液化天然气储运安全技术和管理措施

2024-03-17魏洁乔小伟

山东化工 2024年1期

魏洁,乔小伟

(陕西延长石油天然气股份有限公司,陕西延川 717200)

液化天然气作为清洁能源的重要代表,在我国能源结构转型中的重要性日益凸显。然而,国内LNG产业的发展仍处于起步阶段,面临诸多挑战,其中最为严峻的即为储运安全问题。随着环保政策的推进,雾霾等环境问题成为社会关注的焦点,加快了我国从传统能源向清洁能源的转型速度。由于液化天然气独特的物理特性,使其在储运过程中的安全问题十分严峻[1-2]。因此,应根据我国实际情况,在接纳国外先进经验的同时,还需积极开展自我创新研究工作,尽快打造出符合我国发展特色的LNG储运安全管理体系。

1 液化天然气的特点

液化天然气作为一种经过冷冻处理、从气态转变为液态的石油天然气,因其具有较高的能量密度、环保性、经济高效性等特点,正逐渐崭露头角,成为全球能源消费的重要组成部分。由此也给液化天然气的储存和运输环节带来了不小的技术挑战,需要深入研究和解决。

液化天然气的特点主要有三个方面:第一,液化天然气的体积比其气态形式小约600倍,意味着相同量的能源可以在更小的空间内储存和运输,从而提高了能源利用效率,降低了运输成本。然而,液化天然气必须在低于-160 ℃的低温条件下才能保持液态,这对储存和运输设备的设计、制造和操作提出了极高的要求;第二,液化天然气的化学性质决定了其在存储和运输过程中的一些关键性挑战。天然气主要由甲烷构成,但在液化过程中可能还包含少量的乙烷、丙烷、丁烷、氮气和二氧化碳等成分。这些成分在液化、储存和再气化过程中可能产生不同的物理和化学反应,导致能源损失、设备磨损甚至可能引发安全隐患;第三,液化天然气的燃烧产物主要为水蒸气和二氧化碳。二氧化碳排放量远低于传统化石燃料,且无硫氧化物和氮氧化物排放,极大地降低了空气污染。然而,这并不意味着液化天然气完全无害。天然气泄漏后能在空气中形成可燃气体,遇明火或电火花极易爆炸,因此,液化天然气的存储和运输必须遵循严格的安全措施。

2 液化天然气储运方式分析

2.1 槽车运输

槽车运输是实现能源高效、环保运输的重要途径,其在中短程运输中的优势更是不容小觑。然而,在液化天然气槽车运输的实践环节中,仍然存在着诸多挑战,具体表现为以下几个方面。

首先,槽车的设计和制造需满足低温、高压、低泄漏等严格要求。采用疏水型材料为基础的保温层,搭配高真空技术,能够有效保证液化天然气在运输过程中的低蒸发率,从而缓解车载存储罐内压力的增长,提升运输效率。槽车的动力和操控性也不容忽视,将直接决定能否适应复杂多变的道路条件。此外,由于液化天然气的低温特性,专用的低温防护装置及配套的液相、气相双回流装载技术同样必不可少,能够有效防止槽车装载过程中所出现的泄露、结冰问题。其次,全面的运输安全管理体系至关重要,包括运输路线的科学规划、槽车驾驶员的专业培训、运输过程中的实时监控等,这些措施将有效防止和处理可能出现的运输事故。

2.2 船舶运输

船舶运输是长途和跨海能源运输的主流方式,其以庞大的运输能力和广阔的航线网络,在全球能源运输格局中扮演着关键角色。

从船舶设计与制造的角度来看,因液化天然气的低温、易蒸发特性,船舶的货舱设计需采用高效的隔热材料和制冷系统,保证液化天然气在运输过程中的稳定储存。同时,还应考虑船舶的稳定性和航行性,使其适应不同海况下的运输需求。船舶载货与卸货的过程是对船舶运输技术与安全性的双重考验,必须确保在这两个关键环节中,运用精确控制的装卸技术和设备,以降低液化天然气的泄漏风险。装卸操作的专业人员,应具备丰富的实践经验,以应对可能出现的各种突发状况。在船舶运输中,航行的安全管理策略也非常关键,包括航线规划、天气预报、船舶动态监测等多方面的信息整合,需要实现实时、高效的传递,并做出迅速决策。

