LNG运输罐车事故危险性分析及处置对策研究.pdf
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1、节能环保与生态建设China Science&Technology Overview502024年1月上 第01期 总第421期1 绪论1.1 研究背景随着社会经济的迅速发展,环境污染问题越来越突出。目前,我国存在大气污染、水环境污染、持久性有机物污染等环境污染问题,大气污染防治、水环境污染防治等污染防治措施也逐渐成为我国经济发展的主要关注点,广泛使用类似 LNG 的清洁能源已经成为必然趋势。随着使用绿色清洁能源的呼声越来越高,人们对于液化天然气的需求量也越来越大。20102017 年,国内天然气的消费量呈持续增长态势。20182020 年,国内天然气消费量分别为 2803 亿立方米、3067
2、 亿立方米、3259 亿立方米。近 10 年来,国内天然气消费量持续增长,LNG 的运输压力逐渐增长,运输量逐渐提高,在运输中 LNG 罐车面临的危险系数也不断升高,导致大量 LNG 罐车运输事故发生。天然气是一种非常容易燃烧和爆炸的气体,天然气本身具有较强的危险性,研究 LNG 汽车罐车在公路运输发生事故时消防救援人员的相关处置对策至关重要。1.2 国内外研究现状从目前国内关于 LNG 汽车罐车事故处置对策研究的现状来看,对 LNG 汽车罐车事故处置对策的研究成果分布范围广泛,其中包含不同车辆条件、不同种类事故的处置措施、对策和方法。张庆利根据液化天然气罐车的结构,分别对气、液泄漏进行研究分
3、析,并针对不同状态提出不同的处置对策1。任志明对 LNG 汽车罐车发生事故后罐体有霜冻、无霜冻、无泄漏的情况进行研究,并对 LNG 罐车的交通事故和 LNG 罐车管线阀门泄漏事故处置进行研究2。邵伟和李尚勇对 LNG 汽车罐车未泄漏事故、LNG 罐车泄漏事故、泄漏燃烧事故、罐车垂直倾翻未泄漏的事故处置对策进行研究分析3。张乐、郑文和张婷婷对液化天然气汽车罐车事故的特点和液化天然气汽车罐车道路运输事故的原因进行详细的统计、分析和研究,将事故种类分为倾翻或撞击未泄漏事故、倾翻或撞击泄漏事故、倾翻或撞击泄漏燃烧事故,并研究 3 种事故的处置措施4。屈宜生和胡伟分析了液化天然气储运罐车泄漏后果,详细研
4、究了紧急堵漏法、倒罐避险法、自然排放法、水幕稀释法、泡沫灭火法等处置方法,并且列举多起LNG 槽罐车泄漏事故成功处置的案例5。张留泉对液化天然气罐车公路事故的特点进行了研究总结,分析了液化天然气罐车公路泄漏事故的详细处置程序,并且对液化天然气罐车公路泄漏事故处置技术、战术进行详细研究,提出了液化天然气罐车公路运输泄漏事故处置程序和战术运用的部分注意事项6。陈建结合 3 起典型液化天然气罐车泄漏事故的处置案例,对泄压放空、紧急关阀和扶正起吊等措施进行思考,并为今后处置同类事故提出了相应建议,对发生真空层破损、液相充装管脱落及超长隧道内侧翻等泄漏事故处置方法进行了研究7。国外使用 ALOHA、LF
5、LACS 等相关模拟软件模拟了LNG 的泄漏模型、压力模型以及喷射泄漏模型,主要对液化天然气泄漏后的危险性进行分析研究。Dong Lv 等人8通过 LFLACS 模拟 5 种不同压力下不同 LNG 储罐的最大过压压力,发现最大过压压力与储罐泄漏爆炸的危险性之间具有关联性,关联性可以作为管理人员以及消防救援人员的参考。Biao Sun 等人9对液化天然气易燃蒸汽分散模型和液化天然气池火灾辐射模型进行模拟,并对这收稿日期:2023-06-20作者简介:赵大超(1979),男,黑龙江绥化人,初级专业技术职称,研究方向:灭火救援、消防监督管理。LNG 运输罐车事故危险性分析及处置对策研究赵大超(黑龙江
