浅谈液化天然气工厂管道系统

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浅谈液化天然气工厂管道系统
LNG的泄漏及预防
李雪梅  吴善军


编者：液化天然气（LNG）管道系统是液化天然气工厂的重要组成部分，其正常操作运行是保证液化天然气工厂正常生产的条件。《液化天然气工厂管道系统LNG的泄漏及预防》一文针对液化天然气工厂LNG管道系统可能出现的泄漏作了具体分析，并提出了相应的预防措施。
液化天然气（LNG）是在一定的温度和压力条件下被液化了的以甲烷为主的天然气轻质烃部分。由于天然气液化前的体积相当于液化后体积的634倍，因此,液化天然气成为一种大量运输天然气的经济方法。天然气的液化加工装置按使用情况，一般分为基本负荷型、调峰型、终站型及卫星型四种。液化天然气工厂生产的LNG主要供远距离用户或海运出口，属于基本负荷型。
1959年，第一批液化天然气从美国的路易斯安那州的查理斯湖运往英国，人类从此开始了将天然气送到不产或缺少天然气的国家。20世纪60年代中期，国外的液化天然气（LNG）基本负荷站及调峰站等开始广泛应用。在我国，第一座实现商业化生产的天然气净化液化装置位于中原油田的液化天然气工厂，其设计生产能力为150000Nm3/d，于2001年正式投产。工厂的工艺主要包括脱CO2、脱H2S、脱水的净化部分和以丙烷、乙烯复迭制冷的液化部分。基本工艺流程如下：原料气
过滤脱CO2，H2S、脱水、液化、储存装车。尽管LNG行业是一个相对较安全的行业，但液化天然气工厂在操作及LNG装车的过程中，其管道系统都有可能出现LNG泄漏。LNG管道系统主要存在液化、储存及装车单元，它的各个部位，尤其是阀门填料、连接软管及短管、气相线及采样线焊缝等处，最可能出现泄漏。具体分析如下：
LNG泄漏到地面上，最初会有一个剧烈汽化的阶段，然后，汽化率迅速降至一个稳定的值。该值由地面的热力特性及从周围空气中所吸收的热量决定。泄漏后的LNG刚开始汽化时，汽化气温度与LNG的温度相同，其密度大于空气的密度。这样，气体就会首先在地面上形成一层气流，并从环境中吸收热量。当温度上升到-80℃（对LNG而言，由其组成决定）时，它就比周围空气的密度小。这时，因为温度升高，整个混合物的密度小于空气密度，该气体空气混合物就会整体上升，形成气团。漏出的LNG液体将周围的空气冷却至露点以下，形成一个可见云团。这就是LNG出现泄漏的特征，该特征也可作为探测LNG泄漏的一种方式。


    一、阀门填料的泄漏

尽管用于LNG的阀门都是设计用于低温环境的，但当阀门冷却至操作温度时，金属部分出现收缩，该情况可能造成阀门的填料部位出现泄漏。对于LNG加长阀盖阀门的泄漏，可通过阀盖上出现非正常的结霜现象来判断，并通过早期的探测及紧固，可防止填料出现泄漏。


    二、连接软管及短管的泄漏

将LNG从一个容器转换到另一个容器时，需要一条液相线和一条气相回流线。在转换的过程中，由于温度降低，这些管线的丝扣及法兰连接点因为冷收缩可能导致泄漏。当软管作为连接管线（如LNG装车）时，软管本身也可能发生泄漏。因此，软管应根据国家安全标准至少每年进行一次压力测试，并在每次使用之前，首先进行目测，将泄漏的可能性降至最低。在液体的切换过程中，由于阀门的断开，LNG或冷蒸汽可能被隔离开。当液体汽化后，蒸汽温度升高，管线内压力增大，则需要放空来防止压力的增加。如果是直接放空至大气，低温液体和气体有可能混合在放出的流体里。因此，放空的时候不能正对着人员或设备。应制定防止软管泄漏及切断软管的操作程序，同时,还应制定关于人身保护及消除火源的防护措施。


    三、气相线的泄漏

在天然气液化、储存及汽化的管线中，由于管线焊缝泄漏，可能导致低温气体从管线中释放出来。在连接液化单元到储罐区的管线中，通常流动的是液体，从而使最终压力降低。其他管线内流动的是回流闪蒸气或储罐内的汽化气。有LNG汽化的区域，需要特别的考虑及规划，因为这些区域不但影响到高流量及压力，还涉及到从低温管材到常温管材的转换。如果汽化器及它的控制系统出现故障，操作工又没有发现和报警，则低温气体或液体就会进入常温管线，尽管有自动监控设施及连锁信号，也会导致管线的脆裂。因此，为了防止及处理气相线的泄漏，首先应选好直接与LNG接触不发生脆裂的低温管材及相应的焊料，并且还要制定出将管线与汽化器紧急隔离及防止液体流入汽化器的操作规程。


    四、采样线及采样器的泄漏

对低温液体进行采样时，应采取绝热保冷措施尽量将采样线及采样器泄漏的可能性减至最低。
人工采样经常有可能与溢流出的液体相接触，一旦接触后，LNG对皮肤可造成而类似于烧伤的冷灼伤。LNG汽化后的气体仍然是绝对的低温，也会导致灼伤。象眼睛等敏感组织，会由于暴露在低温环境中而受损。所以操作人员必须穿特殊的劳保服装并戴上面罩或护目镜。操作人员还应戴上宽松的皮手套，以便液体喷溅到上面时快速脱下。
此外，在液化天然气工厂的管道系统中，随着LNG液体的泄漏，低温气体也主要在焊缝、阀门、法兰、管件及容器连接处渗出。它渗出后，冷却周围的空气至露点以下，形成云团。一旦发现低温气体泄漏，其处理方法与低温液体相似，必须对泄漏区进行隔离或对工厂进行停车。如果出现可燃蒸汽云团，还应消除任何潜在的火源。在有火源邻近的区域，如利用内燃机系统的汽化器装置区，需要制定快速切断泄漏气体/液体的操作程序。除了用自动控制设施防止低温气体或液体进入外输系统外，许多汽化装置都还应配备可燃气体探测器、火焰传感器及自动干粉灭火系统来预防和处理低温气体的泄漏。
综上所述，为了防止和处理液化天然气工厂管道系统中LNG出现泄漏，必须采取的措施有：
1)选择适当的低温材料及保冷方式。直接与LNG接触不发生脆裂的主要材料及用途参见表1。
2)根据LNG泄漏的特性，制定相应的操作规程及措施。包括阀门操作规程，LNG装卸、切换规程，管线与汽化器紧急隔离规程，防止液体流入汽化器的规程，采样操作规程，快速切断泄漏液体/气体规程，泄漏区隔离规程及工厂停车规程等。
3)根据LNG泄漏的特性，制定相应的操作规程及措施。包括阀门操作规程，LNG装卸、切换规程，管线与汽化器紧急隔离规程，防止液体流入汽化器的规程，采样操作规程，快速切断泄漏液体/气体规程，泄漏区隔离规程及工厂停车规程等。
4)操作人员必须穿戴特殊的劳保。LNG的低温可导致对身体各个暴露部分不同的影响。如果人员在低温环境中没有得到适当的保护，则他的反应及能力都将受到影响。操作人员穿戴适当的劳保，可以尽可能的降低与低温LNG接触产生的危害。
5)采用可燃气体探测器、火焰传感器及自动干粉灭火器、围堰等设施对LNG的泄漏进行探测、预防及保护。

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