液化天然气站场安全设计与分析-中山大学-BP液化天然气中心

液化天然气站场安全及 郭开华 皇甫立霞 孙标 王文静 王建敏 中山大学-BP液化天然气中心 2012年4月18-20日 ● 青岛 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 我国LNG及天然气市场及气源状况 ¾ 2006年广东液化天然气项目正式投产，之后，福建、上海、江苏LNG 接收站也相继投产，目前进口LNG约为1100万吨／年。 ¾ 大连、唐山和青岛LNG项目现已开工建设，宁波、珠海、深圳、海南 和广西进口LNG等规划项目顺利开展，未来LNG进口量将达到7840 万吨/年。 ¾ 国内小型LNG站（卫星站：调峰占、供气站、槽车站、加（注）气站 等）约360座，供气量约为5亿方/年。 ¾ 国内天然气液化厂39多座，天然气液化能力接近260万吨/年。 ¾ 国内LNG物流量（公路槽车1300多辆；内河、近海船舶多艘万方级） 超过300万吨/年。 ¾ LNG站场（含大型和小型）多分布于沿海经济发达地区和大中城市， 对安全性要求高。 中国LNG产业发展近况及安全性要求 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 Cleveland, Ohio, 美国事故（1944） LNG安全标准与规范的形成： •美国联邦法规（DOT）：49 CFR,Part193 •美国防火协会标准：NFPA 59A（1971） •LNG是唯一由美国联邦法规对其安全进行要求的 教训： •对低温用材料要有严格指标要求 •要对其溢出采取拦蓄保护措施 •公众区严禁设置LNG站 3.5 %镍钢的储罐失效，造成大量LNG泄漏（连锁 反应），形成大火，20个街区被破坏，128 人死 亡，680 多人无家可归。这一事件令美国LNG产 业发展停滞了近20年。 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 • 1944年美国俄亥俄州克里夫兰LNG事故导致美国制定第一版NFPA59A。 • 1979年美国马里兰科维角事故导致美国电气规范修订电气密封设计要 求。 • 1974年英国弗里斯布洛事故导致英国成立了重大危险物质咨询委员 会，于1999年制定了《重大事故危害控制》等一系列法规。 • 1976年意大利塞维索（Seveso）事故促进了欧洲预防和控制重大事故 的立法，1982年通过塞维索指令（Seveso Directive）。 • LNG事故的教训和经验促进了欧美制定LNG项目审查和风险评估标准和 指导准则。 • 2004年阿尔及利亚斯基克达事件引起重视安全操作和维护规范，要求 设备之间留有足够的间距。 安全标准和法规制定源自重大事故教训 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 • 美国气体研究所（GTI）LNG蒸汽扩散和火灾热辐射研究为联邦安全法规 49CFR193确定LNG陆上设施与公众区域的安全距离提供依据。 • 美国能源管理委员会（FERC）后果评估方法项目建立了对LNG泄漏风险的 评估方法。 • 美国防火安全研究基金会LNG设施安全蒸汽扩散分析模型评价为NFPA评估 LNG蒸汽扩散模型的采用提供依据。 • 美国桑迪亚国家实验室系列LNG（船）海上泄漏模型实验和风险管理研究 为FERC审查LNG站场选址和建设提供指导和数据支持。 • 国际行业组织（如SIGTTO、GPA、ASME、ASTM、API等）跟据最新技术和 经验制定的技术标准和，引领世界潮流，成为事实上的国际标准。 • 美国防火协会（NFPA）推行科学消防规范和技术标准，一直是消防界的 先导。制定的NFPA59A为全球认可的LNG安全标准。 • 欧洲标准化委员会（CEN），英国标准协会（BSI）、德国标准学会 （DIN）等依据基础科学制定的标准得到广泛承认，具权威性。 安全标准和法规以科学研究为基础 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 标准规范对LNG站场 安全设计要求 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 LNG站场安全技术与标准 （陆上LNG设施） NFPA59A-2009：LNG生产储存和装运 GB/T20368-2006 IDT NFPA59A-2001 EN1473-2007：LNG设备与安装 – 岸上装置设计 GB/T 22724-2008 MOD EN1473-1997 GB50183-2004： 石油天然气工程设计防火规范（第10章LNG站场） SY/T6711-2008： 液化天然气接收站安全技术规程 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 – 储罐：单容罐（<100m3为全金属增压罐） 字母罐（金属子罐+外罐） 双容罐和全容罐（大型储罐） 地下储罐 – 液化单元：天然气前处理和液化线（Train) – 气化设施：开架式ORV（外淋式,海水） 浸没直燃式SCV 空气加热翅片式HAV（小型） – 卸（装）料区：停车区（泊船码头） 卸料臂（管）与紧急关断与脱开装置 – 输送系统：LNG泵输送与自增压输送 – 蒸发气BOG回收与紧急放散系统 LNG站场主要危险源 （必须考虑拦蓄设施与监测控制系统） 2012年4月18-20日 ● 廊坊 站内设施的安全间距要求（NFPA59A-2006） 1）储罐间距： – 相邻罐径之和的1/4（至少1.5m），需核算热辐射； – 储罐（拦蓄区）到建筑物 0.7倍罐经（至少30m），需核算热辐射。 2）工艺设备间距： – 到LNG、致冷剂、易燃液体或可燃气体的工艺设备与火源、建筑红线、控 制室、办公室、车间和其它有人的设施，距离不应小于 15 m； – 到任一拦蓄区或储罐排水系统，距离不应小于15 m ，需核算热辐射。 