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'第60卷增刊化工学报Vol.60Suppl.2009年12月CIESCJournalDecember2009檭殐檭檭檭檭檭檭殐檭檭综述与专论檭液化天然气场站安全技术标准规范及发展动态檭殐檭檭檭檭檭檭殐檭皇甫立霞,郭开华(中山大学工学院,广东广州510275)摘要:通过分析液化天然气(LNG)场站危险性和安全问题,结合近几年跟踪国内外与LNG场站设置密切相关的安全技术标准规范和更新情况,根据NFPA59A的最新修订版的更新内容,分析全球LNG安全性标准的发展态势,对完善我国LNG标准体系和相关标准的制修订,推动我国LNG产业健康安全有序地发展,与国际LNG接轨有着重要的意义。关键词:液化天然气;场站;安全技术;标准;规范中图分类号:TE0文献标识码:A文章编号:04381157(2009)S101105犆狌狉狉犲狀狋犻狊狊狌犲狊犪狀犱犱犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋犳狅狉犔犖犌狆犾犪狀狋狊犪犳犲狋狔狊狋犪狀犱犪狉犱狊犎犝犃犖犌犘犝犔犻狓犻犪,犌犝犗犓犪犻犺狌犪(犛犮犺狅狅犾狅犳犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵,犛狌狀犢犪狋犛犲狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犌狌犪狀犵狕犺狅狌510275,犌狌犪狀犵犱狅狀犵,犆犺犻狀犪)犃犫狊狋狉犪犮狋:TheLNGhazardsandthesafetyissuesonLNGplantsarediscussed.ThetrendsonthedevelopmentandupgradeoftheLNGsafetystandardsandcodesarereviewedaccordingtothelateststudyontheworldwideLNGstandardsandcodeandfollowinguptherecentrevisionactivityonNFPA59A.ThesafetyissuesareessentialfortheLNGindustrydevelopmentandthisstudywillprovideapracticalandeffectiveguidancefortheimprovementandupgradeoftheChinanationalLNGstandardsystem,andisbenefittothehealthyandorderlydevelopmentofthenationalLNGindustryaswellasitscoordinationwiththeinternationalLNGsociety.犓犲狔狑狅狉犱狊:LNG;plant;safety;standard;code准要求。我国LNG产业发展起步较晚,LNG标准引言化建设工作处于发展阶段,虽然已制定了一些相关[35]自1964年全球首次出现LNG贸易以来,为的LNG标准与规范,但尚难以满足LNG产业保证LNG产业健康、安全、稳定发展,适应其产发展和业务开拓的需要,尤其是涉及LNG安全技业发展和市场需求,各国都十分重视LNG标准化术方面的要求,现有的标准或规范存在着矛盾和差的建设工作,围绕LNG产品性质、安全消防、材异。目前,我国国家和行业颁布的LNG相关标准料、设备设施以及计量等方面制定了相应的技术标均是在借鉴国际和国外相关标准的基础上制修订[12]的,因此跟踪、分析和研究这些标准的制修订程序准和法律法规。中国作为进口LNG的国家,在LNG的开发和利用过程中,应注意LNG产业链各和更新动态极为重要。