LNG储罐事故的危害及应急处置研究_刘君军.pdf

2023 年第 5 期 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENTLNG 储罐事故的危害及应急处置研究LNG 储罐事故的危害及应急处置研究刘君军 首都经济贸易大学 北京 100070 摘 要:LNG 储罐易发生泄漏、溢出、火灾和爆炸等事故,且容易导致储罐周围的土壤和水体污染,对环境造成不可挽回的损害,并造 成 巨 大 的 经 济 损 失,甚 至 导 致 重 大 人 员 伤 亡。制 定 详 细 的人员疏散、消防、泄漏控制、人 员 防 护 和 后 续 调 查 等 应 急 响 应 措 施,并 定 期 进 行 演 练,防 患 于未然。关键词:LNG 储罐;事故类型;应急处置作者简介:刘君军,男,本科学历,在职研究生在读,现任天津市消防救援总队特勤支队作战训练科初级专业技术职务,曾参与甘肃白银景泰“723”重大边坡坍塌、四川泸定 6.8 级地震、上海“1031”渔船碰撞重大事故、河南安阳“1121”特别重大火灾事故、新疆乌鲁木齐“1224”重大火灾等多起重特大灾害事故的应急处置工作。天然气作为清洁能源,已经成为世界第三大能源来源,仅次于石油和煤炭,并有望在 2030 年取代煤炭成为第二大能源。天然气相比石油具有价格低廉、分布广泛、开采方便等优势,受到各国的青睐,在各国能源中所占比例在不断上升。我国十四五规划中明确指出,天然气行业将逐渐形成东西线、南北线贯穿互通的网络1。常规的天然气储存方法是将气体进行压缩或液化 后 储 存 到 储 罐 中,相 比 于 压 缩 天 然 气(CNG),液化天然气(LNG)具有安全性高、成本低、储存容量大等优点,世界上许多国家已建成大、中型 LNG 储罐数百个。目前,我国内陆天然气的主要产地在新疆、青海、陕西、内蒙古、四川等地,已建成投产的 LNG 接收站都分布在沿海地带,如江苏南通、辽宁大连、福建莆田湄州湾、天津南港等地。随着沿海 LNG 接收站、内陆和海上 LNG 生产装置进一步加速建设建成,LNG在我国能源结构中的比例不断增加,应用日趋广泛,LNG 储罐的事故应急救援是消防救援队伍亟需面对的新课题。1液化天然气理化性质天然气是一种无色无味的可燃气体,主要产生于油气田,其主要组分是甲烷,在常温下,不能通过加压将其液化,而是经过预处理,脱除重烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后2,深冷到-162 ,实现液化。液化天然气的物化参数见表 1。表 1液化天然气主要物化参数序号物化参数数值1分子量16.852气化温度/-162.3(常压 1.053 bar)3临界温度/-66.524冰点/-66.525液相密度/(kg/m3)460(15.5 )6气相密度/(kg/Nm3)0.7547蒸汽密度与空气密度的比值0.68 液态/气态膨胀系数/(m3/m3)610(15.5 )9燃点/65010热值/(MJ/Nm3)38.53(9 200 kcal/Nm3)11气化潜热/(MJ/kg)0.51(120 kcal/kg)12运动黏度10-6m2/s13燃烧势/(CP)45.1814华白数/(MJ/m3)54.2315爆炸极限4.6 14.6%2液化天然气储罐的分类LNG 储罐属于低温储罐,分为单容式、双容式、全容式等。全容式储罐内壁为含镍 9%的合金钢、不锈钢薄膜,外壁则为钢筋混凝土,不仅可防止罐内 LNG 泄漏时外溢,其外层用钢壳,内外层之间有环空间,充填珍珠岩绝热层并内充 N2,罐底基础下面有加热装置控制温度,能够承受载荷的绝热层可以防止低温液体冻坏基础,基于上37 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT述优点,LNG 接收站的储罐通常采用全容式。