新旧液化天然气安全技术标准的比较分析

任 珂 李德强 曲胜利 中海油山东化学工程有限责任公司 济南 250019

标准与规范

新旧液化天然气安全技术标准的比较分析

任 珂＊李德强 曲胜利 中海油山东化学工程有限责任公司 济南 250019

比较美国消防协会颁布的NFPA 59A-2009版本与NFPA 59A-2001版本修订之处,这对完善我国LNG标准体系,推动我国LNG产业健康安全发展,有着重要的意义。

LNG NFPA 标准 安全技术

1 概述

由于液化天然气(LNG)的低温、易燃和易扩散等特性,决定了LNG的安全生产至关重要。近些年来,随着LNG产业的飞速发展,各国都对其生产、储存及操作的安全技术标准的制定和及时修订越来越重视。以美国消防协会(NFPA)制定的LNG生产、储存及操作标准NFPA 59A,在国际上得到广泛的应用,具有很高的权威性。NFPA 59A标准五年左右更新一次,最新版本为NFPA 59A-2009(以下简称2009版)。现在我国在LNG的标准制定方面相对滞后,颁布的GB/T 23068-2006仅等同于NFPA 59A-2001版本(以下简称2001版)。本文比较2009版本与2001版本的修订内容,这对完善我国LNG标准体系,推动我国LNG产业的健康发展,并与国际接轨有着重要的意义。

2 NFPA 59A-2009修订的主要内容

相对于2001版标准,2009版标准做出了重大修订,主要为以下几点。

2.1 一般性要求

新版规范增加了“一般性要求”一章,对规范中所涉及到的设施、设备的一般性要求给出了详细说明。

2.1.1 腐蚀控制

新标准规定,对由于腐蚀产生失效或明显老化的设备或其组件,需要维修、替代或进行重大改变的,应由有相关资质的人员从腐蚀控制的角度,评估设计图纸及材料说明书的合理性,并决定使用的材料是否会对该设备或其它相关设备的安全性和可靠性产生影响。

2.1.2 控制中心

新标准规定,每个LNG站场都需配备控制中心,并对控制中心的位置、所应具备功能、人员配备、与其它控制中心的通信等做了详细的说明。

2.1.3 能源的提供

新标准规定,对于为通信、紧急照明以及消防系统提供能源的电力控制系统,至少应具有两个以上能量来源,以保证其供应。

2.1.4 记录

新版标准规定,每个LNG站场,对用来建造LNG或易燃性流体储罐的设备、建筑、地基以及支撑系统所使用的材料都应有详细的记录。这些记录应一直保存至设备、建筑、地基等不再使用为止。

新规范“一般性要求”一章的增加,旨在提高LNG站场运行的安全性、可靠性以及处理紧急事件的能力。

2.2 双约束储罐和全约束储罐的定义

2009 版标准增加了对双约束储罐和全约束储罐的定义,并在厂址的选取和平面布置的标准中,对上述两种储罐设计和安装在风险规避中的注意事项进行了详细的说明。

(1)双约束储罐和全约束储罐的设计和建造,应考虑在发生溢出事故或副罐火灾事故时,副罐墙应在火灾持续时间内容纳LNG。

(2)对于内罐的火灾事故,或邻近储罐的主、副罐的火灾事故,副罐应保持足够的完整性,防止倒塌而使主罐发生泄漏事故。

(3)对于双约束储罐和全约束储罐,在液位以下不允许设置排料管道。

2.3 储罐的拦蓄区和排水系统

2.3.1 拦蓄区最小容积规定的比较

对LNG储罐的拦蓄区最小容积规定,2009版标准也做了修改,其与2001版标准的比较见表1。

表1 拦蓄区最小容积规定的比较

2.3.2 热辐射距离计算模型的选取

在拦蓄区选址的LNG热辐射距离计算模型中,新标准不再规定使用旧版本的模型,只对计算模型的选取做了如下规定:①模型应经过包括文献中最大LNG燃烧实验在内的实验数据的验证;②模型应在包括流体力学、传热学、燃烧科学的相关科学/工程学科杂志上发表;③模型应提供物理现象、分析及执行过程的详细细节;④模型已经被主管部门认可。

只要选取的模型符合上述条件,即可用于计算LNG热辐射的距离。

2.3.3 储罐拦蓄区到建筑红线距离的计算

对于LNG储罐拦蓄区到建筑红线距离的计算,新标准不再规定采用原标准的DEGAD IS扩散计算模型,而是规定所选取的模型应依据由NFPA研究基金会发布的模型评估协议《LNG蒸气扩散安全分析模型》,并通过独立机构评估,同时应考虑如下因素:①风速和大气稳定度同时发生且造成最长的下风向扩散距离,超过的距离少于扩散所需时间内的10%,帕氏大气稳定度为F类,风速4.5mph(2 m/s);②计算距离应以实际液体特性和来自容器的最大蒸气流率(蒸气气化速率加上液体流入的置换速率)为基础;③主管部门认可的计算中,允许考虑阻挡蒸气和降低可燃蒸气危险措施(如:拦蓄表面隔热,加水幕或其它合适方法)的效果。

