LNG加气站安全设计.doc

3、LNG加气站安全设计
3.1 总平面布置安全设计
（1）结合地形、风向、站外环境，综合考虑防火间距
《美国车用LNG规》地上和半地下LNG储罐从拦蓄区到建筑物和用地线的距离

储罐水容积（m3）
从拦蓄区或储罐排水系统边缘到建筑物和用地线的最小距离（m）
储罐之间的最小距离（m）
3.8～7.6
4.6
1.5
7.6～56.8
7.6
1.5
56.8～114
15
1.5
114～265
23
1.5
（2）按流程顺序、使用功能合理分区
按流程顺序及功能将站内区域分为：拦蓄区、作业区、辅助区，各区之间分界明显，将配电、控制、生活等容易出现火源的设施远离危险区布置。
（3）设置拦蓄区和集液池，防止事故扩大
根据《LNG规》LNG储罐的周围应设置拦蓄区，拦蓄区的作用是在发生泄漏时，为防止流体流淌蔓延，将流体限制在一定的区域内，便于使用泡沫灭火器隔绝空气限制流淌火灾。在拦蓄区内设置集液池，以便收集泄漏的LNG和雨水，集液池与拦蓄区外的水封井相连，两者之间设置截断阀，阀门平时关闭，当排除集液池内雨水时，阀门打开，雨水进入水封井，潜水泵启动排出雨水。
（4）设置环形车道或回车场地
LNG加气站站区虽小，但总平面布置时要考虑到方便消防车从场地中进退，方便LNG槽车的进出，特别要考虑到事故状态下需要向LNG槽车倒出事故储罐液体，要方便LNG槽车快捷进入。
3.2  建（构）筑物安全设计
（1）耐火等级
建（构）筑物的耐火等级为2级、耐火时限2小时，所有混凝土及钢构架、管架、支座、螺栓施工完毕后应涂覆耐火层。
（2）耐低温设计
站内工艺设施的基础，如储罐、低温泵、加气机基础及防护堤应采用抗冻性能好的混凝土，储罐钢支座应作耐低温处理。
（3）抗震设计
①按照工程所在地抗震设防要求设计。
②考虑水平和垂直加速度引起的动作用力。
③考虑地震力和操作荷载的组合。
（4）安全疏散口
拦蓄区及操作平台均设置两个安全疏散口。
3.3  工艺安全设计
（1）工艺流程要简单简洁
    LNG加气站的工艺流程已经较为成熟，较为定型。由于如前所述的危险特征，在紧急情况下要快速切断，在正常情况下要操作方便。这就要求系统流程要简单、简洁。简单可以省掉很多繁琐的操作过程，减少故障点，减少投资；简洁可以使人容易操作，容易判断系统故障原因，快速排除故障、恢复系统。这就要求设计在确保安全、满足规范和工艺要求的前提下尽量优化、简化流程。
    如国内有的建成站分别设了卸车、储罐、备用等三个增压器，笔者所在单位在南方某工程设计时，只设一个增压器，使卸车和储罐共用，取消备用增压器。
（2）设备管道布置要合理
①管道排列依据介质危害程度
    管线地面并排布置时要按照工艺、给水、仪表风、控制、电气顺序排列。地下电气和仪表不能与工艺管线同沟，并应按规范保证一定间距，防止天然气泄漏时与电气火花相遇产生爆炸。
②配管系统要安全
配管设计要进行柔性计算，低温管道考虑冷收缩要进行补偿，补偿尽量采用自然补偿式，管道支架要考虑管道振动、地震力、温度变化等荷载安全性。
③设备管道布置时应考虑到操作、维修及安全通道
    所谓维修通道要考虑到大件部件维修时，容易移至地面，维修时无障碍；所谓安全通道即逃逸通道，考虑在发生泄漏、视线极差的情况下方便操作人员快速逃离。管道布置要方便逃逸，防护提内一般采用地上管道，高度300mm左右为宜，防护提内到加气机的管线采用地下管沟敷设。
（3）超压安全放散
①自动放散及人工放散