此外 LNG 储罐还有薄膜式、地下式等形式,其中,地下式投资较大,建设周期较长,但抗震性能较好,逐步广泛应用3。3液化天然气储罐泄漏事故的危害3.1LNG 储罐泄漏事故发生的原因(1)储罐存在先天缺陷,设计不合理导致实际承压能力达不到预期标准,所选材料规格不达标,相关部件密封性差等导致储罐整体质量不合格,在投入生产后发生罐体爆裂事故。(2)缺少安全阀、液面计、压力计、温度计、检测仪等必要的关键性安全附件,或安全附件未发挥作用,导致储罐温度过高、介质过热,液化天然气发生气化,导致罐内压力超过设计压力,安全阀等装置失效,就会发生爆炸。(3)储罐使用超出设计年限,罐壁因腐蚀变薄导致强度下降,出现局部泄漏后,内部钢材发生冷脆,引发物理爆炸。(4)由于地震、海啸等自然灾害或导弹袭击,导致储罐 出 现 罐 体 破 裂,引 发 大 面 积 低 温 泄 漏事故。3.2LNG 储罐泄漏事故的类型及危害3.2.1火灾爆炸泄漏的液化天然气与水相接触,两者温差较大,会发生急剧相变(RPT),引发激烈沸腾和巨大的响声,严重时会发生沸腾液体膨胀蒸气爆炸(BLEVE)。液化天然气蒸气云扩散到有限空间与空气形成爆炸性混合物后,一旦遇到点火源则发生大面积的爆炸(无约束蒸气云爆炸 UVCE),产生冲击波,对周围的人员和设施造成损伤或破坏;液化天然气大量泄漏到地面或水面上,遇到点火源会产生池火火灾;输送设施、管线内液化天然气泄漏时被点燃,会产生喷射火灾4。3.2.2低温冻伤储罐中的液化天然气温度在-162,泄漏至地面 时,初 期液化 天 然 气 的 气 化 率 很 高,易形成云 层 或 层 流,密 度 大 于 周 围 空 气,气 化 量与地面和 大 气 的热量供给成正比,随 着 周 围 环境温度的 降 低 气化率趋于稳定,在 地 面 形 成 液流,并沿地 面 扩散。发 生 泄 漏 后 极 低 的 温 度 易导致周 围 人 员 发生 严 重 冻 伤,周 围 的 设 备、仪表受低 温 影 响,会出 现 设 备 损 伤、失 效 或 性 能下降。3.2.3麻醉窒息LNG 的低温特性不仅会导致人员冻伤,人员吸入后,会产生麻醉作用,在低温作用下身体机能比正常活动更加缓慢,心肺等功能活性降低,如不及时撤离储罐泄漏区域有造成人员死亡的风险;在液化天然气大量泄漏时,空气中甲烷的含量急剧增加,氧含量瞬间降低,人员吸入大量气相天 然 气 后,意 识 会 逐 渐 模 糊,随 后 晕 倒,在2 5 min内死亡,并且毫无征兆,被发现时基本错过了最佳救治时机。4应急救援处置及注意事项LNG 储罐一旦泄漏,将导致火灾爆炸、人身伤亡等事故,波及范围广,事故后果严重,处置措施以“小兵团作战”为原则,制定科学合理的处置方案。4.1气/液相泄漏处置措施4.1.1小范围气/液相泄漏从上风向或侧风向进入现场,与工艺人员确认后,组织实施扩散区喷雾水稀释驱赶。根据泄漏情况不同,及时启动相应固定消防设施,发泡效果调试合格后,实施液态流淌区高倍数泡沫覆盖,待灾情稳定后,组织人员对泄漏点实施堵漏。4.1.2大范围气/液相泄漏救援队伍须扩大力量集结区和事故区的安全防护距离,根据灾情发展态势,实施警戒和紧急疏散,条件不具备时,切不可冒然行动。(1)LNG 储罐发生较大气相泄漏,以泄压、关阀、放空等工艺措施为主,设置警戒区控制火源,直至达到本质安全的操作条件,应急处置才能终止。处置队伍使用移动式摇摆水炮稀释扩散气体,严禁直流水冲击扩散气体,严禁对低温储罐、容器、管线等设备喷水。(2)控制阀门、输送管线等发生液相泄漏,工艺采取关闭上、下游控制阀门等断料措施,处置队伍使用固定或移动高倍数泡沫覆盖集液池或流淌低温液体,控制 LNG 蒸发扩散范围和速度,为控制火源、设置警戒区、安全疏散、启动相应的应急预案创造条件。严禁对低温设备、结霜部位喷水。