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淺談液化天然氣 (LNG) 工廠的安全管理

發布時間:2016-01-15 08:37:06    來源:楊凌LNG工廠    作者:耿安杰 劉晨瑤 楊慶威 趙征遠 車銳媚 王瑩

摘要:近年來我國的液化天然氣(以下簡稱:LNG)技術研究及應用發展較快,但還沒有相應的技術設計、防火規范。LNG工廠建成后,如何實施安全管理,保證 LNG 工廠的安全運行,成為擺在陜西燃氣工作者面前的新課題。故結合我國某LNG工廠(日處理量150萬m3/h)的安全管理實例, 談談自己的看法。

一、 LNG 液化工廠的潛在危險性

    1.LNG的定義及其特性。LNG 的定義:天然氣在常壓下,當冷卻至約-162℃ 時,則由氣態變成液態,稱為液化天然氣(英文Liquefied Natural Gas,簡稱 LNG)。液化天然氣的體積約為同量氣態天然氣體積的1/600,大大方便存儲和運輸。
LNG的基本特性有:主要成份為甲烷,還有少量的乙烷、丙烷以及氮等其他成份組成。沸點為-162.5℃,熔點為-182℃,著火點為650℃。爆炸范圍:上限為15%,下限為5%。
    2. LNG 潛在的危險性。LNG 雖是在低溫狀態下儲存、氣化,但和管輸天然氣一樣,均為常溫氣態應用,這就決定了 LNG 潛在的危險性:
2.1低溫的危險性:由于 LNG 泄漏時的溫度很低,其周圍大氣中的水蒸氣被冷凝成“霧團”, LNG的低溫危險性能使相關設備脆性斷裂和遇冷收縮,從而損壞設備和低溫灼傷操作者。
    2.2 BOG 的危險性:外界傳入的能量能引起 LNG 的蒸發,這就是BOG(蒸發氣體)。故要求LNG 儲罐有一個極低的日蒸發率, 要求儲罐本身設有合理的安全系統放空。否則 ,BOG 將大大增加 , 嚴重者使罐內溫度、 壓力上升過快,直至儲罐破裂。
    2.3火災的危險性:天然氣在空氣中百分含量在5%-15%(體積 %),遇明火可產生爆燃。因此,必須防止可燃物、點火源、氧化劑(空氣)這三個因素同時存在。
    2.4翻滾的危險性:儲罐內的 LNG 長期靜止將形成兩上穩定的液相層,下層密度大于上層密度。當外界熱量傳入罐內時,兩個液相層自發傳質和傳熱并相互混合,液層表面也開始蒸發,下層由于吸收了上層的熱量,而處于“過熱”狀態。當二液相層密度接近時,可在短時間內產生大量氣體,使罐內壓力急劇上升,這就是翻滾現象。
    3.LNG 廠區內可能對人體造成的傷害:低溫凍傷;燙傷傷害;噪聲傷害;觸電傷害;機械傷害;碰傷傷害;墜落傷害。

二、 LNG 工廠的安全技術措施

    安全技術措施是安全生產的重要保障,在技術上保障設備和系統的可靠運行,配備先進的檢查設備和監測設備,能夠有效的減少安全生產事故和職業危害,具體包括以下幾個方面:   
    1.生產工藝安全設計和相關標準。LNG生產工藝安全是保證 LNG工廠設施安全運行的重要前提,因此,必須遵循相關標準和規范進行安全設計,常用的國外標準主要有美國國家標準《液化天然氣 (LNG) 生產、 儲存和裝卸標準》、日本部頒標準《一般高壓瓦斯保安法則》等,國內標準主要有《石油化工企業設計防火規范》、《城鎮燃氣設計規范》等。
    2.分布控制系統 (Distribute Control System, DCS)。DCS 系統用于顯示和控制 LNG 裝置的溫度、壓力、液位、流量、轉速等數據參數,監控報警信息,能夠實現遠程數據顯示,數據傳輸,生產控制等功能,確保生產安全順利運行。

