液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)因素及策略

趙玖超，何倩，嵇斌華，高炳偉

(1.浙江泰鴿安全科技有限公司，浙江 杭州 316000；2.杭州天然氣有限公司，浙江 杭州 316000；3.湖州市交通運(yùn)輸行政執(zhí)法隊(duì)，浙江 湖州 313000)

0 引言

人們環(huán)保意識(shí)逐步提升，重視對(duì)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化，廣泛推廣清潔能源。液化天然氣是以甲烷為主要成分的燃料，無色無味，通過液化處理后讓其始終處于低溫液化形態(tài)，通過特殊的設(shè)備對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸。液化天然氣在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)涉及技術(shù)復(fù)雜，對(duì)儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的要求較高，如果未滿足儲(chǔ)運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)、燃料泄漏等一系列嚴(yán)重的安全問題。相關(guān)人員需要建立完善的儲(chǔ)運(yùn)安全管理機(jī)制，落實(shí)安全管理策略，確保及時(shí)將液化天然氣安全運(yùn)輸?shù)街付▍^(qū)域。

1 液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)形式

1.1 儲(chǔ)存形式

液化天然氣包括三種儲(chǔ)存形式：(1)單容罐，利用不銹鋼材料制作內(nèi)罐，在內(nèi)罐增加保溫層及擋液墻；(2)雙容罐，利用不銹鋼材料制作內(nèi)罐，外罐會(huì)選擇不銹鋼或鋼筋混凝土作為制作材料[1]；(3)全容罐，該種容器和雙容罐相同，均包括內(nèi)罐和外罐，并且制作材料相同，但是內(nèi)罐會(huì)增加保溫層。

1.2 運(yùn)輸形式

液化天然氣包括三種運(yùn)輸形式：(1) 罐車運(yùn)輸，利用專門車輛運(yùn)輸能源，所能運(yùn)輸?shù)哪茉纯偭肯鄬?duì)較小，適用于短距離能源運(yùn)輸要求；(2)船舶運(yùn)輸，通過船舶對(duì)能源進(jìn)行運(yùn)輸，安全性高，運(yùn)輸量大，適用于長距離能源運(yùn)輸要求；(3)管道運(yùn)輸，將管道作為運(yùn)輸設(shè)備，運(yùn)輸便捷，但是容易受到各種不同因素的影響，對(duì)管道質(zhì)量、外部環(huán)節(jié)控制要求較高。

2 液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)因素

2.1 運(yùn)輸過程風(fēng)險(xiǎn)

在罐車運(yùn)輸模式下，如果缺少精細(xì)化的物流管理模式以及良好的安全意識(shí)，在運(yùn)輸時(shí)容易出現(xiàn)交通事故，會(huì)給交通體系以及社會(huì)環(huán)境造成惡劣影響。一些現(xiàn)役使用的罐車在使用一段時(shí)間后沒有及時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢查，不符合安全運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)[2]。并且沒有增加充足的安全冗余設(shè)置，裝卸液接口密封不嚴(yán)、安全泄放裝置缺失或失效、未設(shè)置靜電接地裝置等，部分廠家會(huì)對(duì)車輛進(jìn)行改裝，也會(huì)影響車輛的安全性。液化天然氣本身溫度處于較低的狀態(tài)，如泄漏的LNG 不慎噴濺到人體，且操作人員未佩戴相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)用品，可能造成人員凍傷事故，如發(fā)生大量泄漏，在局部區(qū)域濃度過高，造成氧含量過低，可能導(dǎo)致人員窒息。

2.2 液化天然氣特性風(fēng)險(xiǎn)

液化天然氣屬于易燃易爆能源，主要原因在于其由甲烷所組成，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸。液化天然氣具有快速相變的特性，如果液體之間密度相差較大，在結(jié)束之后熱溫大于冷溫111 倍時(shí)，冷溫會(huì)處于快速上升的狀態(tài)，在表面會(huì)出現(xiàn)核溫度，熱溫會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)利用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)生成較多的氣體，導(dǎo)致水分快速蒸發(fā)。快速相變是液化天然氣在和水接觸時(shí)所形成的一種RPT 現(xiàn)象，當(dāng)其泄漏后和水接觸會(huì)出現(xiàn)對(duì)流傳熱現(xiàn)象，因此在一定面積內(nèi)水分蒸發(fā)的速度是處于不變狀態(tài)的，但是天然氣會(huì)因水流而出現(xiàn)泄漏量增加的問題，最后氣體蒸發(fā)量和泄漏生成氣體量相同，增加安全事故的發(fā)生概率，影響儲(chǔ)運(yùn)安全性[3]。

