任 珂 李德強(qiáng) 曲勝利 中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司 濟(jì)南 250019

標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

新舊液化天然氣安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的比較分析

任 珂＊李德強(qiáng) 曲勝利 中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司 濟(jì)南 250019

比較美國消防協(xié)會(huì)頒布的NFPA 59A-2009版本與NFPA 59A-2001版本修訂之處,這對完善我國LNG標(biāo)準(zhǔn)體系,推動(dòng)我國LNG產(chǎn)業(yè)健康安全發(fā)展,有著重要的意義。

LNG NFPA 標(biāo)準(zhǔn) 安全技術(shù)

1 概述

由于液化天然氣(LNG)的低溫、易燃和易擴(kuò)散等特性,決定了LNG的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。近些年來,隨著LNG產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,各國都對其生產(chǎn)、儲(chǔ)存及操作的安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和及時(shí)修訂越來越重視。以美國消防協(xié)會(huì)(NFPA)制定的LNG生產(chǎn)、儲(chǔ)存及操作標(biāo)準(zhǔn)NFPA 59A,在國際上得到廣泛的應(yīng)用,具有很高的權(quán)威性。NFPA 59A標(biāo)準(zhǔn)五年左右更新一次,最新版本為NFPA 59A-2009(以下簡稱2009版)?，F(xiàn)在我國在LNG的標(biāo)準(zhǔn)制定方面相對滯后,頒布的GB/T 23068-2006僅等同于NFPA 59A-2001版本(以下簡稱2001版)。本文比較2009版本與2001版本的修訂內(nèi)容,這對完善我國LNG標(biāo)準(zhǔn)體系,推動(dòng)我國LNG產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,并與國際接軌有著重要的意義。

2 NFPA 59A-2009修訂的主要內(nèi)容

相對于2001版標(biāo)準(zhǔn),2009版標(biāo)準(zhǔn)做出了重大修訂,主要為以下幾點(diǎn)。

2.1 一般性要求

新版規(guī)范增加了“一般性要求”一章,對規(guī)范中所涉及到的設(shè)施、設(shè)備的一般性要求給出了詳細(xì)說明。

2.1.1 腐蝕控制

新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對由于腐蝕產(chǎn)生失效或明顯老化的設(shè)備或其組件,需要維修、替代或進(jìn)行重大改變的,應(yīng)由有相關(guān)資質(zhì)的人員從腐蝕控制的角度,評估設(shè)計(jì)圖紙及材料說明書的合理性,并決定使用的材料是否會(huì)對該設(shè)備或其它相關(guān)設(shè)備的安全性和可靠性產(chǎn)生影響。

2.1.2 控制中心

新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,每個(gè)LNG站場都需配備控制中心,并對控制中心的位置、所應(yīng)具備功能、人員配備、與其它控制中心的通信等做了詳細(xì)的說明。

2.1.3 能源的提供

新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對于為通信、緊急照明以及消防系統(tǒng)提供能源的電力控制系統(tǒng),至少應(yīng)具有兩個(gè)以上能量來源,以保證其供應(yīng)。

2.1.4 記錄

新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,每個(gè)LNG站場,對用來建造LNG或易燃性流體儲(chǔ)罐的設(shè)備、建筑、地基以及支撐系統(tǒng)所使用的材料都應(yīng)有詳細(xì)的記錄。這些記錄應(yīng)一直保存至設(shè)備、建筑、地基等不再使用為止。

新規(guī)范“一般性要求”一章的增加,旨在提高LNG站場運(yùn)行的安全性、可靠性以及處理緊急事件的能力。

2.2 雙約束儲(chǔ)罐和全約束儲(chǔ)罐的定義

2009 版標(biāo)準(zhǔn)增加了對雙約束儲(chǔ)罐和全約束儲(chǔ)罐的定義,并在廠址的選取和平面布置的標(biāo)準(zhǔn)中,對上述兩種儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和安裝在風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避中的注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

(1)雙約束儲(chǔ)罐和全約束儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和建造,應(yīng)考慮在發(fā)生溢出事故或副罐火災(zāi)事故時(shí),副罐墻應(yīng)在火災(zāi)持續(xù)時(shí)間內(nèi)容納LNG。

(2)對于內(nèi)罐的火災(zāi)事故,或鄰近儲(chǔ)罐的主、副罐的火災(zāi)事故,副罐應(yīng)保持足夠的完整性,防止倒塌而使主罐發(fā)生泄漏事故。

(3)對于雙約束儲(chǔ)罐和全約束儲(chǔ)罐,在液位以下不允許設(shè)置排料管道。

2.3 儲(chǔ)罐的攔蓄區(qū)和排水系統(tǒng)

