LNG的易燃易爆性決定了安全在其應用中是一個重要的因素。自2005年4月，海南海然高新能源有限公司福山液化天然氣工廠(一期)投產以來，海南開始進行LNG氣化站的建設，陸續建成了亞龍灣、海口盛之業等LNG氣化站。

　　1 LNG的性質和危險性分析

　　1.1 海南福山LNG的性質

　　LNG的主要成分為甲烷，常壓條件下，沸點約-162℃，密度(液體)約534kg/m3，氣化潛熱為510.25kJ/kg，氣化后的密度為0.856kg/m3，與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限為3.6%～6.5%，燃點約650℃。

　　1.2 LNG的危險性分析

　　LNG主要存在3個危險[1、2]。

　　① 深冷液體

　　低溫會導致工藝設施、管道發生脆性斷裂或冷收縮造成管道損壞，易凍傷操作者，泄漏或溢出后LNG急劇氣化，形成蒸氣云團。

　　② 蒸發氣體(BOG)

　　若絕熱不好，少量LNG就會轉化為大量氣體，可能引發設施、管道壓力急劇上升發生超壓事故，造成設施、管道損壞甚至LNG泄漏。

　　③ 爆燃(炸)

　　空氣、天然氣混合物的爆炸下限很低，如果存在外部火源，極易發生著火燃燒甚至爆炸，并且燃燒產生的熱輻射會對設施造成極大危害。

　　2 LNG氣化站工藝流程

　　LNG氣化站主要工藝包括卸車、儲存、氣化、調壓等[2～4]，典型的氣化站工藝流程見圖1。

 

　　LNG由低溫槽車運至氣化站，利用卸車增壓器給槽車增壓進行卸車，依靠壓差將LNG送入LNG儲罐儲存。氣化時通過儲罐增壓器將LNG增壓后，使罐內LNG自流進入室溫式氣化器(兩組)，LNG吸熱發生氣化并升高溫度。與空溫式氣化器串聯1套水浴式氣化器(南方地區不可用)，在冬季空溫式氣化器不能正常工作時啟用，以保證供氣不間斷。天然氣經過調壓、計量及加臭后送入城市管網。

　　3 LNG氣化站技術安全要素的分析

　　對于LNG氣化站來說，安全是至關重要的。LNG氣化站安全管理的核心內容是如何防止天然氣泄漏，消除引發燃燒的基本條件，以滿足LNG設施的防火要求，防止低溫設施超壓排放甚至爆炸，設施、管道材質符合低溫要求，做好操作人員的安全防護等。

　　3.1 LNG的儲存

　　① LNG儲罐

　　中小規模LNG氣化站多采用壓力式低溫儲存方式，一般采用圓筒形低溫真空粉末絕熱儲罐，雙層結構，內罐材質為0Cr18Ni9不銹鋼，外罐材質為16MnR壓力容器用鋼，兩者之間夾層填充珠光砂粉末并抽真空[3～5]。儲罐工作壓力一般為0.3～0.6MPa，工作溫度約-140℃，設計壓力為0.8MPa，設計溫度為-196℃。

　　低溫儲罐絕熱性能的一個重要技術參數為靜態蒸發率，指低溫絕熱壓力容器在裝載大于有效容積0.5倍的低溫液體時，靜置達到熱平衡后，24h內自然蒸發損失的低溫液體質量和容器有效容積下低溫液體質量的比值，對LNG儲罐一般靜態蒸發率≤0.3%。儲罐靜態蒸發率及儲罐夾層真空度應定期進行檢測，其中靜態蒸發率可通過BOG的排放量來測定，發現突然增大或減小等異常情況時應立即處理。

　　② LNG儲罐的壓力控制

　　儲罐內的壓力控制是非常重要的，必須將其控制在允許的范圍內，過高或過低都存在危險。存在熱傳導或充注新的LNG均可能導致液體蒸發，壓力升高；如果從儲罐向外排液或抽氣不當，則可能導致壓力下降甚至形成負壓。為了防止熱傳導引起罐內壓力升高，采用釋放罐內BOG的方法控制壓力上限，LNG儲罐壓力控制見圖2。在儲罐的氣相管道上設置自動減壓閥，當儲罐內壓力升高到設定值時，自動減壓閥便緩慢開啟，將罐內BOG放出；當壓力下降到設定值以下時，自動減壓閥關閉。

 