    3.緊急關閉系統(Emergency Shut Down, ESD)。ESD 系統在 LNG裝置發生緊急狀況時開啟,用于隔離和關斷 LNG 或其它設備,并關閉那些如果繼續運行可能維持或增加災情的設備。
    4.火災和泄漏探測報警系統。可能發生可燃氣體聚集、LNG 或可燃制冷劑溢流的地方和封閉的建筑物應設置火災和泄漏監控設備。在天然氣生產設備和儲罐附近要設置可燃氣體濃度檢測報警裝置,當氣體濃度達到爆炸下限的10-25% 時,即發出聲光警報,以便迅速采取緊急措施。
    5.消防水系統。消防給水系統由消防泵房、消防水罐、消防管道及消火拴、 消防水炮等組成,用于消防,冷卻儲灌、設備和管道,控制未燃燒的泄漏或溢流危險物。消防水供應和分配系統的設計,應滿足所有固定消防系統的同時使用需要。
    6.干粉滅火系統、泡沫滅火系統和移動式滅火器材。天然氣泄漏量較少時著火,可以用干粉、二氧化碳、鹵代烷滅火劑撲滅,但滅火后應立即切斷氣體來源,阻止氣體溢出,否則可能引起復燃,甚至爆炸。采用高倍數泡沫滅火系統覆蓋儲罐區、管道、卸車臺泄漏及事故集液池內的LNG,使其安全氣化,避免產生危險。在LNG設備和汽車槽車的關鍵位置屬于嚴重危險級別場所,應設置便攜式或車輪式滅火器,能夠撲滅發生的火災。控制室、變配電室內配置手提式二氧化碳滅火器,以保證迅速有效的撲滅初期火災。
    7.在爆炸和火災危險場所嚴格按照GB 50058-92《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》等規范規定配置相應的電氣設備,并采取相應的防雷措施 , 以防止電氣火災和雷電火災。

三、 LNG 液化工廠安全管理措施

    1.安全管理機構及其人員的設置。LNG工廠應有專門的機構負責安全管理 , 建立安全委員會,設置安環辦主任和專職安全員,班組設置兼職安全員,構建清晰的安全管理網絡圖,劃清各個崗位的安全責任,建立完整的安全管理制度,認真做好安全管理工作。
    2.安全管理制度。LNG工廠的安全管理制度分為兩個部分:國家及地方法律法規和工廠安全管理制度。其中工廠安全管理制度又可分為:政策性制度和專項管理制度。
    A、涉及的國家及地方法律法規:《中華人民共和國憲法》、《安全生產法》、 《刑法》、《消防法》、《勞動法》、《道路交通安全法》、《職業病防治法》、國務院493號令《生產安全事故報告和調查處理條例》等。
    B、LNG工廠安全管理制度。①政策性制度主要有:《安全管理委員會章程》 、 《全員安全生產責任制》、《安全教育管理制度》等。②專項管理制度根據 LNG 工廠的實際需要,主要有:《兼職安全員制度》、《廠區安全管理細則及處理標準》、《隱患整改制度》、《檢維修管理制度》、《崗位巡檢制度》、《交接班制度》、《重大危險源管理制度》等。
    3.安全檢查及其落實。加強日常的安全檢查與考核,以此規范操作行為,對于重點的生產工藝、消防和報警器等設備,應建立日常或定期安全檢查制度,做到獎懲分明。杜絕違章生產作業,克服麻痹大意思想帶來的安全隱患。
    4.工廠安全作業票的分類。工廠安全作業票分為六類:動火作業票、高處作業票、有限空間作業票、動土作業票、臨時用電作業票和檢維修作業票。
    A.動火作業是指能直接或間接產生明火的工藝設置以外的非常規作業,如使用電焊、氣焊(割)、噴燈、電鉆、砂輪等進行可能產生火焰、火花和熾熱表面的非常規作業。
工廠動火等級劃分為:一級動火、二級動火、三級動火(固定動火)。①一級動火區域:主裝置區、儲罐區、灌裝區、火炬區、末站;②二級動火區域:空壓站、消防泵房、鍋爐房;③三級動火區域:除一級、二級以外的區域為三級動火區域(固定動火)。
動火作業審批程序分為一級動火、二級動火、三級動火(固定動火)《作業票》審批程序。①一級動火作業的《作業票》審批程序是:由申請用火人→申請用火負責人→工藝班長(副班長)→責任工程師→生產辦相關人員審核→安全管理人員審核→工廠負責人批準;②二級動火作業的《作業票》審批程序是:由申請用火人→申請用火負責人→工藝班長(副班長)→責任工程師→生產辦相關人員審批→安全管理人員批準;③三級動火作業的《作業票》審批程序是:由申請用火人→申請用火負責人→工藝班長(副班長)→生產辦相關人員審批→安全管理人員批準。
動火作業注意事項有:①作業票沒有審批完成,不得動火;②一級動火作業由安全管理部門進行監護,監護人員不到位不允許動火;③高處動火需做好動火區域下方的防護、提示;④有限空間、工藝管線及內部有可燃氣體、有毒有害氣體動火的在履行作業前的檢測及抽堵盲板外還需進行持續性檢測,持續檢測時間間隔不得超過30分鐘;⑤節假日動火作業要提高一個等級。

