道化學(xué)法在LNG接收站安全預(yù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

肖宗元 (中海油江蘇天然氣有限責(zé)任公司，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

近年來，天然氣成為世界上大部分地區(qū)增長(zhǎng)速度最快的能源[1]，我國(guó)LNG接收站也正在飛速建設(shè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)2021年國(guó)內(nèi)在建或續(xù)建的LNG接收站就有二十余家之多。天然氣是清潔能源，也是優(yōu)質(zhì)原料，對(duì)環(huán)境影響比煤、油品等化石燃料要小的多[2]。由于LNG火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性高，一旦泄漏著火容易形成大面積火災(zāi)和復(fù)燃復(fù)爆，所以從設(shè)計(jì)階段本質(zhì)上入手消除風(fēng)險(xiǎn)尤為重要。利用道化學(xué)法在預(yù)評(píng)價(jià)階段能較好的評(píng)估LNG接收站風(fēng)險(xiǎn)程度和安全措施有效性。

1 LNG接收站概況

某公司新建一LNG接收站，年處理能力為3×106t LNG，包含4座2.2×105LNG儲(chǔ)罐、LNG碼頭卸料區(qū)、工藝裝置區(qū)、海水取水區(qū)、槽車裝車區(qū)及公用工程及輔助生產(chǎn)區(qū)等。

2 評(píng)價(jià)流程簡(jiǎn)述

文章以1993年推出的道化學(xué)法第七版為基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以裝置正常運(yùn)行中最大負(fù)荷情況下進(jìn)行計(jì)算。主要評(píng)價(jià)流程包括根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域和工藝流程劃分評(píng)價(jià)單元，確定評(píng)價(jià)單元危險(xiǎn)物質(zhì)的物質(zhì)系數(shù)（MF），得到火災(zāi)爆炸指數(shù)（F&EI）。進(jìn)一步確定危險(xiǎn)等級(jí)、暴露面積、暴露半徑、安全措施補(bǔ)償系數(shù)，最終得出評(píng)價(jià)結(jié)論[3]。

3 評(píng)價(jià)分析過程

3.1 劃分評(píng)價(jià)單元

LNG接收站工藝以碼頭卸料單元、LNG儲(chǔ)存單元、工藝裝置單元、槽車裝車單元、海水取水單元、公用工程及輔助生產(chǎn)單元。根據(jù)實(shí)際情況，選取具有重大潛在火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)的單元，則以碼頭卸料單元、LNG儲(chǔ)存單元、工藝裝置單元、槽車裝車單元為評(píng)價(jià)單元。具體單元?jiǎng)澐秩绫?所示。

表1 工藝單元?jiǎng)澐直?/p>

3.2 確定物質(zhì)系數(shù)（MF）

上述四個(gè)評(píng)價(jià)單元中，涉及到的危險(xiǎn)物質(zhì)均為L(zhǎng)NG或NG，其主要組成部分為CH4，其他組分遠(yuǎn)小于5%，則從中道化學(xué)法第七版中查得危險(xiǎn)物質(zhì)系數(shù)及危險(xiǎn)特性[3]如表2所示。由于四個(gè)評(píng)價(jià)單元實(shí)際生產(chǎn)過程中溫度均低于60℃，則MF不進(jìn)行溫度修正[4]。

表2 評(píng)價(jià)單元危險(xiǎn)物質(zhì)系數(shù)及危險(xiǎn)特性表

3.3 確定火災(zāi)爆炸指數(shù)（F&EI）

道化學(xué)法的危險(xiǎn)系數(shù)取值來自于以往的事故統(tǒng)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知等，故合理的取值至關(guān)重要。然而在一些道化學(xué)方法應(yīng)用文獻(xiàn)中，對(duì)危險(xiǎn)系數(shù)取值比較隨意，這樣會(huì)導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。對(duì)各系數(shù)取值理由進(jìn)行簡(jiǎn)要說明如下：

3.3.1 一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)

（1）吸熱反應(yīng)。工藝單元中的汽化系統(tǒng)開架式氣化器（ORV）和浸沒燃燒式氣化器（SCV），汽化過程實(shí)際上是吸熱過程，SCV的能量輸入是來自天然氣燃燒，故工藝裝置單元中取0.40。

（2）物料處理與輸送。LNG為I類易燃且是液化石油類物質(zhì)，在任何連接或未連接的輸送管線上裝卸均取0.50。

（3）排放和泄漏控制。單元周圍為平坦地，且集液池容量小于1.1倍的單個(gè)儲(chǔ)罐容積和30min消防水量。

3.3.2 特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)

（1）毒性物質(zhì)。毒性物質(zhì)系數(shù)為0.20×NH，由表1知NH=1，則毒性物質(zhì)系數(shù)為0.20。

（2）易燃范圍內(nèi)及接近易燃范圍的操作。罐裝易燃液體系數(shù)中，LNG儲(chǔ)罐有可能在出料或者環(huán)境溫度變化等情況下吸入空氣，在工藝裝置單元和槽車裝車單元可能或有打開放空閥操作中未采用惰性氣體保護(hù)的情況，故取0.50；過程失常與吹掃故障系數(shù)中，四個(gè)評(píng)價(jià)單元在有儀表或裝置失靈時(shí)會(huì)導(dǎo)致接近易燃范圍情況發(fā)生，故取0.30。

（3）壓力。計(jì)算中，未對(duì)壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)壓力系數(shù)補(bǔ)償，直接以表1中設(shè)計(jì)壓力查表或采用線性內(nèi)插法取得設(shè)計(jì)壓力系數(shù)，再乘以1.3作為實(shí)際壓力系數(shù)。

