天然气储配(供应)站安全管理.doc

天然气储配(供应)站安全管理
一、压缩天然气储配(供应)站
城镇燃气输配系统中，随燃气性质(如天然气、矿井气、人工煤气等)、供气压力不同，必需建成具有不同功能的站、场，如靠近气源的首站及分布于城区的罐站。可以划分为接受气源来气、储存燃气、调节控制供气压力三种基本功能，凡具备储存燃气功能的站场，皆可称为储配站。
城市天然气是逐月、逐日、逐时都在变化，但天然气供应量不可能按用户的用气量而随时改变，因此为了保证用户必需求，不间断供气，必必需解决气源和用气的平衡问题。建造储气设施是解决城市用气波动的基本措施。在建造储配站时，首先在工程可行性研究阶段，就要抓住制定方案的技术经济比较，确定供气和储气的方案与储罐的容积和数量，使有限的资金得到合理利用以取得最大投资效益。城镇居民、商业和工业企业燃气用户是依靠中、低压管网系统供气的，以CNG作气源的燃气供应系统，必必需在该管网系统的起点建立相当于城镇燃气储配站(或门站)的设施，对由母站来的气瓶转运车的CNG进行卸车、降压和储存，并按燃气用户的要求输气，可以把城镇中、低压管网系统起点处的CNG卸车、降压、储存工艺设施统称为城镇CNG供应站。
CNG供应站包括以下几个系统：①卸车系统；②调压换热系统；③流量计量系统；④加臭系统；⑤控制系统；⑥加热系统；⑦调峰储气系统(依据必需要设置)。其作业流程框图如图5-1所示。

1. 制定原则
储气站站址的选择要科学合理，其与四周建筑物、构筑物的防火间距必必需满足现行的国家标准《建筑制定防火规范》(GBJ 16)的有关规定，并远离居民稠密区、大型公共建筑、重要物资仓库以及通信和交通枢纽等重要设施。
储气站站址应具有适宜的地形、工程地质、供电和给排水等条件。储气站建设应尽量少占农田，节约用地并应注意与城市总体景观的协调。站内的消防设施、防火间距和消防车道应按现行的国家标准执行。
储气站宜设置测定天然气组成、密度、热值、湿度和各项有害杂质的仪器仪表，四周宜设置围栅和罐区排水设施。
天然气储存的储罐制定应依据输配系统所必需储气总容量和气体混配要求确定。储气站的储气方式及储罐的形式应依据天然气进站压力、供气规模、输配管网压力和各种储罐及其相关设备等因素，经技术经济比较后确定。确定储罐单体或单组容积时，应合计储罐检修期间供气系统的调度平衡。
低压储气罐宜分别设有天然气进、出气管，各管应设水封阀和闸阀。天然气进出管的制定应能适应气罐地基沉降引起的变形。水封阀的有效高度应取制定工作压力(mmH2O)加500mm。低压储气罐应设有指示器，显示气体储量及可调节的凹凸限位声、光报警装置。
湿式储气罐的水封高度应通过计算得到，内侧应设有溢水口，水封应设有上水管和防冻设施。干式储气罐密封系统必必需能够可靠连续地运行。
高压储气罐宜分别设置天然气进、出管(不必需起混气作用的高压罐进出口管可合为一条)，应设置安全阀、压力表。在罐顶和罐底各设一个人孔，在底部应设排水管，在顶部应设放散管。储气罐应设有防雷接地设施，其接地电阻应小于10Q。储气罐高度超过当地有关规按时，应设高度障碍标志。
2. 制定规模
储气站的主要作用是储存一定量的天然气，在发生意外，如检修管道系统或用气高峰时进行调配用。因此要依据城镇天然气最大输供气量和全城区最大日用气量来确定储气规模，从制定的技术经济方案比较上作出最正确选择。
现举南方某中等城市为例。
据该市用气分析，城市用气日调峰量为全城区最大日用气量的50%。其量在2021年为24×××104m3/d。因此决定储气方式采纳公称容积10000m3、储气压力1.6MPa的高压球罐，分别于2021年、2021年、2021年建成2个、1个和2个，共计5个高压球罐储存天然气。
由于季节调峰量和事故调峰量甚大，估计以上储气设施仍不能满足要求，为安全可靠起见，在制定中可合计建设一定规模的液化石油气空混调峰站，以满足高峰用气要求。
3. 储存方式和功能
储存城市天然气的形式有低压储存、高压储存、输气管线储存、地下储存、液化储存等。目前国内常用低压储存和高压储存两种形式。
低压储存是用湿式储存罐和干式储存罐进行储存，工作压力一般为数千帕。工作压力波动不大，通常只用于气源压力比较低的供气系统。低压储气罐中湿式与干式比较见表5-5。
由表5-5可知，低压储气采纳干式储气罐是比较合适的。表5—6列出了天然气储气罐中高压、低压储气罐的比较。
从表5-6两者比较可知，一般采纳高压储气罐较为经济合理。
在国外，利用高压球罐储存天然气已较为普遍，很多国家已经建成各种规格的大型高压球罐。
随着我国石油、天然气工业的发展，天然气作为城市燃气气源已日渐增多，天然气在城市燃气中所占比例也逐渐增大，因此，高压球罐也必将成为我国各城市天然气储存的主要设施。
由于球罐的制造、安装的水平不断提升，目前球罐的容积也在逐渐增大。如北京在1986年建成4台5000m3的高压天然气球罐，20世纪90年代以来，重庆、成都、北京、天津等城市又相继建成3300m3、5000m3、10000m3高压储气球罐。
表5-5 低压储气罐中湿式与干式比较

