基于风险分析的LNG薄膜罐安全管理研究_周美波.pdf

安全管理112|2023年07月蒸发量不超过储罐容量的 0.05%。为防止 LNG 泄漏，薄膜罐采用与其他类型 LNG 储罐相同的设计思路，所有进出管线和仪表接管均从罐顶进入6。薄膜罐内的 LNG 液体通过安装在储罐泵井中的罐内低压泵外输，在低压 LNG 总管上设有罐内自循环管线以防出现罐内 LNG 分层翻滚等现象。薄膜罐内设置氮气平衡系统，通过逐级压力调节阀控制氮气，从而保证绝热空间的压力保持在一定的范围内(0.30.8 kPaG)，用以平衡由于大气压变化、卸船以及气体取样等导致的压力变化。薄膜罐通过一根气相管线与 BOG 总管相连，用于输送储罐内产生的 BOG 和卸船期间置换的气体至BOG 压缩机、LNG 船舱及火炬系统，维持储罐压力7。通过在薄膜罐内设制多点监测仪表和罐表管理系统确保储罐安全、稳定运行。多点监测仪表主要包括温度监测系统、压力监测系统和气态烃监测系统。温度监测系统即在环隙空间、储罐外罐与内罐之间设置多点温度监测，根据其监测结果来判断储罐的泄漏状况。压力监测系统即检测外罐与内罐气相空间压力的压力差，根据压力差判断内罐的泄漏状况。气态烃监测系统即薄膜罐绝热空间设置连续监测系统，0 引言从 1969 年开始，世界各国共建设了超过 1 200 个 LNG 储罐。自 2000 年以来，全世界所有已建储罐中，主力罐型为 9%镍钢罐全容罐或薄膜罐。目前全球投入使用的全容罐大约有 170 个，薄膜罐约为 110 个，分 为 地 下 储 罐 和 地 上 储 罐，罐 容 从 8 000 m3至 200 000 m3不等。已经拥有薄膜罐自主专利技术的有五家公司，分别为法国 GTT 公司、韩国 KOGAS 公司、日本 IHI、MHI、KHI 公司。韩国在 1987 年引进法国GTT 技术，通过进行技术吸收和转化开发出韩国自己的薄膜罐技术，并获得专利1。日本从安全性和抗震性方面对比了多种储罐的优势，于 1971 年采用 KHI 薄膜罐技术建造了首座薄膜罐2。各种技术的主要区别在于不锈钢薄膜的厚度和波纹形式3-5。中国从 20 世纪 90 年代末建造了第一台 LNG 低温储罐，目前国内大型 LNG 储罐主要以 9%镍钢全容罐为主，大型LNG 薄膜罐目前正处于建设阶段。1 薄膜罐介绍薄膜罐采取低温、常压的储存方式，储罐设计压力为-0.5 kPaG/29 kPaG，设计环境下储罐的日最大基于风险分析的 LNG 薄膜罐安全管理研究周美波1，王贺2，王明月1(1.北京燃气集团(天津)液化天然气有限公司，天津 300450；2.科迈化工股份有限公司，天津 300270)摘要：文章通过对 LNG 薄膜罐所储存物料的危险有害性、储存工艺过程的危险有害性、LNG 储罐固有的风险进行分析，提出防泄漏措施、防溢流措施、防超压负压措施、防翻滚措施、防超液位措施、安全仪表系统(SIS)等具有针对性的工艺安全措施、设备安全措施和包含水喷雾系统、LNG 泄漏收集系统及高倍泡沫灭火系统、干粉灭火系统、移动灭火器等在内消防安全措施以及日常操作、检查、管理等要求，从设计、施工、人员、培训等方面做好准备工作，为国内大型 LNG 薄膜罐的顺利运营奠定基础。关键词：薄膜罐；风险；安全管理；蒸发气；液化天然气中图分类号：TE9 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)19-0112-04DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.19.030Safety Management of LNG Thin Film Tank based on Risk AnalysisZHOU Mei-bo1,WANG He2,WANG Ming-yue1(1.Beijing Gas Group(Tianjin)LNG Co.,Ltd.,Tianjin 300450,China;2.Kemai Chemical