2.3.4 设计溢出表

新标准对设计溢出表进行了修改,分别对顶部充装储罐、进料口低于液位的储罐、双约束储罐和全约束储罐以及包含有气化区、工艺区、转运区的拦蓄区的设计溢出要求做了明确的规定。相对于2001版标准,2009版规范将排料口低于液面,装有内置切断阀的储罐设计溢出持续时间,由原来的1h改为10min,并规定对于有混凝土副罐的全约束储罐或双约束储罐,不再考虑设计溢出。

2.4 短期使用的可移动式设备的安全使用

新标准还增加了对临时或短期使用的可移动式LNG设备的安全使用规定。

(1)可移动式LNG设备的运行,必须配备一名以上具备相关经验并接受过设备安全操作训练的人员。

(2)应采取预防措施尽可能降低LNG泄漏事故。

(3)可移动式或临时储罐的使用应经过主管部门的允许。

(4)在安装现场和远端能实现对加热蒸发器火源的关闭。

(5)应采取预防措施尽可能降低LNG泄漏时意外点火事故。

2.5 工艺设备焊接操作

新标准在工艺设备一章中,增加了对工艺设备焊接的操作内容。新标准规定,所有焊接或铜焊的操作及操作人员的配备,应符合AS ME Boiler and Pressure Vessel Code规范中第I X章节的规定。

2.6 固定LNG储罐抗震设计

固定LNG储罐的设计标准对储罐的抗震设计进行了修改。对于确定性极限MCE地震动,最大设计谱加速度等参数,均采用ASCE7,Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures的规定确定,而不再采用旧规范的NEHRP《新建筑物和其它构建物抗震规定的推荐做法(FEMA)》的规定。

2.7 管道系统及其组件规定

2009 版标准将管道系统分为三种类别:

(1)由LNG储罐支撑的管道系统,安装在紧急切断阀上的管道系统以及消防管道系统。

(2)可燃气体或LNG工艺管道系统。

(3)其它管道系统。

该标准对每个类别的管道系统的抗震设计做出了详细的说明。新标准规定,应对管道系统进行等同于ASCE 7规范的静态或动态分析,并在载荷的计算中,应考虑OBE、SSE及设计地震载荷与其它载荷的叠加。在管道应力分析模型中,应考虑支撑对管道的限制作用。

2.8 LNG和制冷剂转运

在LNG和制冷剂的转运标准中,新标准增加了船舶装卸的码头设计要求。它规定码头的设计应该包含下述注意事项:①波浪的特性;②风的特性;③潮流的方向;④海潮的变化;⑤码头的水深;⑥承冲靠船架的布置;⑦船舶停靠速度;⑧船舶停靠角度;⑨最小拖拽马力要求;⑩靠船墩的安排。并规定在船舶装卸过程中,船舶装卸区域严禁火源。

2.9 操作、维护以及人员培训

对LNG站场的日常运行、维护以及人员的培训,2009版标准也做了修改,增加了相应的条款。

2009版标准对维护手册的说明进行了修订,19个厂家共27台;采用GSP西门子气流床气化炉的有神华宁煤集团有限责任公司等3个厂家共9台;采用新型四喷嘴水煤浆气化炉的有安徽华谊化工有限公司和兖矿国泰化工有限公司等13个厂家共33台;采用多料浆单喷嘴顶置气化炉的有华亭中煦煤化工有限公司和重庆万盛煤化工有限公司等26个厂家共38台;采用国产四喷嘴干煤粉加压气化炉的有贵州开阳化工有限公司1个厂家共1台;采用HT-L航天炉的有永煤集团龙宇化工有限公司和安徽临泉化工有限公司等两个厂家共2台;采用两段干煤粉加压气化炉的有上海申能集增加了对地基和应急能源检查的内容。新标准规定对于每个设备的支撑系统或地基,应至少每年检查一次,对失效的地基应及时修理。而对于应急能源,则应至少以月为周期检查其是否能正常运行,并应每年检查应急能源是否能在站场紧急事件中提供足够的能源。

2009 版对船舶装卸的操作也做了修订。标准规定,对于每个在装卸区内或其附近的LNG设备,都应建立一个描述应对其可能发生事故的预案。在装卸LNG之前,应完成检查装卸管道及设备的完整性,检查压力、温度、货轮容积参数等,确保转运操作的安全性。

3 结语

通过比较NFPA 59A新旧版本,可以了解美国LNG相关标准的发展动向和技术要点,为我国LNG标准的修订提供借鉴,改善我国LNG标准的制定相对滞后的局面,保证我国LNG产业健康发展。

1 NFPA 59A-2009,液化天然气(LNG)生产、储存和装运标准[S].

2 NFPA 59A-2001,液化天然气(LNG)生产、储存和装运标准[S].

3 GB 50028-2006,城镇燃气设计规范[S].

4 皇甫立霞,郭开华.液化天然气场站安全技术标准规范及发展动态[J].化工学报,2009,60(S1):11-15.

(Translated by Xi Zhengtai)

Comparison and Analysis between O ld and New Standards of LNG Safety Technology

Ren Ke,et al
(CNOOC Shandong Chem ical Engineering Co.,Ltd.,Jinan250013)

Comparing NFPA 59A-2009 with the revision of NFPA 59A-2001 compiled by American Fire Protection Association(NFPA)is an important significance to improve its LNG standard system and promote the healthy and safety development of the LNG industry in China.

LNG NFPA standard safety technology

＊任 珂:助理工程师。2009年毕业于中国石油大学(华东)油气储运专业。现从事工程设计工作。联系电话:(0531)83195387。

2010-09-28)