3 液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)安全管理策略

3.1 做好儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備設(shè)施管理

在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)儲(chǔ)罐十分重要，當(dāng)儲(chǔ)罐出現(xiàn)問題后增加泄漏事故發(fā)生概率，管道破損或者閥門泄漏等均是較為常見的安全隱患。液化天然氣同時(shí)具有蒸發(fā)的特性，且儲(chǔ)罐內(nèi)部可以容納的BOG 氣體量是有所限制的，隨著罐內(nèi)壓力不斷升高，如果BOG 不能及時(shí)排出，當(dāng)罐內(nèi)壓力超過儲(chǔ)罐極限壓力時(shí)，儲(chǔ)罐存在破裂風(fēng)險(xiǎn)。如果在附近同時(shí)存在明火會(huì)在液化天然氣泄漏后引發(fā)爆炸或者火災(zāi)，因此應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行有效的設(shè)備管理。

首先，在儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，觀察附近環(huán)境是否存在特殊的影響因素，搜集地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，綜合多樣數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，防止出現(xiàn)設(shè)備基礎(chǔ)不均勻下沉的現(xiàn)象。在液化天然氣存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，應(yīng)構(gòu)建動(dòng)態(tài)化下沉監(jiān)測(cè)機(jī)制，觀察其下沉量是否在一定范圍內(nèi)，如果超出所允許的標(biāo)準(zhǔn)需要立即進(jìn)行調(diào)整[4]。

其次，做好防凍防腐處理，避免外界自然因素給儲(chǔ)罐帶來影響，保證管道的完整性。例如，某企業(yè)選擇在儲(chǔ)罐內(nèi)部配備溫度計(jì)、密度計(jì)以及液位計(jì)等這一類監(jiān)測(cè)儀器，通過觀察儀器數(shù)據(jù)可以直接發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐所存在的異常問題，提高監(jiān)測(cè)效果，并定期維護(hù)來延長使用壽命。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可以通過報(bào)警設(shè)備及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行警示，降低安全事故的發(fā)生概率。

最后，挑選優(yōu)質(zhì)材料制作儲(chǔ)罐，要求其具有高強(qiáng)度和耐低溫的特性，可以適應(yīng)低溫環(huán)境。例如，某企業(yè)選擇強(qiáng)化儲(chǔ)罐材料的抗沖擊性、耐腐蝕性，抵御外部復(fù)雜環(huán)境給儲(chǔ)罐造成的影響，提升液化天然氣防護(hù)效果。液化天然氣屬于低溫介質(zhì)，需要和其進(jìn)行直接接觸的構(gòu)件均應(yīng)具有耐低溫的特性，同時(shí)也需要選擇具有隔熱性以及耐火性的保溫材料，良好的隔熱性可以避免出現(xiàn)物料損失過大的現(xiàn)象。

3.2 預(yù)防“翻滾”事故出現(xiàn)

“翻滾”事故是儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中常見的問題之一，引發(fā)因素較多，例如不同批次LNG 密度不同、長時(shí)間儲(chǔ)存且未注入或輸出LNG 液體、監(jiān)測(cè)儀表故障等，需要做好事故預(yù)防措施。

首先，對(duì)氣源組成比例進(jìn)行控制，防止其出現(xiàn)過多的波動(dòng)和變化，優(yōu)先挑選相同來源氣源，使天然氣原料組分呈現(xiàn)為一致的狀態(tài)。如果存在組分差異，需要重點(diǎn)對(duì)分層問題進(jìn)行控制，可以選擇在頂部以及底部位置設(shè)置充注管路，不僅能夠起到預(yù)防的效果，同時(shí)也可以消除已經(jīng)出現(xiàn)的分層問題。

其次，從密度角度出發(fā)優(yōu)化進(jìn)料方案設(shè)計(jì)，密度小時(shí)從儲(chǔ)罐下方輸入天然氣，相反則從上方輸入天然氣，確保在儲(chǔ)罐內(nèi)部可以讓天然氣均勻混合，防止出現(xiàn)翻滾問題。