2.3 管道运输

管道运输的核心优势在于它连续性和稳定性,特别是在大规模、长距离的运输中显得尤为重要。相较于其他运输方式,管道运输的初始投资和维护成本可能较高,但从长期看来,它的高效和稳定性有助于实现经济目标,因此,需要相应地搭配尖端的管道设计与制造技术,如先进的耐腐蚀材料和控温系统,使管道能够在各种极端环境下长期稳定运作,无论是在管道建设还是在管道运行阶段,安全始终是首要任务。从预防性的视角出发,在设计和施工阶段应遵循严格的安全标准,确保管道的强度和韧性,以抵御地壳活动或恶劣天气的影响,并引入实时监测系统,以便快速发现和处理任何潜在的风险。

3 液化天然气储运的安全技术及管理

3.1 储运材料的合理选择

储运材料的合理选择非常重要。首先,从材料科学的角度来看,储运材料需具备良好的耐腐蚀性和耐低温性。液化天然气的存储和运输温度通常在-162 ℃左右,因此,材料必须能在低温环境下保持良好的力学性能,防止在运输过程中出现裂纹或破裂现象[3]。此外,考虑到液化天然气可能对管道产生的腐蚀效应,所选材料还要具备优异的耐腐蚀性能,以延长设施的使用寿命,减少可能出现的泄漏风险。其次,在设计和建设环节,技术人员要在充分了解各类材料性能特点的基础之上,根据不同的运输条件来制定储运方案,凸显设计决策的合理性。最后,材料选择还需考虑到环境影响的因素,优先选择低碳、环保的材料,有助于减少液化天然气储运过程中的碳排放,促进可持续发展目标的顺利实现。

在液化天然气储运管理上,需要制定严格的材料审查与测试程序,保证材料符合相关的工业标准,能够在实际应用中表现出预期性能。同时,还需定期开展设施的检查和维护工作,对出现磨损和腐蚀的情况要及时进行处理。

3.2 储运设备的科学应用

液化天然气的储运设备,包括但不限于存储设备、运输设备、泵类设备等。科学应用的核心在于,满足基本使用性能的前提下,通过精细化、智能化的管理工作,最大程度地保障储运过程中的安全性,以此提升运输效率。

液化天然气的存储需要应用经过特殊设计的大型储罐,考虑到液化天然气的低温特性,存储设备必须能够承受极低温度,防止材料因温度过低而产生力学性能变化。在操作过程中,需要搭配使用功能完善的压力控制与监测系统,及时反映温度和压力变化,保证安全[4]。

前文中有所提及,液化天然气的运输方式主要包括船舶、槽车、管道等。需要有针对性地设计操作规程,以防止液化天然气在运输过程中出现泄漏或燃烧问题。例如,船舶和槽车需要配备特制的隔热罐体,保证在长时间的运输过程中,液化天然气的状态稳定;管道需要定期进行检测和维护,以防止因腐蚀和磨损引起的泄漏。

在管理上,储运设备的使用和维护应根据设备的运行状态进行。例如,设备的定期检查、清洁和维护,都应基于设备的使用频率、工作环境等因素,制定出详细的制定计划与验收标准。同时,通过采用数字化和智能化的管理方式,如远程监控、预警系统等,可以进一步提高设备管理的工作效率。

3.3 完善安全技术措施

3.3.1 防泄漏可燃气体探测系统

液化天然气具有极低的液化温度与可燃性的特点,任何形式的泄漏都可能引发严重的安全事故。因此,建立一套有效的防泄漏可燃气体探测系统必不可少。

防泄漏可燃气体探测系统主要由气体探测器、控制单元、报警设备以及应急处理设备组成。系统的关键技术在于探测器的灵敏度、精度以及反应时间,其中,气体探测器的作用是对环境中的气体浓度进行连续监测,一旦探测到液化天然气泄漏,控制单元会立即启动,向操作人员发出警告,并自动启动应急处理设备,如自动关闭阀门或启动通风设备,以最大限度地降低泄漏的危害。

然而,传统的防泄漏可燃气体探测系统在面对低浓度泄漏或极端环境条件时,可能存在探测延时或误报等问题。因此,未来的研究重点应着眼于提高气体探测器的灵敏度和精度,以及对极端环境条件的适应性。如,通过采用新型传感器材料和微纳米制造技术,实现对低浓度液化天然气泄漏的快速反应。