6、省大庆市大同区消防救援大队,黑龙江大庆 163000)摘要:目前,随着社会经济的迅速发展,环境污染问题愈发严重。为积极践行习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”的理念,社会各界倡导使用清洁绿色的能源。液化天然气(简称 LNG)是目前存储量多、最常使用的清洁能源之一,因其具有沸点低、可燃、燃烧热值高、气液比大等特性被广泛使用。但其使用、运输的危险性也逐渐增大,不断出现因交通事故导致的 LNG 汽车罐车倾翻、泄漏、着火和爆炸等事故,LNG 罐车的运输安全问题得到广泛关注。LNG 汽车罐车是 LNG 运输的重要手段,运输风险较高,事故处置措施以及技术显得非常重要。LNG 汽车罐车事故一般可分为未
7、泄漏事故、泄漏事故、着火爆炸事故 3 类。基于此,对 LNG 自身的危险性、未泄漏与泄漏事故的危险性、火灾爆炸事故的危险性及相关类型的事故处置技术进行论述和研究,并结合连霍高速 LNG 运输车辆倾翻处置案例、罐车泄漏处置案例、包茂高速 LNG 泄漏处置案例等具体案例对不同罐车事故的处置过程、处置技术以及处置人员的防护措施进行研究。通过分析不同情况的 LNG 汽车罐车事故,提出 LNG 运输罐车在公路运输事故发生时消防救援人员的相关处置对策。关键词:液化石油气罐车;火灾危险性;处置对策中图分类号:X937 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2024)01-0050-06512024年
8、1月上 第01期 总第421期节能环保与生态建设China Science&Technology Overview两个模型的潜在危害进行计算流体动力学(CFD)模拟。模型已考虑复杂溢油情景中危险空间和时间的分布,通过有效的模型对喷雾水幕和高膨胀泡沫池火的蒸汽分散进行研究。1.3 研究目的与意义对 LNG 汽车罐车事故处置对策进行分析,总结归纳不同类型 LNG 罐车事故中的不同处置措施及相关对策。通过 LNG 汽车罐车事故处置对策的研究,进一步提高事故中消防救援人员对事故严重性的判断能力、事故处理能力以及救援人员的风险意识,为消防救援人员在抢险救援现场选择合理高效的救援方法打下坚实基础,为不同类
9、型的罐车事故成功处置做好全面准备。2 LNG 介质特性及汽车罐车结构2.1 LNG 的理化性质LNG主要成分是甲烷,化学名称为CH4,其中含有少量的C2H6(乙烷)和C3H8(丙烷),无色、无味、无毒、无腐蚀性、低毒性,其临界温度为-82.3,临界压力为48kg/cm3,液态密度为 0.430t/m3,气态密度为 0.688kg/Nm3,沸点为-162.5,熔点为-182,着火点为 650,气态热值9100kcal/m3,液态热值 12000kcal/kg。LNG 为甲类化学危险品,具有易燃易爆、燃烧放热量大、气液膨胀比大(625:1)的特点,泄漏后与空气接触混合形成危险性较高的爆炸性气体,浓
10、度达到爆炸极限时遇静电、火花都会发生燃烧爆炸。如果人吸入大量的LNG 气体,可能会出现头疼、头晕、心率加速、意识障碍等不良反应,严重时可致死。LNG 泄漏后易发生燃烧事故,罐体受长时间热辐射,罐内液化天然气迅速气化,气体极速膨胀,罐内压力增大,同时罐体强度降低,极易发生物理爆炸。当水流直接接触到液化天然气时,液化天然气会瞬间气化,激烈沸腾、喷出水雾并发出声响,发生LNG 蒸气爆炸。2.2 罐车结构常见的 LNG 罐车一般有两种,一种是罐体固定在车体上的固定式罐车,另一种是半挂式罐车。以半挂车为例,半挂式罐车是指在拖挂式底架上固定罐体,使汽车的承载能力最大化,不受底盘大小的约束,有较大的载重力,
