作者：王凯 王尽飞

来源：《科技资讯》2011年第13期

        摘 要:泄漏是天然气供应系统中最典型的事故,LNG火灾和爆炸绝大部分都是由泄漏引起的,研究LNG泄漏的相关问题对于LNG安全具有重要价值。本文主要介绍LNG泄漏后的扩散规律及危害特性,并在此基础上给出相应的计算和处置方法,为类事故的应急处置提供参考。

        关键词:液化天然气泄漏事故应急救援

        中图分类号:TE8 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)05(a)-0106-01

        随着改革开放的进一步深化,国家经济对能源的需求也不断增长。液化天然气(Liquefied Natural Gas,缩写LNG)作为一种高效、清洁的新兴能源将对优化我国的能源结构,有效解决能源供应安全,实现经济和社会的可持续发展发挥重要促进作用。由于液化天然气具有易燃、易爆、低温等特点,其应用中的安全问题始终需要放在重要位置。

        1LNG的泄漏与危害特点

        1.1 泄漏扩散规律

        一般商业LNG的甲烷含量在92%～98%,属于中轻质气体。当LNG发生少量泄漏时会迅速气化并在大气中较快挥发、稀释,一般不会造成严重后果。但当LNG发生事故性泄漏后,会在地面形成流淌液池,此时需要考虑其低温特性和液体特征。

        LNG倾倒在地面上起初迅速蒸发,然后当从地面和周围大气中吸收的热量与LNG蒸发所需的热量平衡时便衰减至某一固定的蒸发速度。该蒸发速度的大小取决于从周围环境吸收热量的多少。泄漏的LNG开始蒸发时,所产生的气体温度接近液体温度,其密度大于环境空气。蒸发气在未大量吸收环境中的热量之前,沿地面形成一个流动层。当从地面或环境空气中吸收热量后温度升高,气体也开始上升和扩散。形成的蒸发气-空气混合物在温度继续上升过程中逐渐形成密度小于空气的云团。

        1.2 泄漏危害性

        (1)燃烧爆炸。

        LNG从液态变化到气态体积膨胀大约600倍,泄漏产生的可燃气体浓度极易达到爆炸区间(5%～15%)。若泄漏引发蒸气云爆炸,其后果可采用TNT当量法和超压准则来预测:

        (1)

        式中,为爆炸破坏的TNT当量值,;为蒸气云当量系数,取0.035;为蒸气云中的天然气质量,;为LNG燃烧热,取5.5×104;为TNT爆炸热,取4.5×103。对于靠近地面的爆炸,由于地面反射作用使爆炸威力增加,需乘以系数1.8。

        (2)低温伤害。

        泄漏出来的超低温LNG液体和过冷蒸气会对附近区域的人员安全产生威胁,接触到皮肤造成低温灼伤。冻伤的程度由接触时间的长短以及皮肤与冷源之间的热传导率决定。另外如果皮肤表面潮湿,与其接触后就会粘在低温物体的表面,处理不当将导致这部分皮肤撕裂。同时,低温LNG对装置设备也具有破坏性的影响,可能导致事故的进一步扩大。例如,一般的结构连接件、焊接点和钢结构等。

        (3)窒息作用。

        天然气在空气中的体积分数大于40%时,吸入过量会导致缺氧窒息。如果吸入的是冷气体,会使呼吸不畅,长时间会导致严重疾病。虽然LNG蒸汽是无毒的,如果吸进纯的LNG蒸汽会迅速失去知觉,几分钟死亡。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,在此情况下,消防员进入必须佩戴空气呼吸器。

        (4)快速相变。

        若LNG泄漏到水中会发生快速相变(RPT)的现象,俗称冷爆炸。在某些情况下,当两种温差很大的液体直接接触时,过热液体将通过复杂的链式反应机制在短时间内蒸发,而且以爆炸的速度产生蒸气。尽管不发生燃烧,但是这种现象具有爆炸的所有其他特征。在处置该类事故时,此特点应引起高度重视,防止二次事故的发生。

        2事故处置措施

        2.1 围堰堵截,防止流淌

        为了降低LNG发生泄漏时产生的危害,在处置该类事故时应在储罐周围设置围堰或临时构建拦蓄区。其作用在于泄漏形成的液池发生流淌和进一步扩散。可利用储罐周围已有的防火堤、防护墙或者排液系统,一般采用夯实土、混凝土、金属等耐低温材料搭建。考虑到由于冬季积雪或其他原因可能导致围堰区蓄液能力下降等因素,其容积一般应大于储罐的总容积。对于有可能产生泄漏的阀门,接头处应该设置挡板,防止LNG的喷射,下方则设置集液盘,收集泄漏的LNG并通过排液管引入集液池。然后用高倍数泡沫覆盖,使其安全气化。

        2.2 泡沫覆盖,降低蒸发

        当LNG发生泄漏时,泄漏的低温液体与周围物体接触,将会产生强烈的气化,如果蒸气浓度过高就有可能引起火灾或爆炸。为了减小这种危险性,我们应该设法降低其蒸发率,同时加快蒸气的扩散速度。使用含水量较低的高倍数泡沫覆盖隔绝泄漏的LNG是降低其气化的有效手段。同时能够对形成的沉积云团起到一定抬升作用,降低地面可燃气体浓度,从而降低了起火爆炸的可能性。同时可以在LNG的自由表面放置一些密度低、热容量小的材料,使其浮在液体表面,以减少液体表面直接与空气接触的面积。如果这些材料做成网络形状,还可以降低液体表面空气的流速。泡沫玻璃热导率低,不燃烧,在这种场合使用还具有很好的防火作用。

        2.3 火灾控制与扑救

        预防LNG泄漏后发生火灾首先应该严格控制火源,天然气在空气中的最小点火能为0.285mJ。在高危区域任何火焰,高温热点以及可能产生火花的设备都应该禁止。LNG泄漏后应立即切断气源,控制泄漏。如不能有效控制堵住泄漏,可允许泄漏气体稳定燃烧,防止大量气体扩散造成二次危害。当需要对着火罐进行灭火时可采用干粉灭火系统,它是扑救高压力、大流量天然气火灾的最有效措施,对泄漏量较小的火灾,可用二氧化碳、卤代烷进行扑救,灭火后应立即切断气源,阻止气体溢出,防止复燃的发生。此外还要对着火罐及邻近罐和设备进行冷却保护,固定式冷却设备失效时应迅速采用消防水炮等移动式设备进行冷却,避免储罐受热发生超压爆炸造成更大灾害。

        3结语

        在处置该类事故中,应牢牢抓住LNG易燃易爆、低温和气液二相的特点,根据事故现场的具体情况采取灵活的战术方法才是“克敌制胜”的关键。

        参考文献

        [1] GB/T 19204-2003液化天然气的一般特性[S].

        [2] 涂吉兴,揭业香.LNG储罐组泄漏爆炸事故后果模拟[J].安防科技,2006,11: 25～27.

        [3] 郭葵常.液化天然气应用于安全[M].中国石化出版社,2008.

        [4] NFPA 59A LNG生产、储存和装运标准[S].下载本文