2.3.1 攔蓄區(qū)最小容積規(guī)定的比較

對LNG儲(chǔ)罐的攔蓄區(qū)最小容積規(guī)定,2009版標(biāo)準(zhǔn)也做了修改,其與2001版標(biāo)準(zhǔn)的比較見表1。

表1 攔蓄區(qū)最小容積規(guī)定的比較

2.3.2 熱輻射距離計(jì)算模型的選取

在攔蓄區(qū)選址的LNG熱輻射距離計(jì)算模型中,新標(biāo)準(zhǔn)不再規(guī)定使用舊版本的模型,只對計(jì)算模型的選取做了如下規(guī)定:①模型應(yīng)經(jīng)過包括文獻(xiàn)中最大LNG燃燒實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證;②模型應(yīng)在包括流體力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒科學(xué)的相關(guān)科學(xué)/工程學(xué)科雜志上發(fā)表;③模型應(yīng)提供物理現(xiàn)象、分析及執(zhí)行過程的詳細(xì)細(xì)節(jié);④模型已經(jīng)被主管部門認(rèn)可。

只要選取的模型符合上述條件,即可用于計(jì)算LNG熱輻射的距離。

2.3.3 儲(chǔ)罐攔蓄區(qū)到建筑紅線距離的計(jì)算

對于LNG儲(chǔ)罐攔蓄區(qū)到建筑紅線距離的計(jì)算,新標(biāo)準(zhǔn)不再規(guī)定采用原標(biāo)準(zhǔn)的DEGAD IS擴(kuò)散計(jì)算模型,而是規(guī)定所選取的模型應(yīng)依據(jù)由NFPA研究基金會(huì)發(fā)布的模型評估協(xié)議《LNG蒸氣擴(kuò)散安全分析模型》,并通過獨(dú)立機(jī)構(gòu)評估,同時(shí)應(yīng)考慮如下因素:①風(fēng)速和大氣穩(wěn)定度同時(shí)發(fā)生且造成最長的下風(fēng)向擴(kuò)散距離,超過的距離少于擴(kuò)散所需時(shí)間內(nèi)的10%,帕氏大氣穩(wěn)定度為F類,風(fēng)速4.5mph(2 m/s);②計(jì)算距離應(yīng)以實(shí)際液體特性和來自容器的最大蒸氣流率(蒸氣氣化速率加上液體流入的置換速率)為基礎(chǔ);③主管部門認(rèn)可的計(jì)算中,允許考慮阻擋蒸氣和降低可燃蒸氣危險(xiǎn)措施(如:攔蓄表面隔熱,加水幕或其它合適方法)的效果。

2.3.4 設(shè)計(jì)溢出表

新標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計(jì)溢出表進(jìn)行了修改,分別對頂部充裝儲(chǔ)罐、進(jìn)料口低于液位的儲(chǔ)罐、雙約束儲(chǔ)罐和全約束儲(chǔ)罐以及包含有氣化區(qū)、工藝區(qū)、轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)的攔蓄區(qū)的設(shè)計(jì)溢出要求做了明確的規(guī)定。相對于2001版標(biāo)準(zhǔn),2009版規(guī)范將排料口低于液面,裝有內(nèi)置切斷閥的儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溢出持續(xù)時(shí)間,由原來的1h改為10min,并規(guī)定對于有混凝土副罐的全約束儲(chǔ)罐或雙約束儲(chǔ)罐,不再考慮設(shè)計(jì)溢出。

2.4 短期使用的可移動(dòng)式設(shè)備的安全使用

新標(biāo)準(zhǔn)還增加了對臨時(shí)或短期使用的可移動(dòng)式LNG設(shè)備的安全使用規(guī)定。

(1)可移動(dòng)式LNG設(shè)備的運(yùn)行,必須配備一名以上具備相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并接受過設(shè)備安全操作訓(xùn)練的人員。

(2)應(yīng)采取預(yù)防措施盡可能降低LNG泄漏事故。

(3)可移動(dòng)式或臨時(shí)儲(chǔ)罐的使用應(yīng)經(jīng)過主管部門的允許。

(4)在安裝現(xiàn)場和遠(yuǎn)端能實(shí)現(xiàn)對加熱蒸發(fā)器火源的關(guān)閉。

(5)應(yīng)采取預(yù)防措施盡可能降低LNG泄漏時(shí)意外點(diǎn)火事故。

2.5 工藝設(shè)備焊接操作

新標(biāo)準(zhǔn)在工藝設(shè)備一章中,增加了對工藝設(shè)備焊接的操作內(nèi)容。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,所有焊接或銅焊的操作及操作人員的配備,應(yīng)符合AS ME Boiler and Pressure Vessel Code規(guī)范中第I X章節(jié)的規(guī)定。

2.6 固定LNG儲(chǔ)罐抗震設(shè)計(jì)

