【论文精选】LNG事故案例及安全防范措施
作者：梅永春，吴洪松
第一作者单位：佛山市天然气高压管网有限公司
摘自《煤气与热力》2016年10月刊
近年来天然气市场和产业发展迅速，作为清洁能源的LNG也被广泛应用，我国已建成投产大型LNG码头接收站逾10座，许多城市也陆续建设了LNG应急调峰站。LNG很好地解决了城市天然气气源问题，但其在储存、运输中存在一定的危险性，本文结合LNG低温、火灾爆炸等危险特性及分层翻滚、快速相变现象，并结合LNG工程中的典型事故案例，对安全防范措施进行探讨。
1 LNG危险特性
LNG的固有性质决定了其具有低温、分层翻滚、快速相变、火灾爆炸等危害特性，其中低温、火灾爆炸的特性认知比较普遍，分层翻滚、快速相变的破坏性更强，危害性更大，需要特别关注。
①分层翻滚
分层翻滚是指两层不同密度的LNG在储罐内分层后，随着外部热量的导入，底层LNG温度升高，密度变小，顶层LNG由于BOG的挥发而密度变大。经过传质，下部LNG上升到上部，压力减小，积蓄的能量迅速释放，产生大量的BOG，即产生翻滚现象。罐内LNG的气化量可达到平时自然蒸发量的100多倍，这将导致储罐内的气压迅速上升并超过设定的安全压力，使储罐超压产生危险。当LNG蒸发时，氮气和甲烷首先气化，剩余的液体中相对分子质量较大的烃类组分比例增加。一般情况下，蒸发气包括体积分数约20%的氮气、体积分数约80%的甲烷和微量的乙烷，其含氮量是LNG中含氮量的20倍。
②快速相变
快速相变即当温度不同的两种液体在一定条件下接触时，可产生爆炸力，也称冷爆炸。当LNG与水接触时，LNG会迅速气化，体积瞬时扩大600倍，即产生快速相变。尽管不发生燃烧，但是这种现象具有爆炸的特征，危害可能很严重。
2 LNG事故典型案例和安全防范措施
伴随着LNG市场的应用和发展，国内外曾经发生过多起重大事故。针对LNG泄漏火灾爆炸、分层翻滚和快速相变等事故类型，笔者列举LNG事故典型案例，分析事故原因，并提出安全防范措施。
2.1 LNG储罐泄漏发生火灾爆炸事故
2.1.1 事故一
①事故情况
1944年10月20日14:30，美国克利夫兰LNG调峰站4号1×104 m3 LNG低温常压储罐仅仅运行几个月就突然破裂，溢出4 542 m3 LNG。20 min后3号球罐发生坍塌，LNG流进街道和下水道，在下水道气化引起爆炸，部分天然气渗透到附近住宅地下室，被热水器点火器引爆，炸毁房屋并起火，火海覆盖了近14个街区。约2×104 m2范围内的建筑被摧毁，死亡131人，225人受伤，毁坏轿车200多辆，损失巨大。
②发生原因
储罐内罐用不锈钢Ni质量分数为3.5%，耐低温性能差，遇低温易脆裂；储罐在交接检验时已发现罐底产生了一道裂缝，但没有去调查裂缝的成因，只是对该罐进行了简单修补后即投入运行。储罐区外无拦蓄区，出现LNG任意流淌并最终引起爆炸。
2.1.2 事故二
①事故情况
2011年2月8日19:07，江苏徐州二环西路北道、沈场立交桥西南侧LNG加气站储罐底部出现泄漏，遇居民燃放烟花引发大火，火焰高逾20 m，徐州消防支队先后出动15辆消防车、80余名官兵赶往现场处置火情。直到2月9日16:30左右，储罐内LNG全部烧尽，火势最终被消防队员成功扑灭，排除了隐患。
②发生原因
LNG储罐区域可燃气体报警装置安装位置不当，或者是可燃气体报警装置灵敏度不够，在发生LNG泄漏的情况下，没有及时报警；进出LNG储罐的液相管上无紧急切断阀，因此不具备自动切断功能；LNG储罐进出管路中有多个法兰连接件，是LNG最易泄漏的部位。