11、运行过程中不易发生颠簸,但其整体性和灵活性较差,主要组成部分包括罐体、管路系统、操作箱。2.2.1 低温储罐液化天然气低温储罐是 LNG 罐车的重要构成部分,是 LNG 主要的储存和运输设备。LNG 罐体内部工作温度为-162及以下,在运行和运输过程中储存的 LNG 处于沸腾状态。由于运输罐内的 LNG 持续沸腾,当罐体受到外部热量辐射、充装时冲击或大气压变化时,会使贮存在罐内的 LNG 发生变化,LNG 储罐与其他石油化工储罐相比具有一定的特殊性。2.2.2 管线系统管线系统主要包括充装系统、增压系统、泄放系统、仪表系统。充装系统主要用于运输罐车与贮存罐体,运输罐车通过进液管路和充液管路对物
12、料进行转移、运输和存储,其主要的组成部分有进液阀、止回阀、紧急切断阀等。2.2.3 安全附件LNG 汽车罐车储罐的安全附件大多位于车辆尾部的操作箱内,有少量安全附件位于罐车顶部和侧部。车辆安全附件一般包括安全阀、压力表、爆破片装置、紧急切断装置、液位计、测温仪表等。其中,安全阀(压力达到0.84 0.88MPa 时起跳)主要用于控制低温 LNG 液化天然气罐内压力不超过规定压力值及超过规定值时对罐体内部进行减压泄放操作,对人员安全和设备稳定运行起重要保护作用;压力表用于观测罐内压力值及变化;爆破片用于压力容器压力异常升高时二次减压排放容器内部物料(压力达到 0.9 1.0MPa 时爆破);紧急
13、切断装置主要用于物料充装泄放和遇到紧急情况时切断物料泄漏;液位计主要用于观察罐体内部液位水平或者对液位计进行放空操作;测温仪表的主要用处是测量储罐内部温度。3 LNG 罐车事故分类及风险分析3.1 LNG 罐车事故分类根据泄漏方式,可以将 LNG 罐车事故大致分为未泄漏事故、泄漏事故、LNG 汽车罐车火灾事故(未泄漏车辆着火事故、泄漏着火爆炸事故)。其中,未泄漏事故指罐车受到外力作用导致的罐体、管线等部位变形但未发生气相、液相泄漏的事故,未泄漏事故一般可分为未泄漏罐体无结霜事故、未泄漏罐体有结霜事故;泄漏事故指的是罐体受到外力作用时,罐体、管线等部位发生气相、液相泄漏的事故,根据泄漏位置不同一
14、般分为罐车管线阀门泄漏事故、罐体破损泄漏事故。LNG 罐车具体的火灾事故包括罐体泄漏起火事故、车辆管线泄漏起火事故、其他部位起火事故(如车轮起火事故、车头起火事故等)。如果 LNG 罐车在发生火灾事故后未得到有效及时控制,罐体受热辐射时间较长可能发生物理爆炸事故。如果发生泄漏事故且现场泄漏量大、现场空气流动性差,泄漏后的 LNG 堆积形成云团、液池,当空气中的 LNG 云团浓度超过爆炸下限时,就有可能发生化学爆炸事故,或由于罐内压力增高未及时处理,也可能发生物理爆炸事故。3.2 LNG 罐车事故的危险性分析液化天然气罐车事故多发生于车辆行驶途中,多以交通事故的形式出现,潜在的危险性相对较大,其
15、主要的危节能环保与生态建设China Science&Technology Overview522024年1月上 第01期 总第421期险性包括液化天然气本身具有的低温特性和低毒性、压力罐体本身具有的危险性及可燃性。3.2.1 未泄漏事故的危险性分析LNG 罐车在行驶途中遇到翻滚等事故后,罐体未发生泄漏且无结霜,事故发生时罐体内部存有的液化天然气受到外部撞击产生剧烈摇晃、滚动使 LNG 分层,罐体受到外力冲击使罐体内部液化天然气气化,气化的天然气会使罐体内部压力增大,严重时会使罐体破裂、爆炸。LNG 罐车在行驶途中发生侧翻、碰撞等事故后,罐体、管线变形,车辆未发生泄漏,但罐体外壁有结霜的情况则
16、表明罐体内层或外层破损、罐体双层保温结构失效、真空层失效,罐体内部的液化天然气直接与大气发生热交换(液化天然气的沸点为-162,气液比为 625:1),罐体内部的液化天然气迅速气化,使罐体内部压力急剧增高,压力超过罐体承受能力范围时就有可能发生物理爆炸。3.2.2 泄漏事故的危险性分析LNG 汽车罐车发生泄漏后可能存在人员冻伤、人员窒息、着火、爆炸的危险。当 LNG 汽车罐车发生管线、罐体泄漏事故后,不知情人员、处置事故人员等在没有穿戴专业防护装备的条件下,或由于不断泄漏,当泄漏点附近的环境温度不足使液态的 LNG 气化时,就会在泄漏点附近形成液池,形成大面积低温区域,出现人员冻伤的情况。当泄