       LNG系统尽管采取了保冷措施，但介质仍要受到漏热的影响而产生体积膨胀，压力升高。所以系统的超压放散十分重要，储罐设置两个安全阀自动泄压，防止压力超限，设置真空安全阀，防止储罐出现负压，液相管道两个阀门之间设置安全阀，防止管道压力超限，气相管道上也设置安全阀；除设置安全阀自动放散外，设置人工放散阀，防止自动放散失效，增加放散的灵活性。
②集中放散
站内各工艺设施如储罐、低温泵、工艺管道等设备设有统一集中的放散管，使安全放散或人工放散的气体集中排放，放散管高出周围25米之内的建筑物2米，位置设置在站区全年最小频率风向的上风侧，放散方向为无建（构）筑物和无人活动的空旷地带。
（4） 紧急切断系统（ESD）
系统内设置紧急切断系统，紧急切断系统自动或人工、远程或现场均可操作，当系统内设置的监测仪表监测到系统运行工况超限时，能自动报警并切断系统（首先切断储罐等危险源装置）；当系统内场地监测仪表监测到系统发生泄漏或火灾等灾难性事故时，能自动报警并快速切断（同样首先切断储罐等危险源装置）。
站内在拦蓄区、加气区、卸车区等经常操作的区域内，设置紧急切断系统人工按钮，当操作者判断系统不在受控条件下时，可以通过人工手段快速实现停车。
（5）控制系统失“源”保护安全设计
    当控制系统失去电源或仪表用气源时，系统应能中止在安全状态，并保持这一状态直至系统重新启动或长期安全。
3.4  控制报警系统安全设计
（1）装置检测仪表
    储罐上分别设置现场和远传液位计、压力表，并对液位、压力实行联锁，超限自动报警、切断；低温泵的进出口、工艺管道上设有现场和远传压力表、温度计，加气机上设有现场和远传流量计、压力表、温度计，所有仪表均远传到控制室，实行在线实时控制。
（2）现场监测仪表
① 卸车区、拦蓄区、加气区设置可燃气体泄漏报警器；
② 拦蓄区设置能连续检测LNG泄露的低温控制报警装置；
③ 卸车区、拦蓄区、加气区设置火焰探测器。
（3）所有检测、监测仪表与紧急切断系统联锁，当检测到系统工艺参数超限时，立即启动ESD，实现紧急切断和停车。
3.5  电气安全设计
（1）按照《爆炸规》划定爆炸和火灾危险区域，在爆炸区域内选择相应防爆级别的电器设备、灯具、电缆等；
（2）采用阻燃性电缆，并对电缆沟填实封堵，防止气体和液体进入配电室，控制室内。
（3）按照《防雷规》站内危险区划为第二类防雷建筑物，采取如下防雷措施：
① 防止直击雷：将加气区罩棚屋面彩钢板厚度设计大于0.5mm（满足雷电直击要求），在办公楼屋面设置避雷网（网格不大于10×10m），壁厚大于4mm的容器利用金属壳体直接作接闪器，但应与防雷接地网可靠连接，保证良好的电气通路。当需设计避雷针时，避雷针高度按照滚球法计算合适即可，不能加高，太高容易“招雷”。
② 防止感应雷：将所有工艺设施，如储罐、低温泵、管道、放散管、加气机及钢结构的加气罩棚等，均应接到防雷电感应的接地装置上；
③ 防止雷电波侵入：电缆外皮、保护钢管接到防雷电感应的接地装置上，架空工艺管道每隔25米接地一次，并与防感应雷接地装置相连；
  ④ 防雷击电磁脉冲（LEMP）：信息系统需要防雷击电磁脉冲，其防雷区（LPZ）按《防雷规》可划分为LPZ1区，主要措施是在信息系统设备所在的建筑物屋面设置避雷网；房间采用屏蔽接地措施，即将建筑物内所有的金属构件、金属门窗、钢筋混凝土的钢筋等自然构件、工艺设备、管道等电位连接，并与防雷接地装置相连。
  在低压进线屏上设置浪涌保护器，在信息系统的电源入口处设置浪涌保护器。
（4）按照《静电规》，对工艺装置、管道等进行防静电接地，选择导电性能好的加卸气软管对LNG槽车及受气车辆进行接地。