2.1.3 LNG储罐泄漏的安全防范措施
①在LNG储罐区设有不燃烧实体防液堤，防液堤内设置集液池，防止储罐泄漏时LNG任意外流。
②LNG储罐进出液管必须设有紧急切断阀，与储罐液位控制联锁，并应有远程控制操作和紧急停机功能。
③LNG管道法兰密封面，应采用耐低温的金属缠绕垫片，不宜选用聚四氟乙烯垫片，以免长期冷热交替垫片收缩变形造成泄漏事故。
④建立并实施班组日常安全巡查制度，配置低浓度泄漏检测仪定期进行查漏，及时发现和处理天然气泄漏。
⑤定期检测和维护可燃气体报警装置、低温报警装置、超限报警联锁系统、超压自动排放系统以及消防冷却和泡沫灭火系统等安全设施，使其处于完好状态下运行。
⑥加强员工的LNG基本知识和安全技能培训，并严格考核，使其熟悉LNG的危险特性以及岗位安全管理规章制度和操作规程，掌握本岗位所需的安全操作技能和应急处置措施。
⑦制定切实可行的事故应急预案，定期开展事故应急预案演练。与周边相关方建立应急联动机制。发生事故时，及时通报发布事故警报，迅速组织人员疏散和开展应急处置，降低事故影响。
⑧当LNG泄漏后，应利用导液槽将LNG收集到集液池中，用高倍数泡沫将其覆盖，控制LNG的气化速率。
⑨当LNG泄漏起火后，应首先疏散周围居民和车辆，然后开始灭火和采取防爆处置。要用干粉或隋性气体隔离灭火，并用固定式喷淋装置或水枪、水炮对储罐及其他需要保护的设施进行喷淋降温。
2.2 LNG储罐分层翻滚事故
2.2.1 事故一［1］
①事故情况
英国BG公司Pantington LNG调峰站设有2套天然气液化装置，4座5×104 m3的LNG储罐，1993年10月储罐充装前有存液17 266 t。在第1阶段充装新液的过程中，液化装置的原料气和生产工艺基本上没有变化，因此生产出的LNG与储罐内的LNG比较一致，密度差为3 kg/m3，新液加入量为1 533 t。由于北海新的气田投产，原来向调峰站供气的气田关闭。北海新气田的天然气含氮量少，致使生产的LNG密度减小，又由于新原料气中的二氧化碳和重烃含量较高，液化生产工艺中新增的脱碳装置和重烃提取塔同时投产，使生产出的LNG中的乙烷体积分数只有2%，生产出的LNG密度仅为433 kg/m3，与存液的密度差高达13 kg/m3，LNG加液量为1 900 t。充装完毕后的最初58 d内，只蒸发掉160 t LNG，而不是预计的350 t。充装完毕后的第68天，突然发生翻滚，储罐压力迅速上升，安全放散阀和紧急放散阀全部打开，整个过程持续2 h。由于翻滚排入大气的天然气约为150 t，排放的平均质量流量为75 t/h。因储罐排放天然气的总能力为123.4 t/h，可以满足75 t/h的排放，储罐本身没有受到损坏。储罐正常BOG的排放量为0.25 t/h，因此翻滚的排放量为正常排放量的300倍。
②事故原因
新充装的LNG密度比存液小13 kg/m3，形成了分层；上进液使重量轻的LNG积聚在上层而盖满了表层，阻碍了下层LNG的蒸发。Pantington站是LNG调峰站，充装后在长达68 d的储存时间内，使两层的密度趋于一致有了足够的时间，为翻滚创造了条件。
2.2.2 事故二［1］
①事故情况
1971年8月，意大利拉斯佩齐亚市的某LNG接收终端站，S-1储罐充装完毕18 h后发生翻滚事故。突然产生的大量LNG蒸发气使储罐内压力迅速上升。在压力达到57.3 kPa时，8个安全放散阀打开。此时压力仍然继续上升，最高压力达94.7 kPa，然后压力开始下降，压力降至42.1 kPa时安全放散阀关闭。蒸发气通过通常的放散途径继续高速排放，直至储罐内压力下降至24.5 kPa时恢复正常。整个过程历时2 h。事故导致排放损失LNG 181.44 t。