3.3.2 防过度振动装置

在液化天然气的储运过程中,运输设备在物理环境的影响下可能产生不同程度的振动。这些振动如果超出正常范围,将会对设备造成破坏,甚至引发泄漏等安全问题。

防过度振动装置的核心是探测和控制。对于探测,其主要是通过振动传感器来实现。当设备振动超过一定阈值时,振动传感器能够及时检测并发送信号。对于控制,是根据传感器发送的信号启动防振设备,如阻尼器、吸振器等,从而减小设备的振动,确保其处于正常工作的状态。

3.3.3 事故应急系统

事故应急系统包含事故应急预案和应急处理设备两个部分。其中,事故应急预案主要涉及应急行动计划、应急责任人、应急资源配置等问题。这些预案不仅要详细列出在不同情况下的行动指南,还需要定期更新,以适应不断变化的储运环境。同时,预案的实施效果还依赖于应急人员的专业技能和应急意识,因此,对应急人员的定期培训和演练也是应急系统发挥作用的重要因素。应急处理设备包括消防设备、泄漏应急处理设备、应急撤离设备等。这些设备需要根据具体的储运环境来进行科学选择,并展开定期维护,确保在事故发生时能够迅速启动,有效降低事故所带来的损害。

3.4 细化安全运行管理

3.4.1 制定管理方案

安全管理方案涵盖了操作过程的全部,包括对安全防护、故障预防、故障排查等环节的精细管理。通过制定以储运特点为导向的管理方案,能够更有效地确保液化天然气储运的安全和稳定。

考虑到液化天然气在温度、压力、易燃易爆等方面具有独特性,在进行安全运行管理时,不能简单地套用一般化的管理框架,而是需要根据其具体的特性,制定有效的安全运行管理方案,防范储运过程中可能出现的各种风险,从预防、控制、响应等多个层面展开精细化的管理[5]。例如,在预防层面,方案中需要包含设备定期检查、员工定期培训等内容,防止事故的发生;在控制层面,方案中需要有如何通过控制储存设备的压力和温度,减少事故影响的描述;在响应层面,方案需要说明当事故无法控制时,应如何进行紧急撤离,如何进行事故调查和整改等。且需要明白,简单制定管理方案并不能完全避免事故的发生,必须保证方案的执行力度。例如,可以通过实施例行的设备检查和人员培训,落实预防措施;通过实时的监控系统,实现风险控制;通过完善的应急预案和演练,保证应急预案的快速响应等。

3.4.2 优化岗位规程

液化天然气储运工作的岗位规程优化不能只满足于表面化的文字要求,应针对液化天然气的特性,结合具体工作岗位的职责,深入剖析岗位工作流程,设计出更为精细且符合实际需要的岗位规程。以设备操作岗位为例,应在详细解析设备结构、原理和操作步骤的基础之上对可能出现的设备故障、异常情况进行预设,列出故障症状、原因分析及处理办法,以此来增强操作人员应对设备故障的能力。同时,对于液化天然气的储存、运输等特殊环节,岗位规程应提出更为严格的操作步骤,从源头上杜绝安全风险。

3.4.3 提高人员素质

在现代化的液化天然气储运过程中,尽管机械化和自动化设备起到了关键性作用,但工作人员仍然担任着决策者与操作者的重要角色,其素质水平的高低影响着液化天然气储运的安全,必须提高操作人员的素质。

人员素质的提升可以从技能和知识两个方面进行。在技能方面,操作人员应经过严格的培训和考核,熟练地掌握液化天然气储运设备的操作方案,并具备应对异常情况的能力。在知识方面,操作人员除了要具备液化天然气储运的基本知识以外,还要了解液化天然气的物理和化学性质,以及液化天然气在不同条件下可能出现的安全风险。

安全意识是液化天然气储运中预防安全风险的第一道防线。通过定期的安全教育和演习,可以强化操作人员的安全意识,使其在面对突发事件时,能够迅速采取有效的应对措施。

在高压力、高风险的工作环境下,良好的心理健康有助于维持操作人员的稳定工作状态,还应在日常的员工培训活动中加入有关于心理健康调节方面的内容。