摘要：隨著世界和我國LNG工業(yè)的發(fā)展，LNG工業(yè)產(chǎn)業(yè)的完整鏈系包括上游天然氣的開采、液化儲運(yùn)、氣化、銷售等環(huán)節(jié)，其中主要環(huán)節(jié)為液化站、LNG運(yùn)輸和供氣站三個接點。而LNG儲運(yùn)及安全問題是整個LNG產(chǎn)業(yè)鏈中尤為重要的環(huán)節(jié)。本文在簡述了LNG 特性和儲運(yùn)方式后，分析了LNG 儲運(yùn)中的安全問題及危險因素，提出了相應(yīng)的安全措施。LNG是天然氣儲存和輸送的一種有效的方法，在實際應(yīng)用中，LNG也是要轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)使用，因此，在考慮LNG設(shè)備或工程的安全問題時，不僅要考慮天然氣所具有的易燃易爆的危險性，還要考慮其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)以后，其低溫特性和液體特征所引起的安全問題，并進(jìn)行安全技術(shù)管理與評價。
??????? 關(guān)鍵詞：LNG? LNG特性? LNG儲運(yùn)? LNG安全?
??????? Abstract: With the development of world and China's LNG industry, LNG industries' complete chain system includes upstream gas exploration, liquefaction storage, gasification, marketing and other aspects, the main part including the liquefaction stations, LNG transportation and gas station. The storage, transportation and security of LNG is particularly important in the entire LNG chain. This paper outlines the features of LNG, LNG storage and transportation methods, the analysis of security issues in the LNG storage and risk factors and the corresponding security measures. LNG is an effective way of the natural gas storage and delivery. In practical applications, LNG is used after it is transformed into a gaseous state. Therefore, when considering the safety of LNG facilities or engineering problems, not only consider that the natural gas has the explosive risk, but also consider its low-temperature properties and characteristics of the liquid caused by safety issues after it becomes liquid,, and making the evaluation of the safety and technical management.
??????? Key words: LNG，LNG features，storage and transportation of LNG，LNG safety
??????? 1.前言
??????? LNG(液化天然氣)是一種經(jīng)天然氣凈化并深冷液化而成的液體，它是以甲烷為主要成分的低溫液態(tài)混合物，其體積約為氣態(tài)時的1/600，它是一種清潔、優(yōu)質(zhì)燃料。液化了的天然氣更有利于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、儲存，使天然氣的應(yīng)用方式更靈活、范圍更廣，主要體現(xiàn)在以下幾方面：①LNG 便于經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)輸，方便靈活，適應(yīng)性強(qiáng)；②儲存效率高，占地少，投資??；③有利于城市燃?xì)庳?fù)荷的調(diào)節(jié)，同時可以利用LNG 的冷能，如冷藏、冷凍、溫差發(fā)電等；④LNG 可用作優(yōu)質(zhì)的車用燃料，具有抗爆性好、燃燒完全、排氣污染少、發(fā)動機(jī)壽命長、降低運(yùn)輸成本等優(yōu)點；⑤有利于保護(hù)環(huán)境，減少城市污染，屬于國家重點扶持的新興環(huán)保產(chǎn)業(yè)。目前，我國LNG 產(chǎn)業(yè)正處于起步階段。國內(nèi)已建有數(shù)套LNG 生產(chǎn)裝置，其中分別位于上海、廣東、福建等沿海城市。隨著國家對能源結(jié)構(gòu)、能源安全和環(huán)境治理的重視，一批規(guī)模更大的LNG 工廠和進(jìn)口LNG 接受終端正在緊鑼密鼓地籌建中。因此，液態(tài)天然氣（LNG）儲運(yùn)及安全問題是擺在我們面前的一個重要課題。