最后，定期對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG 進(jìn)行打循環(huán)，防止因長時(shí)間儲(chǔ)存發(fā)生分層。例如，企業(yè)應(yīng)制定合適的應(yīng)急方案，在出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象后第一時(shí)間采取有效措施進(jìn)行處置，如打開緊急放空閥泄壓等，避免翻滾事故造成更為嚴(yán)重的影響。

3.3 設(shè)計(jì)針對(duì)性管理策略

液化天然氣的運(yùn)輸方式存在較大差異，不同運(yùn)輸形式的風(fēng)險(xiǎn)因素不同，應(yīng)根據(jù)具體的運(yùn)輸形式設(shè)計(jì)安全管理措施。

3.3.1 罐車運(yùn)輸

首先，在罐車運(yùn)輸時(shí)應(yīng)加強(qiáng)罐車質(zhì)量控制，為天然氣儲(chǔ)運(yùn)提供重要的基礎(chǔ)保障。相關(guān)人員應(yīng)改變以往內(nèi)外筒體薄、重量輕、承載質(zhì)量大的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，提升罐車的運(yùn)輸性能。在罐車結(jié)構(gòu)配置方面應(yīng)增加安全輔助設(shè)施，如在罐車運(yùn)輸過程中會(huì)出現(xiàn)靜電，應(yīng)設(shè)置接地裝置，起到消除靜電的作用。在罐車上安裝阻火器，如果放空口處著火可以避免出現(xiàn)火焰回火的問題，保證罐車的安全性，并且要求在罐車左側(cè)和右側(cè)分別安裝滅火設(shè)備，強(qiáng)化火災(zāi)應(yīng)急處理能力。在具體操作時(shí)應(yīng)加強(qiáng)內(nèi)部氧氣含量的控制，在注入液化天然氣前利用氮?dú)庵脫Q，在置換完畢后檢測(cè)氧氣含量，當(dāng)數(shù)值在2%以內(nèi)可以注入能源。

其次，落實(shí)防超壓技術(shù)要點(diǎn)，利用平壓、卸液兩種方式進(jìn)行處理。平壓可以控制儲(chǔ)罐壓力，增加槽車壓力，可以選擇將儲(chǔ)罐和槽車的頂部位置進(jìn)行連接并進(jìn)行平壓處理，或可以將儲(chǔ)罐頂部、槽車底部進(jìn)行連接并進(jìn)行平壓處理。后一種平壓操作方式效果更好，但操作難度大，也具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，頂部高壓氣體很有可能會(huì)對(duì)槽車底部液體造成一定的沖擊，加快液體蒸發(fā)速度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因旋渦而引發(fā)其他事故問題。卸液利用進(jìn)液的方式進(jìn)行儲(chǔ)罐壓力控制，上進(jìn)液是作為常用的處理方式，在儲(chǔ)罐頂部位置設(shè)置噴淋點(diǎn)，加快頂部氣體液化速度，提高降壓效果。

3.3.2 船舶運(yùn)輸

船舶運(yùn)輸發(fā)展速度較快，擁有完善的安全控制模式，運(yùn)輸安全性相對(duì)較高。在運(yùn)輸時(shí)應(yīng)對(duì)船體進(jìn)行安全控制，采用雙層殼體的結(jié)構(gòu)，在船舶的外殼體和儲(chǔ)槽間形成保護(hù)，能夠?qū)?nèi)部空間進(jìn)行保護(hù)，避免船舶撞擊而引發(fā)惡性事件。在制冷環(huán)節(jié)會(huì)應(yīng)用全冷式或半冷半壓式技術(shù)，需要根據(jù)運(yùn)輸船的規(guī)模選擇相應(yīng)的技術(shù)，大型船舶通常選擇前一種制冷技術(shù)，小型運(yùn)輸船則會(huì)選擇半冷半壓式制冷技術(shù)。在隔熱性能控制時(shí)，會(huì)利用真空粉末或者高分子有機(jī)發(fā)泡材料做好隔熱管理[5]。