　　儲罐出液是自壓式，液體流出后，液位下降，氣相空間增大，導致罐內壓力下降。因此，必須不斷向罐內補充氣體，維持罐內壓力不變。設有儲罐增壓器和自動增壓閥，儲罐增壓器是一個空溫式氣化器，它的安裝高度要低于儲罐的最低液位。當罐內壓力低于自動增壓閥的設定值時，自動增壓閥打開，罐內液體靠液位差緩緩流入儲罐增壓器，液體氣化產生的氣體經自動增壓閥和氣相管道補充到儲罐內，氣體的不斷補充使得罐內壓力回升。當壓力回升到設定值以上時，自動增壓閥關閉，增壓過程結束。運行中，可以根據儲罐的設計壓力和工作壓力，通過自動減壓閥、自動增壓閥的設定來控制儲罐的壓力。

　　③ 預防翻滾現象的發生

　　通常儲罐內的LNG長期靜置或在充注新的LNG液體后，將形成上下兩個密度不同的液相層。當外界熱量傳入罐內時，液層表面開始蒸發，各層密度發生變化，當兩液相層密度接近時，兩個液層就會發生強烈混合，在短時間內產生大量氣體，使罐內壓力急劇上升，這就是翻滾現象[1、2、5]。翻滾可導致儲罐超壓、失穩。

　　預防翻滾現象發生的關鍵在于防止分層，實踐中有以下幾種方法：a.不同產地、不同性質的LNG分開儲存，可避免因密度差而引起的LNG分層。b.根據需儲存的LNG與儲罐內原有的LNG密度的差異，選擇正確的充注方法。密度相近時一般底部充注；將輕質LNG充注到重質LNG儲罐中時，宜底部充注；將重質LNG充注到輕質LNG儲罐中時，宜頂部充注。c.使用混合噴嘴和多孔管充注，使充注的新LNG和原有LNG充分混合，從而避免分層。

　　3.2 管道吹掃、預冷及卸車

　　LNG卸車臺工藝流程見圖3。

 

　　① 吹掃

　　為防止卸車時卸車臺始端與槽車相連管道內空氣中的水分因低溫而結冰發生冰堵事故，每次LNG卸車前都要對管道內空氣進行吹掃。LNG槽車與卸車臺有3個接口相對應，分別為輔液相口、氣相口、主液相口。吹掃時先將卸車臺氣相口與槽車氣相口連接并緊固，卸車臺輔液相口、主液相口分別與槽車輔液相口、主液相口連接但稍留間隙。槽車主、輔液相管出口閥、卸車臺閥B、閥C及跨接管C、D上的閥門關閉，開啟槽車氣相管出口閥、卸車臺閥A及跨接管A、B上閥門，槽車內BOG經氣相管，通過氣液相管道間的跨接管A、B分別進入主、輔液相管向槽車方向吹掃(由接口間隙排放)，吹掃完畢再將接口緊固。

　　② 預冷

　　吹掃完畢后對主液相管預冷，以便減少卸車時間。槽車輔液相管及氣相管出口閥、卸車臺閥A、閥B及跨接管A、B、D上的閥門關閉，開啟槽車主液相管出口閥、卸車臺閥C及跨接管C上閥門，進行進液操作，讓低溫液體由槽車緩慢進入主液相管并送往儲罐進液口，這時預冷產生的氣體就會通過跨接管C經氣相管道進入BOG加熱器加熱后進入管網，從而達到預冷的目的。待主液相管道溫度穩定后(觀察局部裸露處的霜凍情況來判斷)，即可關閉跨接管C閥門，結束預冷。

　　③ 卸車

　　吹掃、預冷完畢，可開始卸車。卸車臺閥B及跨接管A、C、D上的閥門關閉，開啟槽車主液相管、輔液相管及氣相管出口閥、卸車臺閥A、閥C及跨接管B上的閥門，槽車內液體經輔液相管進入卸車增壓器氣化，氣化后經跨接管B返回車內對槽車增壓，從而保證以一定的速度將車內LNG液體從其主液相口經主液相管道卸入LNG儲罐。當LNG槽車內LNG液體卸空時，關閉槽車主液相管及氣相管出口閥、卸車臺閥B及跨接管A、B上的閥門，開啟槽車輔液相管出口閥、卸車臺閥A、閥C及跨接管C、D上的閥門，使槽車內少量余液及低溫氣體由輔液相管經卸車增壓器、跨接管D進入氣相管，經BOG加熱器升溫后送入管網；最后進行排空主液相管存液的操作，關閉跨接管D，使主液相管及與其相連接的卸車軟管中殘存的LNG液體氣化后經閥C、跨接管C進入氣相管，經BOG加熱器升溫后送入管網。以上過程結束后可關閉所有閥門，結束卸車作業。

　　卸車中有3個問題需要解決，一是隨著液體進入，液位升高，儲罐氣相空間產生壓縮效應，導致儲罐壓力升高，升高到接近槽車的壓力時，液體流速大大下降；二是液體在管道中流動和進入儲罐后均可能產生氣化，生成的氣體也會進入儲罐內，導致儲罐壓力升高，阻礙卸車；三是隨著卸車的進行，槽車液位不斷下降，如其與卸車增壓器的液位差過小不足以克服流動阻力和槽車內壓力，卸車增壓器的氣化能力將迅速下降，導致槽車與儲罐壓差減小，阻礙卸車。