??????? 2.LNG基本特性
??????? LNG主要成分為甲烷，另外還含有少量的乙烷、丙烷、N2及其他天然氣中通常含有的物質(zhì)。LNG的密度取決于其組分，通常為430～470kg/m?，甲烷含量越高，密度越??；密度還是液體溫度的函數(shù)，溫度越高，密度越小。LNG的沸騰溫度也取決于其組分，在大氣壓力下通常為-166～-157℃。LNG儲存在絕熱儲罐中，任何熱量滲漏到罐中，都會導(dǎo)致一定量的液體氣化為氣體，這種氣體就叫做蒸發(fā)氣。蒸發(fā)氣的組成取決于液體的組成，一般地，LNG蒸發(fā)氣含有20% 的N2，80% 的甲烷及微量的乙烷。LNG的溢出與擴(kuò)散：LNG傾倒至地面上時，最初會猛烈沸騰蒸發(fā)，后蒸發(fā)率將迅速衰減至一個固定值，蒸發(fā)氣體沿地面形成一個層流，從環(huán)境中吸收熱量逐漸上升和擴(kuò)散，同時將周圍的環(huán)境空氣冷卻至露點以下，形成一個可見的云團(tuán)，可作為蒸發(fā)氣體移動方向的指南，也可作為氣體空氣混合物可燃性的指示。LNG具有天然氣的易燃易爆特性，在-162℃的低溫條件下，其燃燒范圍為6%～13%(體積百分比)；LNG著火溫度隨組分的變化而變化，重?zé)N含量的增加使著火溫度降低。
??????? 熟悉理解LNG的基本特性，有利于正確認(rèn)識來自LNG 的危險因素，并進(jìn)行安全問題分析與處理。
??????? 3.LNG儲存運(yùn)輸
??????????? 3.1 LNG儲存
??????????? 在基地型LNG 生產(chǎn)廠、調(diào)峰型LNG工廠和LNG接收終端,以及在LNG 運(yùn)輸過程中，LNG儲存是不可或缺的重要環(huán)節(jié),儲存設(shè)施所占投資比例相當(dāng)大。LNG 的儲存方式有儲罐儲存和巖腔中儲存,儲罐儲存是最主要的儲存方式。LNG儲罐分地面儲罐和地下儲罐兩種。 LNG低溫儲罐的結(jié)構(gòu)很像暖水瓶，是雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)膽存儲低溫液體，它要承受介質(zhì)的壓力和低溫，所以制作內(nèi)膽的材料必須采用耐低溫合金鋼；外殼的作用是為了形成內(nèi)膽的絕熱層，它使外殼與內(nèi)膽之間保持一定距，形成絕熱空間，并通過支撐裝置固定內(nèi)膽，它要承受內(nèi)膽和介質(zhì)的重力載荷以及絕熱層的真空負(fù)壓。低溫儲罐絕熱性能的一個重要技術(shù)指標(biāo)，叫做蒸發(fā)率，對LNG罐一般為=＜0.2%，它表示的是一天24小時中，由于儲罐絕熱層泄露而使得外部熱量傳入儲罐內(nèi)膽，導(dǎo)致氣化的液體體積與儲罐容積的百分比。低溫儲罐的接口與LPG儲罐相似，有氣相接口、進(jìn)液口、出液口和液位檢測口。不同的是，由于絕熱和內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，所有接口都集中在儲罐的一個封頭上，一般不能隨處開口。比如，安全閥是安裝在氣相管上的，不單獨(dú)開口；一般也不單獨(dú)設(shè)置排污口。另外需要特別說明的是，進(jìn)液管一般有兩個，一個下
??????? 部進(jìn)液管，還有一個上部進(jìn)液管。
??????? 3.2 LNG運(yùn)輸
??????? 天然氣的輸送,凡管道能直達(dá)的地區(qū),以管道輸送為好。當(dāng)管道難以直達(dá)或敷設(shè)管道不經(jīng)濟(jì)時,特別是跨洋運(yùn)輸天然氣,則以液化天然氣形式采用油輪運(yùn)輸較為經(jīng)濟(jì)。
??????? 3.2.1 槽車運(yùn)輸
??????? 運(yùn)輸距離短、數(shù)量不大的LNG輸送,可采用公路槽車運(yùn)輸。用公路槽車運(yùn)輸深冷液體已有多年歷史,國內(nèi)外技術(shù)都十分成熟。超過一定距離,采用鐵路槽車運(yùn)輸LNG 比采用公路槽車較為經(jīng)濟(jì)。
??????? 3.2.2 LNG船舶運(yùn)輸
