液化天然气（LNG）储罐风险分析及事故处置对策
发布时间：2020-12-25
摘要：天然气已在全世界广泛推广使用，使用中可能发生泄漏、窒息、低温、受热蒸发、火灾与爆炸事故，极易造成人员伤亡。为有效防范事故发生和处置事故，作者对液化天然气(LNG)储罐安全风险进行分析，提出科学、专业、系统的处置对策，为消防工作的开展提供了运筹帷幄的基础，为在LNG储罐事故中灵活运用战术，科学处置奠定了可靠的知识基础。
关键词：LNG储罐 风险分析 对策
风险分析
1.1泄漏。LNG储罐根据发生泄漏的位置可分为三种类型：管道泄漏、罐体泄漏和附件泄漏。LNG具有超低温的深冷特性，在低温条件下，储罐金属部件因为与环境温度差较大，出现明显的收缩现象，储罐各附件的连接部位，尤其是焊缝、阀门、法兰管件、密封处以及管路的连接处，都是容易发生泄露的地方。而受外力破坏，管道、罐体也容易发生泄漏。LNG储罐发生泄漏分析如图1所示：
1.2窒息。LNG蒸气虽然无毒无味，但其与空气混合扩散后，空气中氧气浓度降低。当空气中氧含量非常低时，容易导致人员窒息。若环境中甲烷含量高于9%(体积分数)，人的眼部、前额会出现明显的压迫感。当甲烷含量超过40%时，将会出现缺氧性窒息。通常情况下，窒息过程的四个阶段如图2所示：
1.3低温。LNG蒸发汽化潜热非常高，为509.33kJ/㎏。泄漏的LNG液体与周围环境的温差极大，可迅速从周围环境中吸收大量热量，对周围造成低温破坏，周围环境温度急剧下降。泄漏现场，LNG液体、低温管线及设备等出现低温表面，人与现场的设备都需要有效防护。没有充分保护措施的人员，会有低温麻醉的危险，出现体温下降，会造成严重冻伤，智力活动和生理功能下降，心脏功能可能会衰竭，体温持续下降导致死亡。没有充分保护措施的构件、设备，会造成低温冷脆型破坏，发生脆性断裂。
1.4受热蒸发。在LNG储罐正常运行过程中，仍然从周围环境中不断获得热量，使储罐内的液体处于沸腾状态，产生了蒸发气体。储罐内液体表面的蒸发速率与获得的热量有关，蒸发的速率可以通过下式计算
式中 m——液体蒸发的速率，㎏/(㎡·s);
λS——表面热导率，W/(m·K),
Hv——汽化热，J/㎏;
as——热扩散率，㎡/s;
τ——蒸发时间，s;
Ta——环境温度，K;
Tb——液体温度，K。
天然气储罐表面热导率和热扩散率如图3所示：
即使是采用绝热材料的LNG全容罐，也不能阻止外部环境通过罐体把热量传递给罐内的LNG。当外界的热量通过罐壁传递给罐内液体，储罐中处于沸腾状态的液体会迅速蒸发汽化，导致储罐内部温度与压力急剧上升，进一步造成泄漏、火灾、爆炸事故。
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1.5火灾与爆炸。
1.5.1冷爆炸。当LNG泄漏后与水接触，因为泄漏液体密度比水小，会上浮并蒸发。如果大量LNG与水接触，就会引起急速相变，从而产生冷爆炸。为预防冷爆炸，在处理储罐泄漏时，必须避免直接向泄漏的LNG打水。
1.5.2蒸气云爆炸。泄漏的LNG液体流淌到地势低洼的地方聚集，聚集的液体从周围环境吸收热量后，迅速汽化成天然气蒸气，不断与空气融合，形成易燃易爆的蒸气云团。如果遇到点火源或者热源，就会发生冲击波强烈的蒸气云爆炸。
1.5.3池火火灾。泄漏的LNG液体流淌到地势低洼的地方聚集形成液池。蒸气云爆炸、点火源或热源，可能会引燃地面上的LNG，在液池表面自然燃烧形成燃烧的池火，并随着泄漏液体的流淌向扩散地带迅速蔓延。
1.5.4沸腾液体膨胀蒸气爆炸。当外部火焰长时间烘烤LNG储罐，储罐自身的机械强度下降，同时储罐内部液体汽化速度加剧，压力迅速升高。当储罐罐壁的强度下降到屈服极限，突然泄压，罐内液体迅速汽化，快速演变为蒸气爆炸。因此，需要采取预防措施，如启动储罐的冷却设施或部署力量冷却邻近储罐等，进而降低辐射热，防止出现沸腾液体膨胀蒸气爆炸。
2事故原因分析
统计的LNG储罐事故案例中，大部分事故原因与LNG储罐泄漏有关，小部分事故由点火源引燃，因此，有必要针对储罐泄漏原因和储罐区存在的点火源进行分析。
2.1导致LNG储罐泄漏的原因
LNG储罐的泄漏是导致火灾爆炸等一系列后果的原因，对导致LNG储罐泄漏的原因进行科学分析，有利于掌握LNG储罐泄漏的规律特点，从而进行遏制，其原因有主观因素和客观因素：
主观因素指由管理工作人员造成的主观原因，存在不遵守管理规定的行为，导致LNG储罐泄漏。有以下几种情况。
a)日常对LNG储罐的管道接连部位、法律、阀门等部位的保养不到位，有微小磨损，未及时检修，泄漏扩大，产生严重后果;b)厂区维护人员没有遵守维护管理规定，定期对LNG储罐的压力表进行校验检查、对安全阀进行性能检测;c)LNG储罐的液位计失灵，维护人员没有及时检修，液位不准确，进液时可能会超量;d)作业时，操作人员擅离职守，没有及时掌握液位压力等情况，超出极限造成事故;e)上岗人员没有进行岗前职业培训，没有通过职业考核，安全预防事故和处置事故经验能力不足。