（5）全站的防雷接地、防静电接地、电气接地及信息系统接地共用接地装置，接地电阻不大于1欧姆。
3.6  排水系统安全设计
（1） 拦蓄区的集液池与外部排水管道之间无直接联系，防止LNG流入市政排水管道。
（2）在排出系统上设置水封井，当拦蓄区集液池的雨水需要排出时，隔离夹杂的LNG，并采用明沟排至安全地带。
3.7  灭火系统设计
（1）干粉灭火系统
在拦蓄区、卸车区，加气区设置干粉灭火器，一旦排出的泄漏气体被引燃时，人工快速释放干粉灭火，避免火势扩大，把事故消灭在萌芽状态。
（2）气体灭火系统
在控制室、配电室等建筑物内设置气体灭火器，如二氧化碳型灭火器等扑灭电气火灾。
（3）泡沫灭火系统
在拦蓄区、卸车区、加气区设置泡沫灭火器，主要用于隔绝流体与空气的接触；扑灭流淌火灾。
4.、安全设计中两个问题的探讨
4.1  关于消防给水系统的设置
    水在LNG站场与其它消防系统的用途不同，水既不能控制也不能熄灭LNG站场的火灾，水遇到LNG火灾时，只会加速LNG的气化，进而加快其燃烧速度。对火灾的控制只能起到相反的作用。水在LNG站场主要是用来冷却其它受到火灾热辐射的储罐或设备，关于消防给水系统的设计现行规范规定如下：
①《石油规》规定，储存总容积小于265 m3的LNG罐组可不设消防给水系统；
②《LNG规》第9.1.2条规定，消防水系统是否设置，需要根据防火工程的原则、设施场地条件和危险性分析、暴露建筑物或其它财产进行评价。
    LNG汽车加气站为小型LNG站场，一般情况下最多设两个储罐，国内目前的LNG加气站均设置一个储罐，设置消防给水系统是为了保护其它储罐，在仅有一个储罐或两个储罐的情况下，着火时拦蓄区内一片火海，冷却已无意义，冷却其它未着火储罐主要是针对罐组多、界区大的大型LNG站场，故小型LNG加气站可不设消防给水系统。但是发生泄漏时，为了给处理事故留下时间，应设置泡沫灭火器隔离封闭拦蓄区及集液池内的LNG。
4.2  关于地下储罐的开发问题
《LNG规》第10.6.3章已经明确地下储罐的防火间距几乎是地上储罐的一半。在城市寸土寸金高楼大厦林立、周边环境复杂的情况下，采用地下储罐可大幅度的节约土地；再则地下储罐泄漏时无LNG溢出问题，较之地上储罐安全。但是，目前国内无厂家生产地下储罐。美国国内有不少的LNG加气站采用地下储罐，这里除了地下储罐外，LNG潜液泵的开发也要随之配套。
5.、问题及建议
5.1 等同采用美国标准应注意的问题
    我国即将等同采用《美国车用LNG规》，包括已经等同的《LNG规》。在我国尚未有太多的LNG工程实际经验的情况下，采用先进国家标准是十分必要的，但这两种标准毕竟是美国的标准，标准中有几个问题可能在执行过程中引起混淆。
（1）标准中多处有经过“主管部门”同意可适当放宽防火间距。对“主管部门”的解释是多个法定部门或法定权力人，我国权力交叉的现象比较普遍，建议明确一个主管部门。
（2）等同采用的标准中的“热辐射距离”要通过美国天然气研究院GRI0176报中的“LNG火灾辐射模型”计算，此模型属于商业软件，国内使用不太现实，建议由有关部门组织攻关，建立我国自己的“LNG火灾辐射模型”。
5.2  建立我国自己的LNG工程建设标准体系是当务之急
目前，我国LNG产业迅猛发展，上游单位如中海油、中石油，中石化三大集团公司相继制定了一系列标准，如液化天然气的通用标准、分析、计量、生产、储运标准。但是下游的工程建设缺少标准规范，建议国家有关部门尽快等同采用美国《车用LNG规》，或尽快制定适合自己国情的LNG汽车加气站工程建设标准。