②事故原因
充装的新LNG密度比存液密度大，密度差为3.8 kg/m3，形成分层。充装的新LNG的温度比存液温度高，温差约为4 ℃，带入了较多热量，促进层间混合。充装量比存液量大得多，且充装时间短，仅为18 h，在翻滚发生前4 h，由于控制阀的故障使储罐内压力下降，上层的蒸发量增大，使上层LNG的密度增大，加快了上下两层的混合。
2.2.3 储罐分层翻滚的安全防范措施
储罐分层翻滚的破坏性非常强，一旦发生，其事故后果将难以控制，在运行安全管理中必须严格防范并从源头上消除其发生的条件。
a.选择的LNG供应商应相对稳定，防止由于组成差异而产生分层。
b.检测控制进站的LNG中氮的体积分数在1%以下，并保证安全放散阀在翻滚时能全部打开，防止储罐超压破坏。
c.不允许密度差和温度差过大的LNG存入同一个储罐中，充装液和罐内液密度差不宜超过10 kg/m3。
d.若确实不具备条件进行分罐储存，应正确选择上、下进液方式，以应对不同密度的LNG进入同一储罐。密度小的LNG充装到存液密度大的LNG储罐中时，应该采用底部进液；密度大的LNG充装到存液密度小的LNG储罐中时，应该采用顶部进液。
e.对LNG储罐的压力、液位和日蒸发率进行密切监控。对于安装有密度、温度监测设备的LNG储罐，应严密监测储罐内垂直方向的密度和温度。当分层液体之间的温差大于0.2 ℃、密度差大于0.5 kg/m3时，可采用内部搅拌、倒罐或输出部分液体的方法来消除分层。未安装密度监测设备的储罐不宜长时间储存LNG，储存期超过一个月时应进行倒罐处理。
2.3 LNG快速相变事故
2.3.1 事故情况［2］
①1973年5月，英国坎维依一艘LNG运输船进行卸液作业时，卸液管道爆破片破裂，LNG泄漏，流经有雨水的码头，发生爆炸，损坏了邻近建筑物的窗户。
②1977年3月，阿尔及利亚阿尔泽天然气液化厂，由于阀门破裂，在10 h内泄漏了大量LNG，LNG流入海中，产生若干次快速相变，冲击波损坏了海边建筑物的门窗。
③1995年10月，法国Montoir LNG接收站，开架式海水气化器顶部高压阀的盘根盒处出现了泄漏，海水在气化器管束的外侧由上而下流动，泄漏的高压LNG流进海水收集池中与海水接触，产生快速相变，造成环绕着气化器的波纹状塑胶结构破坏。
2.3.2 快速相变事故的安全防范措施
在一定条件下，当LNG与水接触时会迅速气化，产生快速相变现象。防范快速相变事故的发生，首先考虑的是采取有效的技术手段和运行安全管理措施预防LNG泄漏。预防泄漏的安全防范措施前文已阐述，在此仅补充两条快速相变事故的防范措施。
①在LNG储罐区防护堤内应设置集液池，并配备潜水泵以抽排集液池内积水。在实际应用中潜水泵宜实现与水位联动功能，以及时实现集液池内无积水。
②当LNG泄漏后，应利用导液槽将LNG收集到集液池中，用高倍数泡沫将其覆盖，控制LNG的气化速率，不可用水进行稀释，避免产生快速相变现象。
3 结语
随着LNG的不断推广应用，LNG厂站的安全管理成为一个重要课题。从规划设计、厂区布置、设备设施和运行管理方面，都必须重点关注、严格把关，以确保LNG厂站的安全运行，进而实现LNG产业的安全发展。
参考文献：
［1］陈福明. 意大利和英国LNG贮槽滚翻事故的启示［J］. 上海煤气，2003（6）：14-17.
［2］王泓. 快速相变——在LNG储运中应注意的问题［J］. 上海煤气，2006（4）：20-22.