LNG气化站的安全设计

【文章编号】1007．9467(2010)04．0067．04 LNG气化站的安全设计 一要大荣(北京市公用 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 设计监理公司，北京100026) 【摘要】简述了LNG的危险性和我国LNG气化站的发展现 状，从设计标准、总平面布置、围堰区、LNG储罐、气化器、管道 及管件、消防系统等方面论述了LNG气化站的安全设计．指 出应尽快制定符合我国国情的LNG规范。 【关键词】液化天然气；气化站；安全 【中图分类号】TU272．2 【文献标志码】B 1我国LNG气化站的发展现状 随着全球经济的迅速增长和能源需求量的不断 扩大，液化天然气凶其具有运输效率高、用途广、供 气设施造价低、见效快、方便灵活等特点【2～，给世界 LNG工业的发展提供了良好的基础。我国目前发展 LNG进口项目，建设LNG气化站14]，弥补管输天然气 的不足已成为目前城市行业较为关注的焦点。 2LNG气化站的安全设计 2．1LNG的危险性 1)爆炸的危险性：不同时刻进入同一设备的 LNG，由于成分和密度差异引起分层，导致LNG突 然大量蒸发，压力骤升。若压力超过设备的极限承压 能力，会造成设备损坏和介质泄露，甚至爆炸。 2)火灾的危险性：天然气和空气的混合能形成 爆炸性混合气体，爆炸下限(体积分数)为3．6‰ 6．5％，爆炸上限(体积分数)为13．0％～17．0％。【1l如果 存在火源，极易着火燃烧，甚至爆炸。 3)低温的危险性：LNG储存和操作都在低温下 进行，一旦发生泄露，会使相关设备脆性断裂和遇冷 收缩，从而破坏设备，引发事故，并对人体造成严重 损害。 4)对人体的危害性：虽然LNG毒性较小，但其 中含有体积分数82％棚8％的甲烷，泄露后会造成窒 息等人身伤亡事故。 可见，LNG气化站的安全至关重要。在设计过 公用工程设计I Publu：Ut／／／t／es／)es／gnI 程中，必须确定与LNG装置有关的危险性，根据相 关的标准和运行管理经验，对气化站的安全设计全 面考虑，使整个系统达到较高的安全水平。 2．2设计标准 设计时可参考的国外标准主要有美国的 NF．PA59A《液化天然气(LNG)生产、储存和装卸标 准》、NFPA57《LNG汽车燃料系统》等；国内标准有： GB50028—2006《城镇燃气设计规范》；GB50183．2004 《石油天然气工程设计防火规范》；GB50016—2006《建 筑设计防火规范》等。 2．3总平面布置【5、61 LNG气化站总平面布置设计要合理地确定站 内各作业区和设备的位置，以确保气化站有一个安 全的环境。站址选择一方面要从城市的总体规划和 合理布局出发，另一方面也应从有利生产、方便运 输、保护环境着眼。 1)站址应选在城镇和居民区的全年最小风向的 上风侧。 2)考虑气化站的供电、供水和电话通信网络等 各种条件，站址选在城市边缘为宜。 3)站址至少要有一条全天候的汽车公路。 4)气化站应避开油库、桥梁、铁路枢纽站、飞机 场等重要战略目标。 5)站址不应受洪水和山洪的淹灌和冲刷，站址 标高应高出历年最高洪水位0．5m以上。 6)应考虑站址的地址条件，避免在滑坡、溶洞、 塌方、断层、淤泥等不良地质条件的地区，站址的土 壤耐压力一般不低于0．15MPa。 2．4围堰区 液化天然气储罐周围必须设置围堰区，以保证 储罐发生的事故对周围设施造成的危害降低到最小 67 万方数据 公用工程设计 Pub／盐撕如如ml神 程度。围堰区是指用压实土、混凝土、金属等低温材 料在LNG储罐周围建造的堤防、护墙或排液系统所 围成的区域。其作用是当LNG泄露或溢出时，将可 燃液体限制在围堰区内，防止进一步扩散；当发生火 灾时，阻止火焰向四周蔓延。 2．5LNG储罐 LNG储罐按结构形式可分为地下储罐、地上金 属储罐和金属．预应力混凝土储罐3类，地上LNG 储罐又分为金属子母罐和金属单罐2种。LNG气化 站采用何种储罐，主要决定于其储存量。储存量为 l200m3～5000m3时可采用金属子母储罐带压储存和 常压罐储存。