液化天然氣（LNG）泄漏擴(kuò)散及抑制相關(guān)問題分析

王麗娜

摘要：近年來，隨著液化天然氣行業(yè)（LNG）的迅速發(fā)展，液化天然氣（LNG）發(fā)生泄漏擴(kuò)散問題的頻率也在增加，這已經(jīng)成為了制約LNG行業(yè)安全發(fā)展的關(guān)鍵。因此，如何有效控制液化天然氣擴(kuò)散對于確保行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。文章分析了液化天然氣（LNG）泄漏的危害、擴(kuò)散過程及影響因素，總結(jié)了國內(nèi)外相關(guān)LNG標(biāo)準(zhǔn)中涉及的泄漏擴(kuò)散抑制技術(shù)及針對LNG泄漏擴(kuò)散開展的抑制實驗研究，分析了強制水幕、防護(hù)堤設(shè)置和高倍數(shù)泡沫等抑制技術(shù)的 優(yōu)缺點，為有效控制LNG泄漏擴(kuò)散提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：液化天然氣;LNG泄漏擴(kuò)散;抑制技術(shù)

前言

近年來，天然氣行業(yè)，特別是LNG行業(yè)得到了快速的發(fā)展，國內(nèi)已基本形成了從天然氣開采、液化到LNG運輸、存儲再到LNG/CNG利用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。在LNG的運輸、存儲和使用過程中，不可避免的會由于人為或其他原因?qū)е翷NG泄漏，泄漏后的LNG會迅速擴(kuò)散，造成人員凍傷，當(dāng)LNG蒸氣達(dá)到一定濃度時如果遇到點火源還可能發(fā)生爆炸并引起火災(zāi)，進(jìn)而造成人員傷害和巨大的財產(chǎn)損失。由于LNG溫度極低，且具有易燃易爆特性，運輸過程中一旦發(fā)生泄漏，不僅對人員生命、財產(chǎn)安全造成損失，對周圍環(huán)境也將造成極大破壞。因此，為了有效地控制LNG泄漏擴(kuò)散，減小LNG泄漏擴(kuò)散的危害，研究LNG的泄漏擴(kuò)散規(guī)律并提出事故預(yù)控措施具有十分重要的理論指導(dǎo)意義和工程實用價值。

1.LNG擴(kuò)散特征

1.1LNG泄漏擴(kuò)散過程

LNG泄漏可分為泄漏到地面 （陸地 LNG系統(tǒng) ）和水面（LNG船舶儲運 ）兩種類型，本文 以 LNG泄漏到地面為例分析LNG泄漏擴(kuò)散過程。LNG泄漏到地面后，由于極低的溫度，最初會劇烈沸騰蒸發(fā)，隨著周圍溫度的降低，LNG蒸發(fā)的速率會迅速降低，同時LNG蒸氣沿地面擴(kuò)散，并不斷從環(huán)境中吸收熱量，逐漸上升擴(kuò)散，同時將周圍的空氣冷卻至零點以下，形成一個可見的云團(tuán)，這種可見云團(tuán)稱為重氣云。重氣云的擴(kuò)散比較復(fù)雜，其擴(kuò)散與大氣穩(wěn)定度、空氣的相對濕度、地表粗糙程度等有著密切的關(guān)系。正是這種重氣效應(yīng)的存在，使得云團(tuán)不易稀釋和擴(kuò)散，進(jìn)而增加了燃燒和爆炸的風(fēng)險。LNG泄漏后迅速閃蒸，形成蒸氣云并夾帶一部分液滴，形成密度大于空氣的重氣云團(tuán)，重氣云團(tuán)在空氣中的擴(kuò)散過程大致包括三個階段：

（1）初始階段：LNG從泄漏后，在地面形成LNG液池和初始?xì)庠?，LNG泄漏的速率將影響LNG液池的規(guī)模和氣云的形狀等;

（2）重力擴(kuò)散階段：LNG云團(tuán)受到重力作用沿著地面擴(kuò)展，由于LNG云團(tuán)密度大于空氣密度，導(dǎo)致產(chǎn)生凹陷現(xiàn)象，從而引起云團(tuán)徑向尺寸增大而高度減少;同時受到空氣的卷吸作用，使得外界干凈空氣與LNG云團(tuán)混合，濃度得到稀釋;同時由于重力作用，空氣與LNG氣云進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，導(dǎo)致氣云縱向溫度上升，引起對流湍流;

（3）被動擴(kuò)散階段：隨著云團(tuán)的稀釋和溫度的上升，LNG氣云的密度降低，當(dāng)密度小于空氣密度時，其重氣效應(yīng)基本消失。

2.LNG泄漏擴(kuò)散影響因素

影響LNG擴(kuò)散的因素很多，主要包括LNG物理性質(zhì)、泄漏初始狀態(tài)、泄漏場環(huán)境等。

（1）物理性質(zhì)包括相對分子質(zhì)量、比熱容、沸點、氣化潛熱等。

（2）泄漏初始狀態(tài)包括泄漏物質(zhì)的儲存相態(tài)、壓力及溫度、密度、泄漏源在儲存容器上的位置、泄漏的面積、泄漏形式等。

（3）泄漏場環(huán)境包括風(fēng)速與風(fēng)向、大氣溫度與穩(wěn)定度、障礙物等。

3.LNG泄漏造成的危害

LNG泄漏后形成的低溫蒸氣云團(tuán)的危害性主要表現(xiàn)在4個方面：

（I）LNG蒸氣的窒息危害：LNG泄漏后，會大量氣化，并迅速膨脹擴(kuò)散形成云團(tuán)狀。如果是在狹小或者密閉空間內(nèi)，容易發(fā)生窒息危險。