固定LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對儲(chǔ)罐的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改。對于確定性極限MCE地震動(dòng),最大設(shè)計(jì)譜加速度等參數(shù),均采用ASCE7,Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures的規(guī)定確定,而不再采用舊規(guī)范的NEHRP《新建筑物和其它構(gòu)建物抗震規(guī)定的推薦做法(FEMA)》的規(guī)定。

2.7 管道系統(tǒng)及其組件規(guī)定

2009 版標(biāo)準(zhǔn)將管道系統(tǒng)分為三種類別:

(1)由LNG儲(chǔ)罐支撐的管道系統(tǒng),安裝在緊急切斷閥上的管道系統(tǒng)以及消防管道系統(tǒng)。

(2)可燃?xì)怏w或LNG工藝管道系統(tǒng)。

(3)其它管道系統(tǒng)。

該標(biāo)準(zhǔn)對每個(gè)類別的管道系統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)做出了詳細(xì)的說明。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,應(yīng)對管道系統(tǒng)進(jìn)行等同于ASCE 7規(guī)范的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)分析,并在載荷的計(jì)算中,應(yīng)考慮OBE、SSE及設(shè)計(jì)地震載荷與其它載荷的疊加。在管道應(yīng)力分析模型中,應(yīng)考慮支撐對管道的限制作用。

2.8 LNG和制冷劑轉(zhuǎn)運(yùn)

在LNG和制冷劑的轉(zhuǎn)運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)中,新標(biāo)準(zhǔn)增加了船舶裝卸的碼頭設(shè)計(jì)要求。它規(guī)定碼頭的設(shè)計(jì)應(yīng)該包含下述注意事項(xiàng):①波浪的特性;②風(fēng)的特性;③潮流的方向;④海潮的變化;⑤碼頭的水深;⑥承沖靠船架的布置;⑦船舶?？克俣?⑧船舶停靠角度;⑨最小拖拽馬力要求;⑩靠船墩的安排。并規(guī)定在船舶裝卸過程中,船舶裝卸區(qū)域嚴(yán)禁火源。

2.9 操作、維護(hù)以及人員培訓(xùn)

對LNG站場的日常運(yùn)行、維護(hù)以及人員的培訓(xùn),2009版標(biāo)準(zhǔn)也做了修改,增加了相應(yīng)的條款。

2009版標(biāo)準(zhǔn)對維護(hù)手冊的說明進(jìn)行了修訂,19個(gè)廠家共27臺(tái);采用GSP西門子氣流床氣化爐的有神華寧煤集團(tuán)有限責(zé)任公司等3個(gè)廠家共9臺(tái);采用新型四噴嘴水煤漿氣化爐的有安徽華誼化工有限公司和兗礦國泰化工有限公司等13個(gè)廠家共33臺(tái);采用多料漿單噴嘴頂置氣化爐的有華亭中煦煤化工有限公司和重慶萬盛煤化工有限公司等26個(gè)廠家共38臺(tái);采用國產(chǎn)四噴嘴干煤粉加壓氣化爐的有貴州開陽化工有限公司1個(gè)廠家共1臺(tái);采用HT-L航天爐的有永煤集團(tuán)龍宇化工有限公司和安徽臨泉化工有限公司等兩個(gè)廠家共2臺(tái);采用兩段干煤粉加壓氣化爐的有上海申能集增加了對地基和應(yīng)急能源檢查的內(nèi)容。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對于每個(gè)設(shè)備的支撐系統(tǒng)或地基,應(yīng)至少每年檢查一次,對失效的地基應(yīng)及時(shí)修理。而對于應(yīng)急能源,則應(yīng)至少以月為周期檢查其是否能正常運(yùn)行,并應(yīng)每年檢查應(yīng)急能源是否能在站場緊急事件中提供足夠的能源。

2009 版對船舶裝卸的操作也做了修訂。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對于每個(gè)在裝卸區(qū)內(nèi)或其附近的LNG設(shè)備,都應(yīng)建立一個(gè)描述應(yīng)對其可能發(fā)生事故的預(yù)案。在裝卸LNG之前,應(yīng)完成檢查裝卸管道及設(shè)備的完整性,檢查壓力、溫度、貨輪容積參數(shù)等,確保轉(zhuǎn)運(yùn)操作的安全性。

3 結(jié)語

通過比較NFPA 59A新舊版本,可以了解美國LNG相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展動(dòng)向和技術(shù)要點(diǎn),為我國LNG標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供借鑒,改善我國LNG標(biāo)準(zhǔn)的制定相對滯后的局面,保證我國LNG產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

1 NFPA 59A-2009,液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

2 NFPA 59A-2001,液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

3 GB 50028-2006,城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范[S].

4 皇甫立霞,郭開華.液化天然氣場站安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].化工學(xué)報(bào),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:助理工程師。2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)?，F(xiàn)從事工程設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:(0531)83195387。

2010-09-28)