储存量为1200m3以下的城市LNG气 化站，基本采用金属单罐带压储存。 1)LNG储罐的安全 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 根据储罐容积合理确定安全间距，见表lr7】 表1围堰墙与站区围墙之间、储罐之间的水平净距 ②为保证储罐及其连接部件在LNG及其冷蒸 汽温度下能正常工作，储罐材料必须满足低温性能 要求。暴露的储罐隔热层应防火、阻燃、阻蒸汽、防 水，且在消防水的冲击力作用下不会移动。储罐内外 筒之间填充的不可燃隔热材料不仅要适应LNG及 冷蒸汽的性质，而且当外筒遇火灾事故时，能确保内 筒材料的导热性能稳定嘲。 ③合理设计、配置阀门等附件，主要包括： 储罐进液系统设顶部、底部两个进液阀。当充注液体 与储罐中原有液体物理性质有差异时，通过不同部 位的进液，减少混合液体分层的可能性，减少事故发 生率嗍。 设置足够数量的安全阀，安全阀与罐体之间设 手动截止阀，保证储罐工作压力在允许范围内。内筒 设安全放空阀，连通火炬。外筒泄压装置将放空气体 引至放空火炬。 68 每个储罐的液相管上设2个紧急切断阀，发生意 外事故时切断储罐与外界的连通，防止罐内LNG泄 露。 每个储罐设2套相互独立的液位测量装置。 在储罐真空夹层套层设压力仪表，测量压力是否在 合理的范围内。 多台储罐之间隔离阀的操作水平净距至少为 0．9m。 储罐投入运行时，设温度检测仪，用来监测温度 或作为检查和校正液位计的工具。 ④储罐应当设置一个高液位报警器，使操作人 员有足够的时间停止进料。储罐应设置高液位进料 切断装置，它应与全部的控制计量仪表分开设置。 ⑤为了避免罐内形成空气与天然气的混合气体 导致事故，储罐首次充注LNG之前，或停止使用内 部检修后，需要用惰性气体将罐内的空气或天然气 置换出来，进行惰化处理【姗。 ⑥根据地质、气象等资料，份子发生地震、风灾、 雪灾等自然灾害的可能性及其特征，考虑储罐的抗 震和抵御风雪荷载的能力。 2)LNG漩涡现象的预防 漩涡现象⋯】，也称翻滚，通常出现在多组分的液 化天然气中，是由于向已装有LNG的低温储罐中充 注新的LNG，或由于LNG中的氮优先蒸发而使储罐 内的液体发生分层而引起。防止发生涡旋现象的方 法有I习：①将不同产地、不同气源的LNG分开储存， 可避免因密度差而引起分层。②根据需储存的LNG 与储罐内原有LNG的密度差异，选择正确的充注方 式。⑨使用混合喷嘴和多孔管向储罐中充注LNG。④ 检测LNG的蒸发速度，LNG分层会抑制LNG的蒸 发速度，使出现涡旋前的蒸发速度比通常情况下的 蒸发速度低。 3)储罐静态蒸发率 储罐静态蒸发率能较为直观地反映储罐在使用 时的绝热性能，其定义为低温绝热压力容器在装有 大于有效容积的I／2的低温液体时，静止达到热平衡 后，24h内自然蒸发损失的低温液体质量和容器有效 容积下低温液体质量的比值。 万方数据 国家现行标准中没有给出LNG储罐蒸发率的 上限标准，设计时可以参考液氮的标准。 2．6气化器 美国标准NFPA59A[7]将气化器分为加热气化 器、环境气化器和工艺气化器3类。气化器安全设计 主要有以下2方面内容： 1)保证安全间距 ①除非导热介质不可燃，否则气化器及其主热 源与其他任何火源之间的水平净距至少为15m，整 体加热气化器到围墙的水平净距至少为30m。 ②气化器到LNG、可燃制冷剂或可燃气体储罐 的水平净距至少为15m，到控制大楼、办公室、车间 等有人的重要建筑物的水平净距至少为15m。 ③控制大楼、办公室、商店、居民楼等建筑物，布 置多个气化器时，各气化器之间的水平净距至少为 1．5m。 2)合理设置阀门等附件，主要包括： ①每台气化器都应设置进口、出口切断阀和安全 阀。 ②为防止泄露的LNG进入备用气化器，可安装 两个进口阀门，并采用安全措施排空积存在两个阀 门之间的LNG或蒸发气体。 ③在与气化器的水平净距为15m的LNG管路 上安装切断阀，该阀门可由现场操作或远程控制，且 有一定保护措施预防阀门凶温度过低而失效。 ④在液体管路上设自动控制切断阀，该阀门到 气化器的水平净距至少为3m，且在液体流量过大、 设备周围温度异常、气化器出口处温度过低时能自 动关闭。 ⑤加热气化器应配备切断电源的装置，可由现 场操作或远程控制。 ⑥设置自动装置，防止LNG或其蒸汽在异常温 度下进入输配系统。这些装置应与仅用于紧急情况 的管路阀门配合使用。 ⑦设置温度检测仪，测量LNG、蒸发气体和加热 介质的进口温度。 2．7LN6输送管道 在进行LNG管道设计中，不仅要考虑低温液体 公用工程设计} 肼kUtdities脑增训 的隔热要求，还应特别注意因低温引起的热应力、防 止水蒸气渗漏、避免出现冷凝和结冰、管道泄露的探 测方法以及防火等问题。LNG管道和其他低温液体 输送管道一样，管道的热补偿是一个需要细心考虑 的重要问题。 2．8气化站的消防 消防系统的安全设计原则是：尽量切断气源，控 制泄露；对储罐及临近储罐的设备进行冷却保护，避 免设备超压造成更大的灾害；将泄露的LNG引至安 全地带气化，避免燃烧扩大。根据以上原则，消防系 统安全设计主要包括分布控制系统、紧急关闭系统、 火灾和泄漏探测报警系统、消防水系统、干粉泡沫灭 火系统和其他一些安全措施。 3结语 LNG设施在国外己安全、环保地运行了30a，但 是，设计出既安全又经济的LNG气化站仍是一项挑 战。国内尚未颁布关于LNG气化站设计和 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 规 范，在工程设计中普遍以美国、欧洲国家、日本的标 准作为参考，因此本着安全的原则，制定和颁布可 靠、可行、可依的LNG规范是当务之急。洳 【参考文献l 【1】王忠．LNG站消防设计探讨【J】．消防科学与技术，2001(4)： lO．12． 【2】刘新领．液化天然气供气站的建嘲J】．煤气与热力，2002，22 (1)：35．36． 131徐正康，吴洪松．液化天然气在燃气工业中的应用【J】．煤气 与热力，1998，18(5)：27．29． “】刘建海，何贵龙，杨起华，等．，J、区液化天然气供气站的探讨 【J]．煤气与热力，2003，23(1)：50·52． 151顾安忠，鲁雪生，汪荣顺，等．液化天然气技术【M】．北京：机 械工业出版社，2003． [61NFPA59A,液化天然气(LNG)生产、储存和装卸标准【S】． 171沈惠康．液化天然气的工艺与设备叨．煤气与热力，1996，16 (6)：25．28． 181周伟国，阮应君，藤汜颖．液化天然气储罐中翻滚现象及预 防措旅探讨[耵．煤气与热力，2002。22(4)：294-296． 【9】江金华，金颖，冯春强．液化天然气在城市燃气的应用【J】． 煤气与热力，2003，23(1)：53—54，57． 【lO】林文胜，顾安忠，李品友．液化天然气的分层与涡旋研究进 69 万方数据 公用工程设计 m妇眦Ⅲ胁咖一一 【文章编号】1007．9467(2010)04．0070-03 基于水质水量分析的多种工业 废水处理工艺优化设计与应用 ■陈希勇一，张允计2，叶绍成t(1．中国恩菲工程技术有限公司，北京100038； 2，洛阳中硅高科新材料有限公司，河南洛阳471000) 【摘要】某工厂在硅新材料生产过程中，排放强酸性高氟废水 (污酸)和酸性废水，对其两种废水进行处理，是本工程设计的 技术难题。通过对两种工业废水的水质、水量特点的分析，确 定了分质前处理与混合后续处理的最佳技术方案，在确保水 质处理效果的前提下，有效地降低了工程投资与运行成本。 【关键词】工业废水处理；水质水量分析；工艺优化设计 【中图分类号1X703 【文献标志码】A TheOptimizedDesign0f、VastewaterTreatment SystemswithMulti．sourcesBasingonthe AnalysisofWaterQualityandQuantity CHENXi-yongI,ZHANGYun-ji2,YEShao-chen91 [AbstraetlThereisacompany,whichproducesnovelmaterialof spathicsilica,includestwodifferentwastewatersSOUI『ceS，Thefirst wastewaterishighlyacidicwithhighconcentrafionsoffluoride．