个环节中(LNG工厂、LNG接收终端、LNG运LNG作为液态深冷轻烃,在大气中具有快速输方面)均有配套的国际运作规范和相应的技术标蒸发、扩散和可燃[5%(LFL)~15%(HFL)]2009-12-21收到初稿,2009-12-28收到修改稿。犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲:2009-12-21.联系人及第一作者:皇甫立霞(1960—),女,副教授。犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉:HUANGPULixia,huangpulixia99基金项目:中山大学BP液化天然气中心项目(991039390001);@126.com广东省教育厅液化天然气低温技术重点实验室项目(390003211101)。
·12·化工学报第60卷特性,LNG场站在选址、设计、建造和运行管理回烧,当前端浓度大于15%时,有可能短时烧向等方面均有相应的安全技术标准和规范,LNG安下游,阻挡物可使火焰回卷。当“大量”高浓度全风险评估和规避应遵循这些安全技术标准。近几蒸气云团被点燃时可能形成“火球”,但维持时年,随着LNG工程技术的不断进步,各国对LNG间很短(几秒钟),一般不会有加速爆炸燃烧,生产和储运过程的安全技术标准的更新越来越重因为形成的压力波强度较小(mbar级)。燃烧速视,都在及时地修订更新各自的相关标准。美国消率与泄漏量和大气条件等因素有关,火焰内部热防协会(NFPA)是一个国际性的非盈利组织,作通量为150~340kW·m-2,火焰表面辐射强度为消防业的先导,其制定的标准(如LNG产业的为220~280kW·m-2。通常通过热辐射强度来NFPA59A)在国际上得到了广泛采用,具有较高计算确定LNG火灾的危害范围(安全距离)。的权威性,随着LNG产业发展和技术的进步,为12犔犖犌场站主要安全设施使NFPA59A标准更加完善和实用,美国消防协会在LNG场站中,储罐是用来集中存储大量技术委员会已完成了NFPA59A—2006的修订,于LNG的设施,目前国内外均认为LNG储罐或储罐2009年发布新版。目前我国颁布的GB/T20368—区是最大的危险源和安全防护区。LNG场站使用[6]2006是等同采用NFPA59A—2001版本,与目前的储罐为全容罐或双容罐,其安全性较高,对小型的NFPA59A—2009相差两个版本。本文通过分析金属罐或单容罐则应在储罐(区)设置围堰,即LNG场站危险性和安全问题,结合近几年跟踪国LNG拦蓄区,以防止溢出或泄漏的LNG外流而可内外与LNG场站设置密切相关的安全技术标准规能引发的大面积火灾和爆炸等恶性事故。由于低温范和更新情况,根据NFPA59A-2009的最新修LNG会使金属部件出现明显的收缩,可能导致订版更新内容,分析全球LNG安全性标准的发展LNG在阀门、法兰、管件、密封及裂缝等处发生态势,对完善我国LNG标准体系和相关标准的制泄漏,因此需要有相应的LNG引流和储液池设修订,推动我国LNG产业健康、安全、有序地发置,以防止低温LNG的外延和密度大于空气的展,与国际LNG接轨有着重要的意义。LNG蒸气大量扩散。由于LNG储罐、管路、管件、阀门等泄漏可1LNG场站需要考量的安全因素引起低温蒸气扩散和火灾事故,危害他人生命和设由于气源组分和生产工艺不同,不同LNG工备安全,因此对其要高度重视,应对各种事故进行厂生产的LNG具有不同的组分,但LNG主要成危险性分析、对工艺装置要采取安全设计和防护措分是甲烷,另外含有少量的乙烷、丙烷、氮气等。施,使之符合LNG场站建设和运行的安全性标准11犔犖犌危险性和规范要求。目前国际LNG项目和装备对其设LNG作为液态深冷轻烃(-162℃)的特殊计、施工、运行和管理均有较严格的规定,使商品,其危险性主要来自储运过程中的沸腾与翻LNG产业在几十年的发展历史中,一直保持着比滚、泄漏引起的低温冻伤、麻醉、窒息以及可能汽油和LPG更为良好的安全记录。引起的火灾。