项目
    低压湿式螺旋罐
    曼型干式罐
罐内压力
 随储气罐塔节的增减而改变，燃气压力是波动的
 储气压力稳定
罐内湿度
 罐内湿度大，出口燃气含水分高
 储气气体干燥
保温蒸汽用量
 寒冷地区冬季保温，除水槽加保护墙外，所有水封部位加引射器喷射蒸汽保温，蒸汽用量大
无
使用寿命
 一般为30年，由于水槽底部细菌繁殖，使水中硫酸盐生化还原成H2S，易使罐体内壁腐蚀
 一般为50年，由于内壁表面经常保持一层厚0.5mm的油膜，保护钢板不受到腐蚀
抗震性能
 由于水槽各部塔节为浮动结构，在发生强地震和强风时易造成塔体倾斜，产生导轮错动、脱丝、卡阻等现象
活塞不受强风和冰雪影响
基础
 水槽内水量大，在软土地基上建罐应进行基础处理，但罐体同意有较大的沉降量
自重轻，地基处理简单
罐体耗钢量
  低
高(为湿式罐的1.35～1.5倍)
罐体造价
 低
高(为湿式罐的1.5～2.0倍)
安装精度要求
 低
 高
表5-6 天然气储气罐中高压、低压储气罐的比较

项目
低压储气罐
高压储气罐
项目
低压储气罐
高压储气罐
储气压力
低
高
运行费用
高(消耗电及油)
低
供气压力
必需加压耗电
无必需加压耗电
单位占地面积
大
小
储气质量
另有油污夹带
无油污夹带
单位耗钢量
大
小
储罐构造
复杂
简单
单位投资
高
低
施工要求
较严格
严格
施工周期
7～8个月
8～9个月
修理费用
高(密封油)
低