Co.,Ltd.,Tianjin 300270,China)Abstract:Through the analysis of the hazards and harmfulness of the materials stored in the LNG film tank,the hazards and harmfulness of the storage process,and the inherent risks of the LNG tank,the article puts forward targeted process safety measures,equipment safety measures,including water spray system fire safety measures including LNG leakage collection system,high power foam fire extinguishing system,dry powder fire extinguishing system,mobile fire extinguisher and other requirements for daily operation,inspection and management shall be prepared from design,construction,personnel,training and other aspects to lay a foundation for the smooth operation of domestic large LNG film tanks.Keywords:membrane tank;risk;safety management;BOG;LNG2023年07月|1133.1.1 防泄漏措施LNG 储罐设计压力均为-0.5 kPaG/29 kPaG，设计环境下储罐的日最大蒸发量均不超过储罐容量的0.05%。LNG 储罐的有效工作容积定义均为最小工作液位和最大工作液位之间的容量。LNG 储罐通过一根气相管线与 BOG 总管相连，用于输送储罐内产生的 BOG 和卸船期间置换的气体至 BOG 压缩机、LNG 船舱及火炬系统。为及早发现火情、有效监控各种泄漏、火灾等紧急事故，LNG 薄膜罐设置了火灾报警系统和可燃气体检测报警系统。薄膜罐内顶部设有环状喷嘴，罐内设置有温度监测系统可较好地控制预冷速度并进行实时监测，同时薄膜内罐的形态为双向波纹网格，允许薄膜在热负荷下双向自由收缩/扩张，以避免储罐在充装时温度急剧变化导致过高的应力和产生大量的 BOG。薄膜罐绝热空间设有多点温度监测，内罐发生泄漏时进行低温报警。薄膜罐的内罐与外罐之间的隔热空间充满氮气，通过调节可以实现氮气的输入或排出，从而保证隔热空间的氮气压力保持在一定的范围内(0.30.8 kPaG)。该调节用以补偿由于大气压变化、卸船以及气体取样等导致的压力变化。绝热空间设置足够的超压保护，采用四个大小相等的先导式安全阀，将超压的气体将排入大气中。同时，在绝热空间内设置连续气体监测系统，当检测到甲烷气体浓度超过爆炸下限的 30%时，打开氮气吹扫阀门，降低绝热空间内甲烷浓度，使其处于安全范围内3.1.2 防溢流措施薄膜罐设置 3 套独立的液位计，其中 2 套伺服液位计和 1 套雷达液位计，全部用于高高液位报警和联锁，当高高液位联锁发生时，关闭进料管上紧急切断阀，2 套伺服液位计用于低低液位报警和联锁。3.1.3 防超压、负压措施为保证 LNG 储罐安全操作，薄膜罐设置压力控制和多级压力保护。薄膜罐设置满足正常操作、高压、低压及负压监测需要的压力表。高压、低压及负压监测仪表应具有报警和联锁功能。正常情况下，LNG 储罐的压力是通过 BOG 压缩机将储罐的蒸发气抽走来控制的，即压缩机的操作负荷控制 LNG 储罐的气相压力。薄膜罐采用两级超压保护系统，一方面保护了储罐的安全，另一方面也尽可能避免了天然气直接排入大气。