在LNG生产、储存、装运和接收2LNG场站设施安全标准规范的过程中,由于运行操作不当、设备故障及自然或人为因素等,有可能导致LNG储罐、管路和在LNG场站选址、设计、建造和运行管理中连接部件处发生LNG的泄漏。LNG泄漏流至地遵循相关的安全性标准是规避LNG安全风险的关面或水面蔓延时,由于大量吸收环境热量,会剧键点之一。国内外标准对于LNG场站设置的安全烈沸腾和蒸发,蒸发气体沿地面形成一个扩散流性要求主要涉及如下几方面:①LNG溢出或泄漏层,与大气混合至下游。蒸发气从环境中吸收热的防护性要求,要对LNG拦蓄区、引流及储液池量逐渐扩散的同时还将周围环境空气冷却至露点等的设置和技术要求进行规范;②设定安全距离的以下,形成可见的蒸气云团移动。在讨论蒸气云要求,主要包括储罐间的距离、储罐区内相邻设施团扩散危害问题时,通常采用一定的计算模型来和工作场所间的距离,场内LNG设施与站外相邻确定蒸气云扩散范围(安全距离)。若蒸气云前的生活、工作和各种活动场所的距离要求;③消防端被点燃,火焰将快速向泄漏源(浓度高)方向安全和防火设施的要求,如高密度泡沫发生器、消
增刊皇甫立霞等:液化天然气场站安全技术标准规范及发展动态·13·防栓和水幕设备以及干粉灭火器等设置要求。会征集各方专家、学者对前一版的修订建议。这些21犔犖犌场站设置安全标准规范建议经美国消防协会液化天然气技术委员会(以下LNG场站在选址、设置、设计和安全评估时,简称“委员会”)审议和汇总形成一份修订建议报常采用的国内外主要标准有:美国防火协会标准,告ROP(ReportonProposals),并将其公开发布,NFPA59A《LNG生产、储存和装运》;欧洲标供公众评论和注释;然后委员会将公众对ROP的准,EN1473《LNG设备与安装:陆上装置设评论和注释进行汇总,形成一份修订建议报告计》;日本标准与规范,高压天然气保安法《液化ROC(ReportonComments),与技术委员会委员气体设备规定(Note1)》;中国标准与规范,一起对ROP和ROC进行审议,将形成的“审定GB50183《石油天然气工程设计防火规范(第10的修订案”文件在委员会年度报告会议上进行逐项章LNG站场)》;GB50028《城镇燃气设计规范表决,表决结果将以报告的形式提交给美国消防协(第9章LNG供应)》;GB/T20368《LNG生产储会标准理事会。存和装运》(等同采用NFPA59A—2001)。2007年8月,美国消防协会已将征集的相关22欧洲、美国、日本和中国相关标准对比专家学者的修改建议形成了NFPA59AA2008[7]近年来,人们对安全距离的确定最为关注,各ROP建议报告并对外公示。2008年4月又将公标准对LNG场站的安全距离确定原则也不尽相众对ROP的评论和注释进行汇总形成了一份修订[8]同。如美国标准(NFPA59A)对安全距离的确定评议报告ROC。这两份报告体现了美国消防协是依据最大可能危险的影响范围作为确定安全距离会技术委员会委员们对该标准中最新修订意见的讨的依据,即只针对储罐或LNG拦蓄区的最大火焰论和评价,其中对《厂址和平面布局》一章的安全(池火)热辐射危害性和LNG泄漏蒸发形成蒸气性条款的评价和讨论最为激烈,有关专家也对安全云扩散两类危险。欧洲标准(EN1473)是依据危距离确定的方法和技术规范提出质疑并进行深入的险性评估(hazardassessment)来评价LNG站址讨论,提出修订意见,由于经过充分的科学评估,布局设计是否可以接受,而不是仅仅核定所谓“安使得该标准的修订内容更具有科学性和实用性,使全距离”,该标准要求危险性评估要贯穿场站选址、得该标准的采用者能够更加适应当前国际LNG产设计、工程采购和施工以及运行等全过程,EN业发展和公众对LNG项目设立的关注和风险知情1473对LNG陆上装置设计的危险性评估有具体的权的要求,也使得美国标准NFPA59A与国际上规定原则。日本标准高压天然气保安法(The同行的欧洲标准EN1473更趋一致。