17、漏量足够大、现场空气流动性差或者泄漏点位于低洼地带时,在泄漏点周边和地势低洼区逐渐形成云团和低温区。LNG 浓度达到 25%30%时,空气中的氧含量降低,人员大量吸入就会出现头晕、头疼、呼吸急促、心跳加速、注意力不集中等现象,如不及时救助,就有可能导致人员死亡。泄漏事故发生后,如果周围存在静电、火花、烟头等引火源,就会点燃泄漏的液化天然气。如果发生气相泄漏,被点燃后就可能形成喷射火;液相泄漏形成液池后,如果被点燃,就会形成池火。喷射火、池火会烘烤罐体,最终可能使罐体强度降低,甚至发生分解爆炸或 Bleve 爆炸。如果空气中的液化天然气浓度小于 5%,泄漏出的LNG 持续燃烧烘烤罐体,长时间接受
18、热辐射的罐体就会发生分解爆炸;如果发生泄漏后现场通风条件不佳,泄漏出的液化天然气气化浓度达到 5%15%,在有引火源的条件下就会发生爆炸。3.2.3 火灾爆炸事故的危险性分析LNG 属于甲类危险品,易燃易爆,着火点为 650,静电、车辆启动时的火花、烟头等引火源都会点燃 LNG。当车辆发生泄漏后,没有专业人员及时处置,在引火源的作用下,非常容易起火或爆炸。管线、罐体泄漏着火,车头、车胎、低盘或者油箱等部位起火,都会持续烘烤罐体,达到一定时间,罐体就会发生化学分解爆炸。罐内残存的液化天然气也会在爆炸发生的同时被引燃,呈火球向四周散落,引燃其他车辆、物品、其他危险品,烧伤人员、房屋建筑、森林等,进
19、一步引发次生灾害。4 LNG 汽车罐车应急处置对策分析4.1 资源配备LNG 汽车罐车事故发生后,应根据现场实际的灾情和条件进行人员、车辆、装备的调度。如果现场出现未泄漏事故,事故处置应以监护转移、输转倒罐和排气放空为主,对于此类事故的处置通常需要 3 辆消防车及 2 辆及以上其他民用车辆,未泄漏事故车辆配备如表 1 所示。如果现场出现泄漏事故,事故处置应该以堵漏、稀释、阻燃、抑爆为主,需要消防车 6 10 辆,根据现场的泄漏点的情况适当增加水罐车、远程供水车等车的数量,泄漏事故车辆配备如表 2 所示。现场有水源时,要在泄漏点的下风向布置水幕水枪,避免泄漏形成蒸气云爆炸,使用喷雾水枪对已经泄漏
20、的液化天然气进行稀释。液化天然气泄漏燃烧事故,因泄漏燃烧部位不同采取的灭火战术也不同,对于管线、车头、车轮等部位的火灾事故,主要以前期直接扑灭、后期罐体降温为主,如果罐体泄漏着火,则应该以冷却罐体、控制燃尽、抑制爆炸为主。因此,处置火灾事故要根据现场确切的着火位置、着火点数量适当增加水罐车的数量,处置液化天然气泄漏燃烧事故约需要 8 12 辆消防车,泄漏燃烧事故车辆配备如表 3 所示。4.2 现场的管理与控制4.2.1 建立警戒区首批参战力量到达现场后,初步确定范围,设立警戒区。大量泄漏时,在上风向 150m、下风向至少 500m 的表1 未泄漏事故车辆配备参战车辆车辆类型适用情况水罐车泡沫车
21、抢险车吊车LNG 罐车(空)3 辆11100事故车未翻、未结霜、可移动4 辆11110事故车倾翻、未结霜、可移动5 辆11111事故车倾翻、未结霜、不可移动5 辆11111 事故车倾翻、结霜、不可移动532024年1月上 第01期 总第421期节能环保与生态建设China Science&Technology Overview位置设置警戒区。在警戒区内,根据泄漏扩散的液化天然气分布,以泄漏点为中心,根据温度差异划分区域。处置事故时划分为低温冻伤区(红)、工作区(黄)和安全区(绿),根据实时动态的检测结果,结合风向、天气等因素,分析可能受影响的区域以及范围,适时进行范围调整。联系有关部门封闭事故
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