　　解決這些問題是LNG卸車工藝的關鍵，可從以下3方面考慮：

　　a. 可在儲罐自動減壓閥上并聯1個截止閥(見圖2)，卸車過程中打開，提高BOG流量，卸車結束后關閉。

　　b. 需要合理使用儲罐的上進液口和下進液口，上進液口連接儲罐頂部的一個噴淋裝置，進液時LNG以噴淋方式進入罐內；下進液口則為常規結構。槽車內液體溫度低的情況下，可選擇上部進液，液體以噴淋方式穿過儲罐氣相空間，液滴會吸收儲罐內的氣體，使得儲罐壓力下降，有助于加快卸車速度。上進液口之所以采用噴淋方式，是為了加大氣液相的換熱面積，加快減壓過程。槽車內液體溫度高時應選擇下部進液，溫度較高的LNG進入儲罐后先接觸液體，使其盡快降溫，減弱氣化傾向，避免對卸車的影響。當然，如果沒有溫差，可任意選擇進液方式，也可以上下一起進液。

　　c. 卸車增壓器宜采用臥式，其底部首排換熱管及翅片必須保證足夠的換熱面積，其液相進口應低于LNG槽車出口至少1m，以保證在槽車低液位時車內LNG有足夠的液位差克服流動阻力進入卸車增壓器氣化。

　　3.3 LNG的氣化

　　LNG氣化器的材質必須耐低溫，如鋁合金。對于中小型氣化站多采用空溫式氣化器，由于需要定期除霜，一般選用兩組氣化器定期切換使用。每個氣化器的進口端都設有切斷閥和安全閥，以便在非運行時不會因產生BOG而發生超壓事故。天氣寒冷時，氣化后的氣體溫度一般比環境溫度低10℃左右，為保證后續設施、管道的正常工作，氣化后要經過加熱裝置將氣體升溫到一定的溫度，加熱裝置一般用溫水加熱方式。

　　3.4 調壓、BOG的處理

　　BOG的處理要與調壓結合起來考慮，并回收利用BOG。儲罐和其他部位產生的BOG壓力達到設定值后，儲罐氣相管道的自動減壓閥開啟，將其送入BOG加熱器，加熱后經過BOG加熱器出口的輔助調壓器連接到出站總管道上，與主調壓器的出口相連，輔助調壓器設定的出口壓力略高于主調壓器，這樣BOG就優先進入出站管道。

　　3.5 LNG工藝管道

　　在進行LNG管道設計時，除了要做好絕熱外，還應解決因低溫引起的冷收縮問題。管材通常選用具有優異低溫性能的奧氏體不銹鋼管，但其線性膨脹系數較大，需要進行補償[3、4]。

　　LNG管道的液封問題應當引起重視，管道內只要存有少量LNG液體，就可能產生很大危害。由于不可能保證絕對無熱量交換，管道內殘留的液體會因吸熱不斷氣化，壓力持續上升，直到管道或閥門被破壞，所以要合理設置安全閥與切斷閥。

　　3.6 控制LNG溢出或泄漏

　　由于設施損壞或操作失誤等原因，LNG一旦從儲罐或管道中溢出或泄漏，一部分立即氣化(氣化后的氣體密度大于空氣)，來不及氣化的液體將溢出到地面(接觸到水面則產生冷爆炸)，沸騰氣化后使空氣中的水蒸氣冷凝并混合形成蒸氣云團，再稀釋受熱后與空氣形成爆炸性混合物，構成極大危險[1]。

　　為了有效地控制溢出或泄漏的LNG流淌導致火災，常見方法是在儲罐區、卸車臺等重要場所修建防液堤、壕溝、坡槽、集液池來收集泄漏的LNG，防止四處流淌。借鑒國外先進經驗，可設置高倍數泡沫保護系統，用來覆蓋溢出的LNG，使其安全氣化，避免發生危險。焊縫、閥門、法蘭和與儲罐連接的管道是LNG容易產生泄漏的地方，運行管理中可通過可見的蒸氣云團來判斷。

　　4 結語

　　LNG所具有的“高效、環保、清潔、價廉”的優點決定了其在城鎮燃氣中的應用前景是廣闊的，而LNG氣化站憑借其建設周期短、能方便及時地滿足市場用氣需求的特點，成為海南眾多旅游開發區的永久供氣設施或城鎮管輸天然氣到達前的過渡供氣設施。因此，無論是設計施工，還是生產管理，都應以熟悉LNG性質為基礎，抓住氣化站工藝技術安全特點，實現LNG氣化站的安全運營。