3）气化器（远距离加热气化器，环境气化器和工艺气化器）间距： – 燃烧式气化器、整体式加热气化器和主要热源到任何拦蓄的LNG、易燃致 冷剂或易燃液体或可燃气体储罐、这类流体的无明火工艺设备或用于转运这 类流体的装卸接头事故排放源、与拦蓄区其它点火源、控制室、办公室、车 间和其它有人的或重要工厂设施，距离至少15m ，需核算热辐射。 – 气化器之间的净间距，不小于1.5m。 4）装卸设施间距： – 装卸管口（接头）到不受控制的火源、工艺区、储罐、控制室、办公室、车 间或重要工厂设施，距离不小于15 m，需核算热辐射。 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 与站外设施的安全距离要求（NFPA59A-2006） 1）储罐、围堰及集液池： – 气体扩散模型计算 – 池火热辐射模型计算 2）气化器（应有拦蓄设施）： – 到建筑物红线的距离不应小于30 m； 3）装卸设施（应有拦蓄设施） ： – 装卸区LNG管线到区外的装卸车或船舶、交通道路或桥梁之间的距 离，不应、小于30 m; – 装卸区LNG主汇管到交通道路和岸桥之间的距离，不小于60 m。 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 国内规范GB 50183-2004和GB 50028-2006均采取明确规定（强制 性）各种场合和容量下的安全防火间距数值 GB50183-2004：石油天然气工程设计防火规范 小型站场（LNG总量≤3000m3）站内站外均采用LPG站场规定 大型站场（LNG总量>30000m3)站内采用NFPA59A的规定 站外规定500m或更大（计算确定） GB50028-2006：城镇燃气设计规范 主要针对小型卫星（气化）站（LNG总量≤2000m3） 站内站外均采用LPG站规定 对于小型LNG站场，防火间距可采用国内规范 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 LNG场站安全设计分析模型 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 – 重气扩散特征 – 大气条件与风速的影响 – 可燃气体浓度分布 – 火焰快速燃回 – 可燃气体受热向上席卷 – 火焰明亮 LNG蒸汽云扩散（Vapor Cloud）及快速燃烧（Flash Fire） Video Video LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 – 火势强烈明亮，热辐射强烈 – 火焰持续，大小与LNG池有关 – 大气条件和风速影响 LNG池火（Pool Fire） Video Video LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 LNG LNG 蒸汽云扩散积分模型（蒸汽云扩散积分模型（DEGADISDEGADIS）） 说明： 1. 低温液体受热（沸腾）蒸 发，蒸发量与泄漏速率有 关，且受热质扩散约束 2. 蒸发气（低温重气）对流 扩散 3. 湿空气（降温）沉入对流 扩散 4. 外部大气流动和不稳定 （风速、卷吸等）造成对 流扩散 5. 混合气体对流扩散形成可 燃气体浓度扩散分布（一 定厚度的椭圆柱形扩散） 6. 确定0.5LFL浓度扩散边界 （距离） LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 LNG LNG 池火火焰热辐射分析模型（池火火焰热辐射分析模型（LNGFIRE3LNGFIRE3）） 取值说明： m” = 0.11kg/m2s Ef = 190kW/m2 φ1 φ2 r EA D f dAr FeEE E ∫=−= − 2 213.0 coscos)1( π ϕϕ视角系数： LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 LNG LNG 大池烟火热辐射分析模型（大池烟火热辐射分析模型（PoMISEPoMISE）） Source: P. K. Raj, 2006 平均表面辐射系数与 火焰直径的关系 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 LNG站场安全设计评估案例 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 当地环境及气象条件 • 地处工业开发区，周边有几家厂矿企业 • 站场所处区域属北亚热带季风气候，四季分明，气候温 和，雨水充沛，日照充足。气象条件如下： 最大风速 25m/s 最大冻土深度 -0.09m 日照 2090h 降雨量 1019.3mm 年均相对湿度 76％ 年无霜期时间 230天 基本地震烈度 7度 年平均气温 15.3℃ 极端最高气温 43.0℃ 极端最低气温 -16.9℃ 最热月（7月）均温度 27.6℃ 最冷月（1月）均温度 2.2℃ 夏季主导风向 东南、东 冬季主导风向 东北、东 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 利用中心LNG场站危险性分析平台 对安全距离进行评估 • 按NFPA59A标准规定，利用池火模型计算热辐射安全距离。 风速、大气温度和相对湿度选取必须遵循以下条件： 1）导致最大安全距离的值 2）出现频率必须不小于5% • 按NFPA59A标准规定，进行“溢出设计”，利用LNG扩散模型 计算燃气扩散安全距离（在LNG蒸汽在空气中平均浓度为甲 烷燃烧下线50%处，为集液池（或围堰）到建筑红线安全距 离）： LNG蒸汽扩散大气环境设计 70 %35 ℃混凝土F东南2 m/s 相对湿度环境温度溢出表面大气稳定度风向风速 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 showLNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛 2012年4月18-20日 ● 廊坊 谢 谢 LNG领跑者(www.lng123.com) 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