第一级真空保护是 LNG 储罐破真空阀，来自补气管线的天然气通过此阀门进入与储罐相连的 BOG管线维持 LNG 储罐压力的稳定；第二级真空保护是当补充的天然气不足以维持储罐的压力在操作范围内时，空气通过安装在储罐上的真空安全阀进入罐内，维持储罐压力正常。采用两级真空保护系统，除能保护当检测到甲烷气体浓度超过爆炸下限的 30%时，打开氮气吹扫阀门，降低绝热空间内甲烷浓度5。绝热空间设置足够的超压保护，采用四个大小相等的先导式安全阀，将超压的气体将排入大气中。罐表管理系统主要包括一套液位-温度-密度(LTD)测量仪表和监控软件，用于管理储罐运行并且有效防止翻滚现象。2 薄膜罐工艺及设备固有危险及有害因素2.1 LNG 储罐储存物料危险有害性分析薄膜罐储存的物料 LNG 是天然气的液化产物，成分以甲烷为主要，还掺杂有氮气、乙烷、丙烷等烃类。LNG 物理性质相对稳定，既不会燃烧也不会爆炸，一旦与周围热源接触立即急剧气化。气化后的可燃气浓度被稀释到燃烧极限，遇到能量大于 0.28 MJ 的点火源时，将发生爆炸反应。2.2 储存工艺过程危险有害性分析LNG 薄膜罐储存工艺过程中可能产生泄漏、爆炸、溢流、超压或负压等危险。(1)LNG 卸船流量较大，平均流速在 10 800 m3/h到 12 000 m3/h 之间，如果卸船臂在卸船充装过程中操作不当，可能导致 LNG 从薄膜罐气相管溢出。(2)LNG 薄膜罐内储存的 LNG 为低温液体，储存压力接近常压。如果 BOG 不能及时处理，或外界大气压变化较快，LNG 薄膜罐可能发生超压或负压，对储罐均会产生严重的损害，因此保护 LNG 薄膜罐的储罐压力至关重要。(3)LNG 既不会燃烧也不会爆炸，但无序状态下的 LNG 会立即急剧气化，1 体积 LNG 可气化出约600 体积的 NG，达到爆炸极限遇到点火源时，就会发生爆炸。(4)针对 LNG 薄膜罐储罐平台上可能发生的管线泄漏和设备泄漏，通过罐顶收集盘，收集管及收集沟，将泄漏的 LNG 导入集液池中。2.3 LNG 储罐固有风险分析LNG 薄膜罐的固有风险有储罐及其连接管道的泄漏、控制和监测系统失效、泄压系统失效、储罐内LNG 翻滚等。3 储罐工艺及设备安全措施3.1 工艺安全措施LNG 薄膜罐工艺系统设置了满足预冷、运行和停车操作要求的液位、压力、温度和密度检测仪表，可实时监控 LNG 储罐操作运行过程，并能在非正常操作工况进行报警及联锁。安全管理114|2023年07月设置固定式水喷雾系统。固定式水喷雾系统包括管道、雨淋阀组、过滤器和喷头等组件构成，用于为保护对象提供冷却防护。LNG 薄膜罐罐顶的喷淋用水量约为 750 m3/h，罐顶泵出口、仪表、阀门、安全阀平台设计喷雾强度20.4 L/min m2，检修通道处设计喷雾强度10.2 L/min m2，供水延续时间按 6 h 考虑。3.3.2 LNG 泄漏收集系统及高倍泡沫灭火系统当收集池内发生液池火灾时，高倍泡沫可有效降低火焰热辐射对周围设备、结构的不利影响。3.3.3 干粉灭火系统在 LNG 储罐罐顶的释放阀处设置固定式干粉灭火系统，用于扑救释放阀出口处的火灾8。系统采用自动控制方式，与火焰探测器的信号进行自动联锁。系统设置 100%的备用量。该系统也可遥控或手动启动。3.3.4 移动灭火器LNG 储罐罐顶平台配置干粉手提式灭火器，以利于扑灭初起火灾。灭火器的最大保护距离，不超过9 m，每一配置点的灭火器数量不应少于 2 个。4 薄膜罐的日常操作、检查及管理4.1 储罐日常操作(1)卸船时，LNG 从储罐的顶部管口进入，可以上部进料，也可通过内部插入管下部进料。该设计可使不同比重的 LNG 以不同方式进入储罐。通常，较重的 LNG 从上部进入，较轻的 LNG 从下部进入。同时，通过 LNG 低压输送泵对罐内 LNG 进行循环，可使罐内 LNG 有效混合，以便有效防止分层和罐内液体发生翻滚现象9。(2)每个储罐配备罐内低压泵，LNG 储罐内的低压输送