LNG事故影响因素及预防

文／上海市安全生产科学研究所 卞海鹰

液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG）是天然气经过预处理，脱除重烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，深冷到-162 ℃后形成的液体。液化天然气被认为是地球上最干净的能源，其主要成份如图1所示。

图1 液化天然气主要组成成份

LNG的优点主要有：一是清洁环保。用LNG替代汽油、柴油，可以使得CO、HC(碳氢化合物)、NOx、CO2、微粒等的排放量有不同程度的减少。同时，LNG不会排放铅、苯等物质，具有非常好的环保性能。二是运输灵活方便。可以使用槽车、轮船等陆上或者海上的交通工具进行运输。三是经济高效。由于气态的天然气液化后体积大大减小，储存空间相应减小，储存成本也随之减少。同时，由于LNG携带有冷量，可以通过一些装置对其进行回收利用。

LNG危险性分析

通过对国内外1944年以来20余起LNG罐区燃爆事故的统计分析，得出LNG罐区主要燃爆事故模式有闪火、喷射火、池火灾、蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸气爆炸。导致事故发生的原因中，人的原因占33%，物的原因占53%，环境原因占14%。

人的原因主要是工作人员各种操作的失误，如试压的时候，方法选择错误，或者试压时未完全隔离而造成天然气泄漏；充装时，由于操作失误导致储罐出现翻滚；忘记关闭排水阀，导致LNG泄漏爆炸；忘关闭氮气管线导致天然气回流；操作失误关闭安全监测仪表等。环境原因主要是环境中其他装置事故的影响，如厂区锅炉爆炸导致LNG储罐爆炸，在线路修改时使得LNG管线遭到机械破坏。

物的原因主要是各种材料的老化失效或者各种设备的失效，如LNG储罐罐壁材料出现问题、储罐焊口断裂、阀体焊接失效破裂、法兰垫片老化泄漏、罐底接管接头低温失效、气压计破损等原因。

LNG事故危险性分析

随着液化天然气在能源结构中所占比例的增加，其生产、储存、运输等各个环节的安全问题所受的关注也越来越高。LNG一旦发生泄漏、燃烧爆炸等事故，将会对周边造成很大危害。其危险性主要体现为：

一是火灾爆炸危险性。LNG泄漏后，吸热会迅速地气化，气化后的天然气具有易燃易爆的特性。当空气中的天然气的体积浓度在5%～15%时，遇明火会发生火灾或者爆炸。当有多个罐储存LNG时，一个储罐发生火灾爆炸可能会引发重复爆炸，严重威胁现场人员的生命安全。LNG的质量燃烧速率很大，火焰传播速度很快，除此之外，燃烧时火焰温度高，会产生很强的辐射热。此外，LNG火灾易复燃、复爆，扑灭的难度很大。

二是翻滚的危险性。LNG翻滚实际上是激烈蒸发的过程。LNG液体在容器中分层后，由于热量传入，位于下层的LNG温度会逐渐升高，而密度会变小，上层的LNG密度会逐渐变大（蒸发气的挥发所致）。由于传质，下面的LNG会进入上层，当两层的LNG密度差不多时，在储罐中迅速混合，释放其积蓄的能量，这时会产生大量的气化气，LNG的气化量急剧增大，储罐中的压力会迅速上升。

三是低温危险性。LNG为低温液体且黏度低，一旦泄漏，在个人防护未做好的情况下，会很快渗进多孔的衣料里，进而接触皮肤，导致皮肤发生冻伤。当与周围设备接触时，会导致设备遇冷收缩及脆性断裂，造成设备损坏或者寿命缩短。

四是窒息的危险性。如果人吸入LNG蒸气，很快会失去意识，严重者几分钟就会死亡。在空气中氧气含量慢慢降低的情况下，工作人员是不会察觉到这种变化的，而当他感觉缺氧时，为时已晚。

LNG泄漏扩散影响因素分析

风对LNG泄漏扩散的影响

风对天然气扩散的影响主要体现在风向和风速两个方面所产生影响。风向决定泄漏气云的扩散方向，大部分泄漏气体总是分布在下风向。风速的大小决定扩散稀释作用的强弱，影响泄漏气云的扩散速度。风速越大，大气的湍流越强，空气的稀释作用就越强，泄漏气体与空气的混合也就越快越充分，同时风的输送作用也越强。一般情况下，当风速为每秒1～5 m时，对泄漏气体的扩散是有利的，危险区域的范围较大；若风速再大，则泄漏气体在地面的浓度将降低。若环境风速为零，则泄漏气体将以泄漏源为中心向四周扩散。