这说明国际HighPressureGasSafetyLaw)基于液化气体设上典型的自我约束性标准也在向LNG场站危险性备规定(Note1),对储罐的安全距离也进行了规评估模式转变。定,但计算公式是以爆破冲击波的强度为科学依32犖犉犘犃59犃—2009主要修订内容据,即以储罐爆破冲击危害的影响范围作为安全距NFPA59A—2009修改的内容主要在以下几离核定的依据,这种定标思路应当是从LPG安全个方面。规范延伸而来。中国标准GB50183和GB500283.2.1关于储罐拦蓄区最小容积的规定对储罐对于小型储罐的安全距离都是由LPG规范延伸而拦蓄区最小容积规定修改的内容与原来标准的规定来,而对于大型LNG储罐的相关安全距离尚缺乏内容比对见表1。科学合理的确定方法。3.2.2关于LNG热辐射计算模型对原标准的热辐射距离计算的简单模型(即点源模型)已被3NFPA59A标准最新发展动态删除。其原因有二:一是点源模型没有考虑风速31犖犉犘犃59犃修订程序和大气相对湿度的变化;二是如果考虑火灾时烟随着LNG产业发展和技术的进步,为使雾的影响,用点源模型计算出来的热辐射距离在NFPA59A标准更加完善和实用,美国消防协会火灾直径较小和较大时均有明显的误差。在[9]从2007年开始对NFPA59A—2006进行修订征求USDOT(美国运输部)的一份报告中指出,如意见工作,于2008年底结束,2009年发布新版。果考虑火灾时烟雾的影响,计算出来的距离值差按照惯例美国消防协会在推出标准最新版本之前,别见表2。
·14·化工学报第60卷表1拦蓄区最小容积规定的比对犜犪犫犾犲1犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳犿犻狀犻犿狌犿狏狅犾狌犿犲犳狅狉犻犿狆狅狌狀犱犻狀犵犪狉犲犪标准内容NFPA59A—2006LNG储罐拦蓄区最小容积犞,按下列规定确定:(1)单个储罐的拦蓄区,犞等于储罐的容积;(2)多个储罐的拦蓄区,犞等于所有储罐的总容积或者最大储罐容积的110%;(3)若防护堤设计用来考虑灾难性失效,犞等于100%NFPA59A—2009单个LNG储罐拦蓄区最小容积犞,按下列规定确定:(1)犞等于储罐容积的110%;(2)若拦蓄区设计用来考虑承受因主容器灾难性失效引起的动态浪涌,犞等于最大储罐容积的100%;(3)若拦蓄区的高度等于或高于储罐液位,犞等于100%。多个LNG储罐拦蓄区最小容积犞,按下列规定确定:(1)犞等于所有储罐的总容积;(2)对因低温或因拦蓄区内一储罐泄漏着火而引起拦蓄区内其他储罐泄漏,在采取了防止措施条件下,犞等于拦蓄区内最大储罐容积的110%表2点源模型和固体火源模型热辐射距离计算的比对犜犪犫犾犲2犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳犳犻狉犲狉犪犱犻犪狋犻狅狀犱犻狊狋犪狀犮犲犫犲狋狑犲犲狀狆狅犻狀狋狊狅狌狉犮犲犪狀犱狊狅犾犻犱犳犾犪犿犲犿狅犱犲犾狊火灾中心到辐射通量5kW·m-2地方的距离点源模型-PoMISE模型火灾直径/m/%NFPA59A点源模型固体火焰PoMISE模型PoMISE模型2063.2103.1-38.73094.8147.7-35.850157.9212.9-25.8100315.9339.8-7.0200631.7570.310.8300947.6785.220.7由表2可知,当火灾直径(犇)较小时,点源标准还不足以确定储罐间的最小距离,有可能导致模型计算出来的热辐射距离明显偏小,低估了热辐确定的单容罐间距过小,而双容罐和全容罐间距过射距离而使危险性提高;当火灾直径较大时,点源大。因为当火灾发生时,在物体温度计算或结构失模型计算出来的热辐射距离又明显偏大,高估了热效判断中还应考虑材料的热学性质(密度、特殊热辐射距离而使征地费用增加。量、传热率、反射率)、几何特征和表面冷却等3.2.3关于LNG泄漏扩散计算模型NFPA情况。