當(dāng)前云計(jì)算是一種集中式中心化的云，但隨著IT基礎(chǔ)設(shè)施逐漸云化，大視頻、物聯(lián)網(wǎng)逐漸興起，集中式中心化云將不能適應(yīng)低延遲、大帶寬等要求，這時(shí)候就需要向“中心化”的云發(fā)展。云邊結(jié)合是將智能算法前置，通過邊緣計(jì)算，將人臉識(shí)別等應(yīng)用的抓圖的壓力分?jǐn)偟角岸?，解放中心的?jì)算資源。

（4）易燃及不穩(wěn)定物質(zhì)量。燃燒熱取高熱值，物質(zhì)量按評(píng)價(jià)單元中最大物料量算總熱量，查表得到。

（5）腐蝕與磨損。LNG工況下腐蝕速率資料不足，考慮雖然LNG比較潔凈，但該接收站地處沿海，環(huán)境含鹽量多腐蝕風(fēng)險(xiǎn)很高[5]，故取0.50。

（6）泄漏（接頭和填料處）。四個(gè)評(píng)價(jià)單元中都存在法蘭、填料連接位置，并有周期性溫度變化，取0.30。

（7）傳動(dòng)設(shè)備。有大于55Kw的傳動(dòng)設(shè)備均按照0.50取值。

工藝單元危險(xiǎn)系數(shù)為一般危險(xiǎn)系數(shù)和特殊危險(xiǎn)系數(shù)之積，當(dāng)F3大于8則按照8取值?；馂?zāi)爆炸指數(shù)表如表3所示。

表3 火災(zāi)爆炸指數(shù)表

3.4 確定安全補(bǔ)償系數(shù)（C）

針對(duì)接收站存在的不可接受的風(fēng)險(xiǎn)因素，同時(shí)設(shè)計(jì)了響應(yīng)的安全措施。安全措施的設(shè)計(jì)和實(shí)施，不僅能有效降低火災(zāi)爆炸發(fā)生的可能性，也能有效的減弱事故發(fā)生后的影響程度?；谠O(shè)計(jì)文件對(duì)安全補(bǔ)償措施的選用進(jìn)行簡(jiǎn)要說明如下：

設(shè)計(jì)有應(yīng)急電源并且能夠自動(dòng)切換，取值0.98；具備建筑物及設(shè)備泄爆裝置，取值0.98；如果出現(xiàn)異常情況具備緊急切斷功能，取值0.98；計(jì)算及控制并且現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)輸入冗余，取值0.93；操作規(guī)程完善方面，取值0.95；定期進(jìn)行HAZOP分項(xiàng)，取值0.94。

3.4.2 物質(zhì)隔離安全補(bǔ)償

設(shè)計(jì)有遠(yuǎn)距離緊急關(guān)斷的控制閥，取值0.98；緊急情況下氣體排放至火炬，具備通風(fēng)系統(tǒng)，取值0.96；在碼頭卸料單元和LNG儲(chǔ)存單元排放裝置不予補(bǔ)償，其他兩個(gè)單元取值0.97。

3.4.3 防火設(shè)施安全補(bǔ)償

燃?xì)庑孤z測(cè)、鋼結(jié)構(gòu)防火、消防水大于0.69 MPa供應(yīng)、泡沫滅火裝置、灑水滅火系統(tǒng)、水幕、滅火器及電纜保護(hù)均進(jìn)行補(bǔ)償。其中水幕只在碼頭卸料系統(tǒng)中進(jìn)行補(bǔ)償為0.98。

根據(jù)各系數(shù)補(bǔ)償后計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 安全補(bǔ)償系數(shù)

3.5 評(píng)價(jià)結(jié)果

評(píng)價(jià)單元風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果如表5所示。

表5 評(píng)價(jià)單元風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果

從上述評(píng)價(jià)分析可知，工藝裝置單元危險(xiǎn)等級(jí)為非常大，其他為很大。在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，對(duì)各評(píng)價(jià)單元通過增加一些響應(yīng)的安全措施手段后，經(jīng)補(bǔ)償均處于“輕的”等級(jí)，是可以接受的范圍。

4 結(jié)語

從整個(gè)評(píng)價(jià)過程中我們可以得出：

（1）系統(tǒng)壓力是影響該LNG接收站F&EI的主要因素。這是由于在評(píng)價(jià)過程中直接使用設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行計(jì)算沒有進(jìn)行系數(shù)補(bǔ)償，另一方面由于壓力較高，對(duì)事故后果影響比較嚴(yán)重，所以取值較高。降低壓力能有效降低特殊風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，但是在工藝包已經(jīng)確定的情況下，操作壓力是一定的，所以要想減少風(fēng)險(xiǎn)，就需要增加安全措施，同時(shí)確保安全措施的完好性[6]。

（2）由于設(shè)計(jì)階段，很難計(jì)算實(shí)際最大可能財(cái)產(chǎn)損失值，可以采用對(duì)F&EI值進(jìn)行安全措施補(bǔ)償，以用來評(píng)估安全措施的有效性。

（3）F&EI的大小決定了評(píng)價(jià)單元的暴露半徑，在設(shè)計(jì)階段可以結(jié)合F&EI值合理選取各單元間距，以降低對(duì)其他單元的影響。

（4）道化學(xué)法在評(píng)價(jià)過程中對(duì)于不存在危險(xiǎn)物質(zhì)的危險(xiǎn)源無法進(jìn)行評(píng)價(jià)，所以要輔助以其他評(píng)價(jià)方法，以確保評(píng)價(jià)結(jié)果更全面。