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LNG储罐主要安全事故分析探讨

发布时间:2018-11-05

  1、间歇泉现象
间歇泉现象指液体在长的低温输送垂直管道中,低温液体由于受热汽化产生汽泡,随着汽泡数量的不断增多,将低温液体挤出管道进入储罐产生喷发的现象。这种现象主要存在于低温液体输送系统中,尤其在低温垂直管道与贮存容器连接的管道中,特别是在火箭工业中经常出现,目前对间歇泉现象的研究也主要针对火箭推进装置的低温输送系统。对于LNG加气站内的储罐和管道,由于LNG的低温性也有可能出现间歇泉现象。
环境的热量不断漏入管道内,导致管内LNG液体的温度升高,产生蒸发气体。管道内的气体不能及时的上升到液面,随着热量的增加,气体量也逐渐增多,逐渐积聚到一起。积聚到一定程度后,气体压力逐渐增大,在管道中逐渐上升,并在储罐中突然喷发,在喷发的同时将管道内的液体也推向储罐内。与此同时液体的喷发排空了管道内的气相空间,储罐内的LNG液体便迅速地补充进入到管道中,再次重新开始液体受热蒸发和汽化的积聚过程,经过一段时间以后会再次形成液体喷发的过程,因为这种过程的具有间歇性而且像喷泉一样喷发因此被称为间歇泉。这种管内液体不断被排空和充注的过程会产生类似水锤的压力波动。如果间歇泉现象在系统中经常发生的话,产生的压力冲击波动会对储罐的管道、阀门造成结构性破坏,同时也使储罐内的LNG的蒸发量显著上升。
间歇泉和水击现象的发生主要是LNG储罐底部管道及其附件热量漏入导致管内LNG受热汽化造成的,在LNG的储罐充注过程中也有可能出现流动过程中的间歇泉。所以在设计和建设中需要管道和储罐具有较好的绝热性能。
2、急冷和液击现象
急冷是指管道或设备在短时间内迅速降温的现象。由于LNG加气站运行的间歇性在系统运行后突然启动加气或者卸气的过程中,特别是首次运行启动可能会发生急冷现象。急冷现象会在管道的顶部和底部形成温度变化梯度,使两个支架间的管道发生挠曲现象,由于挠曲应力较大,管道存在断裂的危险。
由于LNG汽车加气的间歇性,加气站内的设备反复开停,阀门或者泵的开启或者关停使得管道内的液体流速突然发生变化,有时甚至是激烈的变化,液体的动量也发生改变,管道内的压强迅速上升或下降,同时会伴有液体锤击的声音,这种现象叫做液击(或者称水击)。液击会造成管道内压力的剧烈变化,压力突然升高,严重时可导致管道爆裂,而迅速降压造成管内负压,则会使管道失稳,引起管道振动。
急冷和液击现象发生的原因一是LNG的低温特性和液体特征,二是LNG加气站的间歇性运行特点。
为防止急冷和水击现象的发生,在设计中要考虑到由管道内介质的低温特性造成的管道的冷收缩,设置合理的管道补偿方式;加气站在运行之前一定要进行设备和管道的预冷;运行过程中,泵和阀门等设备的开启和关闭速度一定不能过快,建议采用行程较长的阀门,例如低温截止阀,防止压力的突然升降。
3、快速相变(冷爆炸)
快速相变(rapid-phase-transition,简称为RPT)是指LNG在泄露遇到水的情况下,由于LNG的密度比水的密度小,LNG会在水面之上;起初LNG温度非常低(约-162℃),两者为温差达1750C。于是两者之间发生强烈的传热过程,因为大温差使得接触面处液体剧烈蒸发,在水面和LNG之间形成一层蒸汽层,这更加剧了换热的强度。如果蒸汽层遭到破坏,则会进入核态沸腾传热状态,因此LNG迅速被加热并发生快速相变。同时气体的剧烈蒸发导致接触面的压力逐渐升高,从而引发冷爆炸现象。
国外已经有几起快速相变事故发生,例如1973年5月英国Canvery一艘LNG运输船卸液时,出液管LNG泄漏流进其中一个有LNG储罐的码头,遇到了积存的雨水,发生了爆炸,所幸只损坏了临近大楼的一扇窗户;印度尼西亚Badak一套LNG液化作用的装置在1992年12月的一次启动时发生了泄漏,但是系统仍然继续液化工作,由于系统中有为降低LNG蒸发气而设置的保护水幕,导致在装置启动11小时后,在附近的排水道里发生了快速相变事故,排水道和邻近管道都被损坏,未造成人员伤亡。由此看出,快速相变可导致严重的后果,对设备及周围环境造成损坏,因此在设计时需要考虑该事故的发生。
LNG快速相变发生的直接原因是LNG的泄露和泄露液体所接触到的环境,因此当LNG加气站发生大量LNG泄露后,严禁用水喷淋,而且应该经常对LNG加气站的环境进行清理,及时清理站内的积水等。
4、低温损害
由LNG的低温性对人体造成的损害可以分为三类:低温冻伤、低温麻醉和窒息。操作人员在直接接触LNG低温设备或者LNG发生泄漏时,皮肤表面会粘在低温物体表面上,人的皮肤及皮肤以下组织被冻结,很容易撕裂,并留下伤口。如果人体长时间处在-10℃下,则会有低温麻醉的危险。LNG泄露后,如果人吸入低温的LNG蒸汽,短时间内会呼吸不畅,长时间吸入冷气体的话就会有严重的后果。随着LNG的泄露,空气中的氧含量也在不断减少,当大气中的氧含量低于18%时,则会造成操作人员出现窒息的症状,若长时间处于高浓度LNG,氧含量低于6%的环境下可能会使人呼吸停止,甚至死亡。
LNG对人体造成低温伤害的主要来源一是低温设备的绝热效果不好,设备表面温度过低;二是加气站内发生LNG泄漏,导致人类直接与LNG接触,并吸入过冷气体;三是操作人员在操作时没有采取低温防护措施,造成了本可以避免的损害。
为防止LNG对人体造成损害,操作人员在操作过程中应与低温设备保持一定的距离,避免直接接触低温设备表面;穿好低温防护服、佩戴好防护用具:为避免由泄露LNG对人体造成伤害,应该经常检查LNG加气站内容易发生泄露的环节,比如阀门、焊缝和连接管道等。