二、液化天然气储配(供应)站
液化天然气(LNG)比其他燃料清洁，燃烧时温室气体排放量低，是公认的将来世界普遍采纳的燃料。以前，如果说将天然气液化，远距离运输作为燃料使用，是很困难的。但今天，液化天然气已成为世界工业的重要组成部分，是令人瞩目的新兴工业之一。液化天然气是将天然气低温冷却液化，液化后体积约为常态下体积的1/600，便于运输。多年来，LNG在世界上已经大量地应用，如发电、民用燃气、汽车或火车的燃料等。在城市里布有天然气的输配管线，数以千计的LNG罐车在美国的高速公路上运输，没有发生过重大的事故。以LNG或CNG作燃料的汽车，虽然发生一些碰撞事故，但LNG燃料系统没有发生重大的损坏，没有引起LNG的泄漏和火灾。当然，LNG的温度很低，极易气化，会引发一些低温液化石油气体带来的安全问题。无论是制定还是操作，都应该像对待所有的易燃介质那样当心。了解和掌握天然气不同相态的物理特性及其燃烧特性，可有助于天然气的安全使用。
(一) 液化天然气的有关安全特性
1. 基本物理状态
液化天然气是以甲烷为主的液态混合物，常压下的沸点温度约为-162℃，密度大约为424kg/m3。LNG是非常冷的液体，在泄漏或溢出的地方，会产生显然的白色蒸气云。白色蒸气云的形成，是空气中的水蒸气被溢出的LNG冷却所致。当LNG转变为气体时，其密度为1.5kg/m3，气体温度上升到-107℃时，气体密度与空气的密度相当。意味着LNG气化后，温度高于-107℃时，气体的密度比空气小，容易在空气中扩散。液态天然气的容积大约是气体的1/625。天然气无毒、无味、无色，漏泄到空气中不易发觉，因此，通常在天然气管网系统中，有意地加入一种难闻的气味，即加臭处理，以便气体泄漏时易于察觉。
2. 燃烧特性
燃烧范围是指可燃气体与空气形成混合物，能够产生燃烧或爆炸的浓度范围。通常用燃烧下限和燃烧上限来界定其燃烧范围，只有当燃料在空气中的比例在燃烧范围之内，混合气体才可能产生燃烧。关于天然气，在空气中达到燃烧的比例范围比较窄，其燃烧范围大约在体积分数的5%～15%之间，即体积分数低于5%和高于15%都不会燃烧。由于不同产地的天然气组分会有所差别，燃烧范围的值也会略有差别。LNG的燃烧下限显然高于其他燃料，柴油在空气中的含量只必需要达到体积分数0.6%，点火就会燃烧。
在-162℃的低温条件下，其燃烧范围为体积分数的6%～13%。燃烧速度是火焰在空气-燃料的混合物中的传递速度。燃烧速度也称为点燃速度或火焰速度。天然气的燃烧速度相对比 较慢，其最高燃烧速度只有0.3m/s。随着天然气在空气中的比例增加，燃烧速度亦增加。所以在敞开的环境条件下，LNG和蒸气一般不会因燃烧引起爆炸。天然气燃烧产生的黑烟很少，导致热辐射也少。碳氢化合物的燃烧极限比甲烷的低。如果LNG中碳氢化合物的含量增加，将使LNG的燃烧范围的下限降低。
自动着火温度是可燃气体混合物，在达到某一温度后，能够自动点燃着火的最低温度。自动着火温度并不是一个固定值，它和空气与燃料的混合浓度和混合气体的压力有关。在大气压条件下，纯甲烷的平均自动着火温度为650℃。如果混合气体的温度高于自动着火点，则在很短的时间后，气体将会自动点燃。如果温度比着火点高得多，气体将马上点燃。LNG的自动着火温度随着组分的变化而变化，例如，假设LNG中碳氢化合物的重组分比例增加，则自动着火温度降低。
除了受热点火外，天然气也能被火花点燃。如衣服上的静电，也能产生足够的能量点燃天然气。因此，工作人员不能穿化纤布(尼龙、腈纶等)类的衣服操作天然气，化纤布比天然纤维更容易产生静电。
3. 低温特性
LNG既有可燃的特性，又有低温的特性。低温液体的处理和操作并不是一门新的技术。在许多标准中，低温设备的操作有比较明确的要求。关于安全的合计，主要是在低温条件下，一些材料会变脆、易碎。使设备产生损坏，引起LNG的泄漏。如今低温液氮和液氧的应用更为普遍。LNG的温度还没有液氮和液氧的温度低。从低温介质安全操作的角度，与液氮和液氧的安全合计基本是一致的，主要是防止低温条件下材料的脆性断裂和冷收缩对设备引起的危害。操作时主要是防止低温流体对人体的低温灼伤。
天然气的低温特性对人体生理上的影响很大。曾经有过报道，人员暴露在甲烷的体积分数为9%的气氛中没有什么不良反应。如果吸入含量更高的气体，会引起前额和眼部有压迫感，但只要恢复呼吸新鲜空气，就可消除这种不适的感觉。如果持续地暴露在这样的气氛环境下，会引起意识模糊和窒息。甲烷是一种一般的窒息物质。LNG与外露的皮肤持续接触，会引起严重的低温灼伤和组织损坏。
天然气在空气中的体积分数大于40%时，如果吸入过量的天然气会引起缺氧窒息。如果吸入的是冷气体，对健康是有害的。假设是短时间内吸进冷气体，会使呼吸不舒畅，而长时间的呼吸冷气体，将会造成严重的疾病。虽然LNG蒸气是无毒的，如果吸进纯的LNG蒸气，会迅速失去知觉，几分钟后死亡。当大气中的氧含量逐渐减少时，工作人员有可能警觉不到，慢慢地窒息，待到发觉时已经很晚了。缓慢窒息的过程分成4个阶段阶段，见表5-7。
表5-7 缓慢窒息的过程

阶 段
氧气的体积分数/%

第一阶段
14～21
脉搏增加，肌肉跳动影响呼吸
第二阶段
10～14
推断失误，迅速疲惫，对疼痛失去知觉恶心，
第三阶段
6～10
呕吐，虚脱，造成永久性脑部伤害
第四阶段
＜6
呼吸停止，死亡
当空气中氧气的体积分数低于10%，天然气的体积分数高于50%，对人体会产生永久性伤害。在这种状况下，工作人员不能进入LNG蒸气区域。
℃)，故在常温下，无法仅靠加压将其液化，必需要采纳液化工艺，将天然气最终在温度为112K、压力为0.1MPa左右的条件下将其液化。其密度为标准状态下甲烷的600多倍，体积能量密度为汽油的72%，十分有利于输送和储存。
但是，由于LNG本身具有易燃、易爆的危险性，又具有低温储存的特点，因此，LNG站在建设布局、设备安装、操作管理等安全方面提出了很高的要求。