The secondisacidic(pH=1)wastewater．Thestrategyforthetreatment ofwastewatersisdifficulttoevaluateinpractice．Thisstudy discussestheprincipalsandmethodsforthedesignofthewastewater treatmentsystemsbasingontheanalysisofthedifferenceinquality andquantity，andthenproposestheoptimumtechnicalstrategywith priorandsubsequenttreatment．Theinvestmentininfrastructureand operationalcostsa心significantlyreducedtoachievethepromising treatmentefficiency． [Keywords]wastewatertreatment；waterqualityandquantity analysis；optimizeddesignoftreatmentprocess 对于某一工业企业而言，如化工、冶金等，往往 在不同的工业生产单元中会产生不同类型的工业废 水，且不同来源的废水在水质、水量与处理水质目标 上存在很大区别。若对每种工业废水独立设计相应 的污水处理设施，则会出现处理设施繁多、建设运行 过于复杂、运营成本过高的问题。若将各种废水进行 简单混合后再处理，则可能出现不同废水之间的拮 抗作用，增大处理难度与运行费用。对于类似的情 况，在工艺设计过程中如何综合考虑各种因素建立 最佳的处理方案，这是工艺与工程设计过程中经常 面临的问题。 1工程背景 某硅材料生产企业，年排放污酸量约420m，，主 要成分为8％HF与51％"-'55％心O，：酸性污水量 300m3／h，污水中主要污染成分是HCl0H≥l，按 pH=l设计)、I-IF、HNO，、硅粉、氯硅烷水解物和尘污 等。建污水处理站一座，处理能力为350m3／h。 2基于水质水量特点分析的污水处理总体工 艺设计 对于“污酸”和酸性污水，可以采取混合后处理 达标排放、分开单独处理达标排放和污酸处理至一 定程度后与酸性污水混合进行后续处理并达标排放 等3种技术策略。在工程中应采取何种技术策略，取 决于两类污水水质与水量的综合分析与评价。 污酸的水质水量特点：水量较小，平均每天仅 1．15m3；酸性极强，其中HF含量约为0．It，HNO，约 展【J】．真空与低温，2000(6)：125．132． 【收稿日期]2010．02-05 要大荣(1975～)，女，山两寿阳人，注册设备工程师，从事 锈作案筒余锄LNG气化设计及燃气燃烧与应用研究，(电子信箱) ydrchh@sohu．com。 70 万方数据 LNG气化站的安全设计 作者： 要大荣， YAO Da-rong 作者单位： 北京市公用工程设计监理公司,北京,100026 刊名： 工程建设与设计 英文刊名： CONSTRUCTION & DESIGN FOR PROJECT 年，卷(期)： 2010(4) 参考文献(10条) 1.林文胜;顾安忠;李品友 液化天然气的分层与涡旋研究进展 2000(06) 2.江金华;金颖;冯春强 液化天然气在城市燃气的应用[期刊论文]-煤气与热力 2003(01) 3.周伟国;阮应君;藤汜颖 液化天然气储罐中翻滚现象及预防措施探讨[期刊论文]-煤气与热力 2002(04) 4.沈惠康 液化天然气的工艺与设备 1996(06) 5.NFPA59A.液化天然气(LNG)生产、储存和装卸标准 6.顾安忠;鲁雪生;汪荣顺 液化天然气技术 2003 7.刘建海;何贵龙;杨起华 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