59A—2009不再规定使用原标准的DEGADIS扩散3.2.5关于增加危险性评估内容NFPA59A—计算模型,对替代模型只做了以下规定:①依据由2009增加了危险性评估内容作为附录E,其主要[4]NFPA研究基金会2007年发布的模型评估协议内容与EN1473的要求类似,即危险性评估要求《LNG蒸气扩散安全分析模型》,通过独立机构评贯穿于场站选址、设计、工程采购和施工以及运行估;②被主管部门所认可。凡满足以上两个条件之等全过程,并遵照HAZOP(危险可操作性)等较一的模型,均可以作为LNG泄漏扩散计算的替代通行的风险性评估程序,来判断LNG场站设置、模型。设计、施工和运行过程中可能出现的危险性程度,3.2.4关于LNG或易燃制冷剂储罐与暴露建筑并对各种危险的可接受性进行评价。具体实现过程物最小间距确定方法对容量小于或等于70000如下。首先,对危险源和事故类型情景进行分析,3)LNG或易燃制冷剂储罐与暴露建筑确定事故或危险的年发生率,进而得出危险等级。gal(265m物最小间距规定仍适用于原来标准的规定,而对容在确定事故危害时,不仅要采用经科学论证、经验量大于70000gal(265m3)LNG储罐与相邻储罐证实以及被认可的方法或模型(如DEGADIS气体最小间距的规定则进行了修订。因为原规定没有充扩散模型和LNGFIREⅢ热辐射模型),还要正确分考虑邻近储罐发生火灾时对单容罐的安全问题,采用相关标准给出的确定危害范围的限定数据(如有可能导致单容罐最小间距偏小。另外仅用热通量辐射强度和着火浓度,定量分析事故或危险的后
增刊皇甫立霞等:液化天然气场站安全技术标准规范及发展动态·15·果)。最后,根据以上分析结果,对LNG场站的展水平,减小在标准化建设方面与国际发达国家的总体危险性进行评估,并用风险可接受矩阵来判断差距。安全上是否可接受。犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊4结束语[1]NFPA59A—2009[2]EN1473—2007目前我国正在准备对GB/T20368—2006版本[3]GB50183—2004进行修订工作。跟踪NFPA59A标准更新的最新[4]GB50028—2006动态,分析和研究NFPA59A修改的最新报告[5]GB/T20368—2006[6]NFPA59A—2001(ROP),可以了解美国LNG相关标准的发展动向[7]CommitteeonLiquefiedNaturalGas(NFPA59A).2008和技术要点,为GB/T20368的修订提供借鉴和帮AnnualRevisionCycleReportonproposals(ROP),National助,使我国LNG标准的修订能与国际标准发展同FireProtectionAssociation(NFPA),2007[8]CommitteeonLiquefiedNaturalGas(NFPA59A).2008步,以保证我国LNG产业的健康、稳步发展。AnnualRevisionCycleReportonComments(ROC),在关注美国NFPA59A标准发展的最新动态NationalFireProtectionAssociation(NFPA),2008同时,还应关注其他国家的LNG标准。例如,欧[9]PhaniKRaj.SpectrumofFiresinanLNGFacilityAssessments,洲的EN1473,日本的高压天然气保护法等标准。ModelsandConsiderationinRiskEvaluations.SubmittedtoPipeline&HazardousMaterialsSafetyAdministration.US对各国LNG标准的研究,有助于把握国际LNGDepartmentofTransportation,2006.行业发展的最新动态,不断提升我国LNG产业发'
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