客观因素是指LNG储罐系统中，存在的不符合规范标准的工艺装置、操作设备等。储罐自身及其配套设施质量不符合标准，监测系统和操作系统存在隐患或失灵，安全阀等装置失效，罐体性能老化及设备设施故障或失效。所以在设计建造时：a)使用的设备和材料必须符合规范标准，施工单位必须具备相应建造资格;b)监测系统配套的控制系统必须保证时时刻刻正常运行，紧急情况才能有响应。在储罐使用时：a)储罐罐顶的安全阀及一系列压力装置必须日常维护，在事故时才能正常启动;b)对性能老化失效的罐体结构和设备设施发生故障或失效，及时监测更换。
2.2威胁LNG储罐的火源
如果在LNG罐区事故的现场，可能出现的火源具体如下：
2.2.1明火。在罐区内违规使用明火，工作人员在罐区吸烟，燃烧的烟头中心温度高于天然气的燃点，一般温度在700～800℃，火柴、打火机等工作时也会产生明火。罐区作业需要明火，必须采取相应的安全措施，隔离，检测，氮气保护等。
2.2.2电气火花。现代化设备都是离不开电，许多电气设备线路会发生故障老化。其中接触不良、接地失效、过负荷等都会有电火花或电弧产生，威胁储罐安全。必须日常监测相关设备及其线路可靠性。
2.2.3静电火花。静电产生的火花有罐体静电、人体静电。LNG在不断流动过程中容易产生并且积聚静电荷，电荷的积聚，电位会上升，能量足够便产生静电火花，需要确保防静电设施完整有用。人体自身活动会产生静电，应该配备防静电内衣。
2.2.4雷击火花。雷击是我们无法有效管理的，防雷针等防雷设施缺失、预防不到位时，雷击可能直接导致火灾爆炸事故，有可能破坏击毁储罐的配套设备。
3 事故处置对策
LNG储罐可能发生危险有储罐内LNG发生翻滚、储罐破裂LNG泄漏、罐体罐顶泄漏。泄漏产生的次生灾害有低温破坏、窒息、冷爆炸和火灾爆炸(喷射火、池火、闪燃、蒸汽云爆炸)。
处置事故时，需要遵循 “救人第一，科学施救”的原则，现场指挥部科学指挥，妥善处置，采取警戒疏散、火情侦察、坚守阵地、远程供水、冷却抑制、稳定燃烧、关阀截流、排空注水、灭火总攻等措施，各项措施要部署周密、科学正确、环环相扣，参战人员要有条不紊，严格执行指令，才能确保事故有效处置。
(1)确保救援人员防护到位。做好防护，防窒息，防低温冻伤，正压式空气呼吸器和专业的防冻服;
(2)询问现场情情况。掌握现场动向，有无被困人员，是否受伤，数量等;掌握LNG储罐的储量、泄漏量、泄漏时间、部位、形式、扩散范围;掌握周围环境情况，居民、单位是否疏散，电源是否切断，是否存在火源;根据应急预案和厂方责任人员掌握现场的消防设施，与厂方技术人员对接了解工艺措施，征求专家的处置建议。
(3)侦查搜救被困人员，测检现场的泄漏浓度和扩散范围，掌握温度、风向、风速等气象条件，清查存在的所有危险源，DCS系统和人力掌握消防设施是否可运行，掌握情况，确定阵地和进攻防御路线。
(4)以询问和侦查监测的结果为依据设警戒区，以实际情况调整，出入口严格把关，对进出人员、车辆、物资等进行检查和登记，严禁任何形式的点火源进入泄漏区域。
(5)救生攻坚组，积极营救被困人员，确保救出所有被困人员，转移到安全区，对其检查登记，重伤人员及时送往医院就医。
(6)现场处置时，依靠DCS系统掌握并启动罐区的氮气、喷淋等固定、半固定的消防灭火设施;以专家的建议实施工艺处置，火炬点燃，实施堵漏，关阀断料，输转倒灌、放空泄压等，铺设喷雾水幕水带阵地，稀释、隔绝把天然气驱赶到大气中。根据现场情况，确定可行的堵漏方案，必须考虑LNG超低温的性质及低温破坏性，还应实施防爆措施，确保安全。
(7)确定无泄漏，LNG扩散干净，天然气不在爆炸极限范围，排除险情;清点人员、安全撤离。
(8)注意事项
a)现场处置人员必须保护好自己，做好安全可靠的呼吸道防护和防冻防护;
b)现场严防点火源引发爆炸务必从一而终，控制、消除一切危险源;
c)保障现场调度指挥，指挥部建立在上风、侧上风方向，保障全场;
d)选择合理可行的行车、进攻、撤退路线并部署参战力量;
e)优先考虑采取工艺措施和利用固定设施进行处置;
f)严格安全员制度，实时监测险情;
g)现场信息慎重发布，和相关新闻做好协调。
4结论
论文对LNG储罐存在的风险进行科学分析并提出科学的处置方法。符合规范要求的LNG储罐，其安全性可以信任，意外情况使储罐失去存储LNG功能，LNG的化学能和冷能变成不能控制的能量，会造成不可预测后果，如泄漏、窒息、低温、受热蒸发、火灾爆炸等。根据其事故原因，以科学规律归纳事故处置的方法，为事故处置布置战术提供可靠的理论基础。——论文作者：杨明友 黎荣幸