??????? 多年以來，在LNG 國際貿(mào)易中，主要采用專用油輪進(jìn)行LNG 跨洋運(yùn)輸。LNG 船舶主要有兩種，球式和膜式。兩種類型LNG 船舶的主要不同是：①一些老的膜式船舶由于多孔，在主膜屏障內(nèi)遭受氣體濃度困擾，盡管由于氮?dú)獠粩嗟貎艋?，不會成為?yán)重威脅，但也應(yīng)引起注意。②膜式船舶比球式船舶有更快的冷卻時問，常見的為9～10h。③膜式船舶在相同裝載能力下外形小。結(jié)構(gòu)需要鋼材也較少，這也導(dǎo)致了凈空高度減小，并且降低費(fèi)用。④球式船舶相對于膜式船舶而言，對一些貨物裝載的限制較少
??????? 3.3.3 管道輸送
??????? 目前，在陸地上，由于受到管道低溫輸送技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、氣源等各方面的影響，世界上約75% 的天然氣仍采用常態(tài)管道方式輸送的方式。只在LNG調(diào)峰裝置和油輪裝卸設(shè)施上設(shè)有LNG低溫管線，還沒有長距離LNG管線的實例。長距離LNG管線的初期投資較大，受氣源的限制較大。
??????? 4.LNG安全問題分析
??????? 4.1 LNG具有的危險性
??????? 4.1.1 低溫的危險性
??????? 人們通常認(rèn)為天然氣的密度比空氣小，LNG泄漏后可氣化向空氣飄散，較為安全。但事實遠(yuǎn)非如此，當(dāng)LNG泄漏后迅速蒸發(fā)，然后降至某一固定的蒸發(fā)速度。開始蒸發(fā)時其氣體密度大于空氣的密度，在地面形成一個流動層，當(dāng)溫度上升到約-110℃以上時，蒸氣與空氣的混合物在溫度上升過程中形成了密度小于空氣的“云團(tuán)”。同時，由于LNG泄漏時的溫度很低，其周圍大氣中的水蒸氣被冷凝成“霧團(tuán)”，然后LNG再進(jìn)一步與空氣混合過程中完全氣化。LNG的低溫危險性還能使相關(guān)設(shè)備脆性斷裂和遇冷收縮，從而損壞設(shè)備和低溫凍傷操作者。
??????? 4.1.2 BOG的危險性
??????? 雖然LNG存在于絕熱的儲罐中，但外界傳入的能量均能引起LNG的蒸發(fā)，這就是BOG（Boil of Gas）蒸發(fā)氣體。故要求LNG儲罐有一個極低的蒸發(fā)率，要求儲罐本身設(shè)有合理的安全放空系統(tǒng)，否則BOG將大大增加，嚴(yán)重者使罐內(nèi)溫度、壓力上升過快，直至儲罐破裂。
??????????? 4.1.3 著火的危險性
??????? 天然氣在空氣中百分含量在5%～15%（體積%）時，遇明火可產(chǎn)生爆燃。因此，必須防止可燃物、點火源、氧化劑（空氣）這三個因素同時存在。
??????????? 4.1.4 翻滾的危險性
??????? 通常儲罐內(nèi)的LNG長期靜止將形成兩個穩(wěn)定的液相層，下層密度大于上層密度。當(dāng)外界熱量傳入罐內(nèi)時，兩個液相層引發(fā)傳質(zhì)和傳熱并相互混合，液層表面也開始蒸發(fā)，下層由于吸收了上層的熱量，而處于“過熱”狀態(tài)。當(dāng)二液相層密度接近時，可在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，使罐內(nèi)壓力急劇上升，這就是翻滾現(xiàn)象。
??????????? 4.1.5 對人生理上的影響
??????? 人暴露在體積分?jǐn)?shù)為9％以上的CH4氣氛中會引起前額和眼部有壓迫感，但只要恢復(fù)呼吸新鮮空氣，就可消除這種不適的感覺。如果持續(xù)地暴露在這樣的氣氛環(huán)境下，會引起意識模糊和窒息。甲烷是一種普通的窒息性物質(zhì)。
??????? 雖然LNG蒸氣是無毒的，如果吸進(jìn)純的LNG蒸氣，人迅速失去知覺，幾分鐘后死亡。當(dāng)大氣中的氧的含量逐漸減少時，工作人員有可能察覺不到，慢慢地窒息，待到發(fā)覺時已經(jīng)很晚了。LNG緩慢窒息的過程分成4個階段，見表1。
??????? 表1? LNG對人窒息的生理特征
??????? Table 1. LNG on human physiological characteristics of suffocation
??????? 階段?氧氣的體積分?jǐn)?shù)?生理特征?
??????? 第一階段?14％～21％?脈搏增加，心跳加快，影響呼吸?
??????? 第二階段?10％～14％?判斷失誤，迅速疲勞，對疼痛失去知覺?
??????? 第三階段?6％～10％?惡心，嘔吐，虛脫，造成永久性腦部傷害?
??????? 第四階段?<6％?痙攣，呼吸停止，死亡?
??????? 當(dāng)空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)低于10％，天然氣的體積分?jǐn)?shù)高于50％，對人體會產(chǎn)生永久傷害。在這情況下，工作人員不能進(jìn)入LNG蒸氣區(qū)域。
??????? 4.2 LNG安全對策
??????? 根據(jù)LNG 的特性以及LNG 儲運(yùn)生產(chǎn)的實際過程，我們可以得出以下幾點LNG 的安全問題。