

7.2分散控制系统（DCS）

过程控制系统采用分散控制系统（DCS），由操作工作站与工程站对所有设施予以监控，工艺的一般控制以及工艺均衡控制都通过DCS进行操作。

7.3安全仪表系统（SIS）

设置了安全仪表系统SIS，提供将装置置于安全状态的检测和控制功能（即传统意义上的紧急停车，ESD）。SIS是专门用于防止或减轻危险事件、保护人员安全和环境以及预防对工艺设备造成灾难性损害的系统。SIS应对可能存在危险或如果不采取措施可能最终产生危险的工艺及设备状况做出快速响应。

7.4火灾报警系统（FAS）

FAS将用来检测重要建筑物内可能出现的火灾，在发生紧急情况时触发声光报警及消防设施，保证人员和生产设施的安全。火灾报警系统由火灾盘接收来自手报按钮及火警检测设备的信号，火警发生时联动相应的消防设备。通过串行口和GDS通讯，或通过硬线将关键参数报警上传GDS，各建筑物的各个火警检测器的状态在中央控制室、装车控制室的火灾报警控制盘上显示、报警、控制。

7.5可燃气体/有毒气体检测系统（GDS）

GDS將用来检测工艺装置区、公用工程和重要建筑物内可能出现的可燃气体泄漏并触发声光报警。可燃气体检测报警系统设置在 SIS系统中，进入SIS系统的过程端子柜以及系统柜，在SIS系统中设置独立的可燃气体及有毒气体信号输入卡件，控制器与工艺装置共用，设置独立的显示器用于可燃气体及有毒气体检测监视、报警。在SIS系统中，由全厂统一设置独立的可燃气体及有毒气体服务器，其应设置事件顺序记录功能。

7.6为避免设备与通路超压导致的危险，厂内安装了安全阀。安全阀起跳时的介质按照性质的差异，分别进行处理。

7.7氮气的保护与换置

本厂产品、原料、混合冷品以及副产品重烃等都属于易燃爆物品。系统在检维修后都要对相关设施以及通路予以氮气换置，放置易燃介质和空气混合形成爆炸性气体环境。

7.8Liquefied Natural Gas储罐安全控制方法

Liquefied Natural Gas储罐为大型低温储槽。此类储罐的危险性偏高，同时存在液化天然气翻滚等危险，因此在设计环节尤其重视Liquefied Natural Gas储罐的安全控制方法。

7.9装车的安全性控制

本厂通过低温装车臂对Liquefied Natural Gas槽车予以充装。在装车的总液相管和总气相管上装有制动切断设备，在装车的时候发生意外时进行关闭。装车台和装卸臂基础超过所在位置二百毫米，在装车台附近防止警示标志。

7.10保冷

在施工现场择取浇铸以及喷涂的措施进行施工。避免潮层采用CPU聚氨酯阻燃防水卷材。T大于六十五摄氏度择取泡沫玻璃加聚氨酯双层、玛蹄脂二层用于管道与设备保冷。其中聚氨酯、玛蹄脂均要求氧参数值超过三十。LNG储罐四周夹层空间填充隔热性能良好的珠光砂绝热。设备下的绝热层选择高强度、有较强绝热功能的泡沫玻璃砖予以隔热。

8、结论

Liquefied Natural Gas工厂存在甲烷等危险化学品以及火灾爆炸、物理性爆炸、Liquefied Natural Gas翻腾等危险因素。LNG工厂危险较多，安全风险大，工厂运行的安全性应该得到切实保证。本文主要通过对LNG工厂重大危险源的辨识、等级划分角度逐步对LNG工厂的主要危险性进行了分析，并结合本工厂实际提出了相应的安全控制措施，在此基础上总结提出了LNG工厂运行过程中主要安全隐患的控制对策，希望对LNG工厂运行管理有所帮助。

（作者单位：山东泰安昆仑能源有限公司）