（2）LNG低溫傷害：LNG溫度極低，人員一旦接觸到LNG，會造成永久性的低溫灼傷;同時普通鋼結(jié)構(gòu)等受到低溫LNG的影響，可能發(fā)生脆裂，引發(fā)更嚴(yán)重的LNG泄漏等事故。

（3）LNG的易燃易爆危害：LNG泄漏后形成的LNG氣云與空氣混合，形成爆炸性混合物。當(dāng)甲烷的體積分?jǐn)?shù)處于其爆炸極限（5%～15%）內(nèi)時，有可能引發(fā)爆炸或者燃燒。

（4）LNG快速相變危害：當(dāng)?shù)蜏豅NG與熱液體（比如水）接觸而被突然加熱的時候，就可能出現(xiàn)LNG的快速沸騰氣化現(xiàn)象，引起沸騰液體蒸氣爆炸（BLEVE），蒸氣云爆炸（VCE）等，這類爆炸超壓會破壞泄漏源附近的設(shè)備和構(gòu)筑物。

4.LNG泄漏檢測方法

鑒于LNG泄漏擴(kuò)散的危害性，在LNG液化工廠、LNG接收站、氣化站、加氣站等站場和LNG運輸車、船等環(huán)境中，需要安裝各種LNG泄漏檢測裝置，以確保及時發(fā)現(xiàn)LNG泄漏并緊急處理。目前國內(nèi)外使用的檢測方法主要有以下幾種：

（1）可燃性氣體檢測器：該類檢測器分為固定式和便攜式，主要基于催化燃燒、半導(dǎo)體或者紅外原理，能夠有效檢測環(huán)境中的可燃?xì)怏w濃度;

（2）低溫檢測器：這些低溫傳感器主要是熱電阻或熱電偶，一般安裝在LNG設(shè)備的底部、LNG集液池等地方;

（3）激光檢測器：該類檢測器主要采用可變波長（TDLAS）技術(shù)，基于朗伯一比爾（BeerLambert）定律，通過分析測量光束被氣體的選擇吸收獲得氣體濃度，檢測是否有甲烷發(fā)生泄漏，進(jìn)行定性的檢測，主要用于天然氣管網(wǎng);

（4）紅外熱像儀：紅外熱像儀通過吸收目標(biāo)物體的能量輻射生成紅外圖像和溫度測量的儀器，將泄漏的VOC氣體（包括甲烷等）的紅外能量輻射成像為黑色煙霧，檢測VOC氣體泄漏。

一般在LNG站場普遍設(shè)有可燃性氣體檢測器和低溫檢測器以監(jiān)測LNG的泄漏，但是監(jiān)測器布置的合理性尚需要進(jìn)行深入的研究。

5.LNG泄漏擴(kuò)散抑制技術(shù)

現(xiàn)階段的LNG擴(kuò)散抑制技術(shù)，主要通過降低LNG的蒸發(fā)速率或者加速LNG溫度上升進(jìn)而降低地表LNG蒸氣的濃度，國內(nèi)外的研究主要集中在防護(hù)堤設(shè)置、高倍數(shù)泡沫和強制水幕系統(tǒng)上。當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)LNG企業(yè)針對泄漏擴(kuò)散抑制技術(shù)開展了大量的研究工作，設(shè)置防護(hù)堤、高倍數(shù)泡沫、強制水幕等對抑制LNG泄漏擴(kuò)散有明顯的作用及效果，但是具體應(yīng)用過程中，其相應(yīng)的應(yīng)用參數(shù)，如防護(hù)堤設(shè)置高度、高倍數(shù)泡沫供給強度、強制水幕系統(tǒng)水壓水流等尚未給出，需要繼續(xù)進(jìn)行深入的研究。目前LNG接收站、LNG液化工程等站場配置了相對比較完善的LNG擴(kuò)散抑制措施及裝置，但是對于LNG加氣站等規(guī)模較小的站場，普遍缺少相應(yīng)的LNG擴(kuò)散抑制手段，亟需開發(fā)應(yīng)用的技術(shù)設(shè)備及裝置，以確保安全。

6.結(jié)束語

LNG泄漏擴(kuò)散抑制是一項系統(tǒng)的工程，需要將LNG泄漏檢測傳感器布局優(yōu)化、LNG泄漏堵漏技術(shù)開發(fā)以及多種LNG泄漏后擴(kuò)散抑制技術(shù)有機(jī)結(jié)合，才能系統(tǒng)形成從快速檢測、堵漏和抑制的一體化技術(shù)，控制并減緩LNG泄漏后果。

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