4.2火灾处置措施4.2.1初期火灾LNG 储罐发生气相初期火灾,应采取关阀、放空等工艺措施,待关阀断料后使用干粉灭火器47 2023 年第 5 期 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT或喷雾水灭火;无法实施关阀断料切断措施的,应冷却保护相邻设备设施,防止灾情进一步扩大,待进一步评估论证后采取相应措施。储罐相关附件发生低温液体泄漏火灾时,应立即关闭上、下游的控制开关,优先使用固定泡沫设施,采用高倍数泡沫覆盖集液池或流淌低温液体,控制流淌火扩散范围,为进一步控制火势、实施工艺措施创造条件。燃烧范围较大、火势猛烈时,须对毗邻的设备设施进行冷却降温,防止温度过高引起连锁反 应,同 时 控 制 好 冷 却 水 的 流 向,避 免 与LNG 低温流淌区接触,加速低温液体气化。4.2.2较大火灾或发生地震、海啸等自然灾害由于地震、海啸等较大自然灾害或敌方的导弹袭 击,导 致 管 线、储 罐 出 现 瞬 时 破 裂,引 发LNG 大面积低温泄漏事故时,应立即评估研判事故发展态势,启动应急预案,根据灾情发展趋势,相关单位和部门(当地政府、应急、消防、海事、航空、交 通、公安、驻地部队、气象、通讯等)预警联动,进一步采取相关疏散、警戒措施,避免重大人员伤亡和财产损失。以发生事故的 LNG储罐为中心,陆地半径按处置区 1 km、监控区3 km、警戒区 5 km、安全区 10 km、海洋区按 10海里范围进行划分,不同区域采取相应的防护等级与处置措施,及时疏散警戒区内人员,严控各种危险源。4.3冻伤事故应急处置LNG 泄漏后,冻伤事故的影响范围与液池的扩展呈正相关,在泄漏方向的不规则区域内,人员均会受到不同级别的冻伤。发生冻伤事件时,应协助伤员尽快离开低温环境,帮助其脱去湿冷的衣服与鞋袜,换上干燥的衣物。用温水浸泡患处,之后用柔软毛巾按摩局部。冻伤处若起泡,需将水泡内的液体引出,同时涂抹冻疮膏、消炎药膏等。若人员全身冻僵,则需要协助其脱去湿冷衣裤,用被褥保暖,使其尽快恢复正常体温,并送至医疗指定地点5。4.4窒息事故应急处置当人员发生窒息伤害时,救援人员应立刻启动应急设施,必须立即使用隔离式氧气呼吸保护器,将窒息人员转移至空气流动处。同时,医护人员进行现场急救。若窒息人员口腔中有异物,应立即清除异物;若伤员出现昏迷以及呼吸停止现象,应立刻采取人工呼吸与心肺复苏措施,同时加大作业场所通风换气。在施救过程中,医护人员应同时联系附近医院进行急救。4.5注意事项处理 LNG 泄漏事故时,救援人员必须佩戴防护镜、皮质手套、空呼器等防护装具。在处理过程中,如采取关阀断料、导流转输、紧急放空等工艺措施,须在技术人员的指导下进行,严禁随意关闭管线阀门,踩踏装置区内阀门、低温管线。处置 LNG 大面积泄漏、着火事故时,应尽可能使用高倍数泡沫灭火剂,并时刻注意泡沫原液的余量,防止水流与 LNG 低温液体直接接触,严禁使用直流水驱赶泄漏云团或灭火。5结束语LNG 储罐事故对环境、健康和经济都会带来巨大的影响,处置时,应以“小兵团作战”为原则,做好应急响应和初期管控,以工艺措施为主,切忌参战力量过于靠近储罐事故区域,日常也应不断加强技术研究和演习演练,努力提升事故的应急处置能力。参考文献1 沈文斌,王珊珊.中共中央 十四五规划目标建议(摘 要)新 能 源 规 划 要 点 J.粘 接,2020,44(11):4.2 李琪鹏.LNG 接收站事故应急处置对策 J.建材与装饰,2021,17(17):154-155.3 钟林,王阳,敬佳佳,等.我国 LNG 产业储运装备发展现状 与 展 望 J.中 国 重 型 装 备,2022,154(4):11-17.4 张继国,余齐杰.LNG 储罐爆炸和火灾危险性定量分析 J.石油化工安全环保技术,2014,30(2):36-40+1.5 李娇.基于数值模拟的 LNG 储罐数字化应急预案研究 D.中国石油大学(北京),2020.57