风速对天然气泄漏的影响是很复杂的。首先风速的影响会加剧空气和天然气之间的传热和传质，使得天然气的扩散加剧。再者，由于不同高度的风速并不是一成不变的，而是随着高度变化呈现规律性的分布，所以风对泄漏气体的扩散随着高度的不同而变化。

重力对LNG泄漏扩散的影响

泄漏气体相对于空气密度的大或小，决定了在扩散中是以重力作用为主，还是以浮力作用为主。泄漏气体在重力作用下不断下沉，地面浓度不断增加。然而，因为空气的不断稀释作用，这种下沉趋势会被减弱。在泄漏气体扩散初期，浮力作用使泄漏气体趋于上升，地面浓度将降低，但随着其被空气不断稀释后，上升的趋势也会减弱。由于天然气的密度小于空气密度，泄漏后，天然气受到的浮力作用将大于重力作用，天然气云团呈现上升的趋势；随着天然气云团与周围空气的不断混合稀释，天然气密度逐渐下降，上升趋势也逐渐减弱。

地理条件对LNG泄漏扩散的影响

地面粗糙度是地理条件对气体泄漏扩散影响的主要指标。在平坦开阔的地形，泄漏气云不受阻挡，易于扩散，而在地势低洼处则正好相反，泄漏气云易于滞留不易扩散。泄漏孔周围高大的树木等会增加地表大气的湍流程度，使空气的稀释作用加强。同样，泄漏孔周围低矮的建筑物群，对于气体的泄漏扩散是不利的，而对于高大的建筑物，由于其阻挡作用，气体的扩散流场会发生变化。当扩散云团遇到建筑物时，形成由位移区、空腔区、尾流区三部分组成的绕流流场。泄漏气体在空腔区会出现回流现象，从而使其聚集起来，难以扩散。

越复杂的地理条件对泄漏气体的扩散越不利。由于地形越复杂，泄漏后的天然气与空气的混合物在周围停留的时间也就越长，天然气泄漏的量就越多，扩散的区域范围也越广，危险性也就越大。当泄漏口所在的地理位置较高时，泄漏气体扩散至地面的竖直高度就越大，气体受当地风速影响的机会就越大，泄漏气体扩散就较易，反之亦然。

LNG事故的预防措施

当LNG发生翻滚或快速相态转变时，都可能存在爆炸、燃烧等潜在的危险，这就需要采取措施防止LNG翻滚与快速相态转变灾害的发生。

翻滚的防止

翻滚现象可通过加强管理来防止。不同来源、不同组成的LNG应尽可能储存在不同的储罐中，但这种方法可能带来操作上的不便和设备能量的浪费。因而，在设备运转过程中，可采取利用仪器监测的方法，严密监测蒸发气量、密度等参数，防止液层大量储热，做到随时监测每一液层的实际状况，从而达到防止翻滚出现的目的。

储运设备的选料

LNG装置本身的可靠性是保证LNG设施安全运行的重要前提。由于LNG为-162 ℃的超低温液体，因此，与该液体接触的材料必须能耐低温，而且在极低温时仍具有韧性，并能克服由常温降至低温时的胀缩问题，防止因材质选择不当而引起LNG泄漏。因此，无论是运输LNG的槽车、槽船，还是储存LNG的储罐，都必须能满足超低温的基本条件。国外使用的LNG内槽（壁）的材料主要由镍钢、铝合金和珠光体不锈钢等，如法国输气公司设计的LNG船就采用36%镍钢作储罐材料。国内某造船集团计划建造的LNG船舶，其内壁材料也采用36%镍合金。

完善并加强设备管理

为保证LNG装置安全运行，应建立完善的设备管理制度、维修保养制度，装置中设备应选用防爆型，具体的生产设备应有专人负责，定期检查、维护保养，并做好设备运转记录。压力容器应定期进行壁厚检查，发现问题及时解决，不断提高设备的完好率，确保所有设备装置正常安全运行。

加强运行管理

在LNG产、运、销的工业体系中，为了防止快速相态转变（rapid phase transition，缩写为RPT），当温度相差悬殊的两种液体接触时，若热液体温度比冷液体沸点温度高1.1倍，则冷液体温度上升极快，表面层温度超过自发成核温度(当液体中出现气泡时)。此过程热液体能在极短时间内通过复杂的链式反应机理以爆炸速度产生大量蒸气，为防止事故的发生，在操作中应严格遵守安全操作规程，如有发生重大事故的隐患时，应立即采取有效安全措施，消灭事故于萌芽，如定期排放集液池中的雨水，及时处理运行中出现的故障，才能保证正常生产，并应逐步应用现代化的管理手段和方法，加强LNG企业的安全技术管理。