真空粉末是投入成本最少的一種隔熱技術(shù)，操作方式簡單，真空多層成本投入則明顯高于真空粉末，但是相對(duì)而言，隔熱效果也更為優(yōu)越，所占據(jù)的空間較小，可以留出更多的空間裝載貨物。如果選擇填充粉末的方式進(jìn)行隔熱，雖然成本會(huì)有所下降，但是在船體不斷地運(yùn)動(dòng)過程中很有可能會(huì)出現(xiàn)粉末沉降問題。船舶運(yùn)輸通常可以對(duì)液化天然氣蒸發(fā)的一部分進(jìn)行再次液化處理，將30% 左右的蒸發(fā)天然氣作為再次液化的能源，將其余的蒸發(fā)氣體進(jìn)行回收，是一種同時(shí)兼具安全性和經(jīng)濟(jì)性的管理技術(shù)。

3.3.3 管道運(yùn)輸

在短距離運(yùn)輸過程中通常會(huì)選擇管道運(yùn)輸模式，相對(duì)于其他運(yùn)輸模式而言管道運(yùn)輸對(duì)運(yùn)行溫度有一定的要求，需要保持在低溫狀態(tài)，并且要求管道具有較好的密封性，能夠?qū)?nèi)部壓力進(jìn)行有效控制。管道運(yùn)輸需要將管道埋設(shè)在地下，會(huì)使管道運(yùn)輸受到各種地質(zhì)環(huán)境因素的影響，并且一旦出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害很有可能會(huì)給管道造成損害，因此需要加強(qiáng)施工管控做好實(shí)地調(diào)查。在管道工程建設(shè)中應(yīng)了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)分布特點(diǎn)和巖層分布規(guī)律，掌握地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間和頻率，為管道提供良好的運(yùn)輸環(huán)境。

在施工時(shí)也需要做好管道安全管控，對(duì)管道進(jìn)行密封性檢測(cè)，通過質(zhì)量驗(yàn)收的方式加強(qiáng)管道質(zhì)量控制效果，降低后續(xù)管道出現(xiàn)泄漏的概率。相關(guān)人員需要定期對(duì)管道的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握周圍環(huán)境出現(xiàn)的變化，強(qiáng)化場(chǎng)站設(shè)備安全管控，形成完善的安全管理模式。管道運(yùn)輸提高了對(duì)外部環(huán)境的要求，應(yīng)組建一支高素質(zhì)的維護(hù)隊(duì)伍，做到定期維護(hù)、專業(yè)維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道所存在的異常問題。

3.4 預(yù)防火災(zāi)

火災(zāi)預(yù)防對(duì)液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)有著重要的影響，需要重點(diǎn)分析在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)所存在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)與隱患，根據(jù)運(yùn)輸形式的不同選擇合適的預(yù)防策略。通常情況下車輛運(yùn)輸火災(zāi)隱患發(fā)生概率最高，在裝車環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)以及卸液環(huán)節(jié)均有可能會(huì)發(fā)生泄漏，需要形成全過程安全預(yù)防意識(shí)。在裝卸環(huán)節(jié)應(yīng)落實(shí)“五必查”要求，即：檢查運(yùn)輸企業(yè)運(yùn)輸車輛是否具有有效運(yùn)輸經(jīng)營證；檢查駕駛?cè)?、押運(yùn)人員是否具有有效資質(zhì)證件；檢查運(yùn)輸裝備是否在檢驗(yàn)合格有效期內(nèi)；檢查所充裝或者裝載的危險(xiǎn)貨物是否與危險(xiǎn)貨物運(yùn)單載明的事項(xiàng)相一致；檢查所充裝的危險(xiǎn)貨物是否在罐式車輛罐體的適裝介質(zhì)列表范圍內(nèi)。還應(yīng)根據(jù)GB/T 29639—2020《生產(chǎn)經(jīng)營單位安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》要求及實(shí)際情況編制應(yīng)急預(yù)案，并定期進(jìn)行演練。

4 結(jié)語

液化天然氣是一種清潔能源，無毒害性、腐蝕性，和氣態(tài)天然氣相比體積小，通過對(duì)天然氣進(jìn)行凈化和低溫液化處理后不會(huì)在使用過程中產(chǎn)生過多的污染，并且熱量大，性價(jià)比高。液化天然氣在工業(yè)原料、日常生活、天然氣調(diào)峰、汽車燃料等多個(gè)方面有著廣泛應(yīng)用，因此，液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，需要選擇合適的管理策略，需要加強(qiáng)設(shè)備設(shè)施以及運(yùn)輸形式管理，重點(diǎn)預(yù)防“翻滾”事故以及泄漏的發(fā)生，從儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的多個(gè)角度出發(fā)制定安全管理策略，強(qiáng)化安全管理效果。