    B.高處作業是在墜落高度基準面2米以上(含2m)位置進行的作業,高處作業分為一般高處作業和特殊高處作業兩類。
高處作業等級劃分為:一級高處作業、二級高處作業、三級高處作業和特級高處作業。①高度在2~5m(含2m),稱為一級高處作業;②高度在5~15m(含5m),稱為二級高處作業;③高度在15~30m(含15m),稱為三級高處作業;④高度在30m(含30m)以上,稱為特級高處作業。
高處作業審批程序分為一般高處和特殊高處作業審批流程,特殊作業指30米以上的高處作業。①一般高處作業審批流程為:主作業人員→作業監護人→工藝班長或安全員→作業單位負責人→生產辦負責人審批→安環辦批準;②特殊高處作業審批流程:主作業人員→作業監護人→工藝班長或安全員→作業單位負責人→生產辦負責人審批→安環辦審批→工廠領導批注。
高處作業注意事項有:①風力6級以上嚴禁作業;②高處作業應與電纜保持最小安全距離(1.5M);③高處動火需做好動火區域下方的防護、提示;④高處作業嚴禁交叉作業,如必須分層交叉作業需做好隔離;⑤嚴禁極端天氣下高處作業。

    C.有限空間作業是指化學品生產單位的各類塔、釜、槽、罐、爐膛、鍋筒、管道、容器以及地下室、窨井、坑(池)、下水道或其它封閉、半封閉場所。
有限空間主要作業條件有五條。①與系統進行隔離;②作業前30min內進行氣體檢測,作業過程中至少每30min檢測一次;③涂刷具有揮發性溶劑時要采取強制通風措施;④進入具有酸堿腐蝕性有限空間時需穿戴好防酸堿工作服、工作鞋、手套等;⑤受限空間照明電壓應小于等于36V,在潮濕容器、狹小容器內作業電壓應小于等于12V。
有限空間作業審批程序是:現場作業負責人→工藝班長或安全員→責任工程師→生產辦負責人審批→總工(副總工)審批→廠長(副廠長)批準→安環辦簽發。
有限空間作業注意事項有:①作業監護人員必須到位,保持通訊暢通;②相應的檢測設備要具備持續檢測條件的要保持檢測狀態;③作業人員的安全繩要牢固有效;④作業負責人不準離開有限空間現場。

    D.動土作業是指挖土、打樁、鉆探、勘探、地錨入土深度在 0.5 m以上;使用推土機、壓路機等施工機械進行填土或平整場地等可能對地下隱蔽設施產生影響的作業。
動土作業要求有:①作業人員多人同時挖土應相距在2m以上,防止工具傷人;②作業人員發現異常時,應立即撤離作業現場;③發現邊坡有裂縫、松疏或支撐有折斷、走位等異常危險征兆,應立即停止工作,并采取可靠的安全措施;
④深度超過1.2m時,挖出的泥土堆放處和堆放的材料至少應距坑、井、溝邊沿0.8 m,高度不得超過1.5 m,堆積坡度小于45°。
動土作業審批程序是:機修人員審核→生產工藝技術人員審核→計控、儀表技術人員審核→電氣技術人員審核→工程技術(給排水、消防)工作人員審核→安環辦審核→總工程師(副總工程師)審核→廠長(副廠長)批準。
動土作業注意事項:①作業人員需將具體動土深度、寬度寫清楚;②審核人員必須到現場核實,落實開挖處有無相應管線或電纜,進行詳細交底;③作業負責人不準離開開挖現場。

    E.臨時用電作業是指由用電部門持動火作業許可證辦理臨時用電作業許可。
臨時用電作業審批程序是:臨時用電負責人→電氣接線人員→電氣班長→工廠領導。
臨時用電作業注意事項有:①臨時用電作業應先開具相應動火作業票 ;②臨時用電時間、地點應與動火作業票一致;③電氣作業人員必須雙人,一人作業、一人監護;④非電氣專業人員嚴禁私自接電。

    F.檢修作業等級劃分可分為兩種,按機修專業劃分,可分為①一級:拆無備用的各類動、靜設備、改造、動火、用電、帶壓、含可燃氣體、核心設備;②二級:各動、靜設備的維護;③三級:日常保養各類機泵、壓縮機、輔助系統。按電氣專業劃分,可分為①一級:三大機組及附屬設備的維修;②二級:有備用設備的維修;③三級:臨時用電、停電、送電。
檢修作業審批程序是:作業人員→作業負責人→工藝班長→主管領導→監護人→工廠領導。

四、LNG 液化工廠事故應急管理

    針對LNG 的事故特點,建立 LNG 工廠事故應急處理領導小組,制定事故處理預案。其目的是為了在發生事故時,能以最快的速度發揮最大的效能,有序地實施救援,達到盡快控制事態發展,降低事故造成的危害,減少事故損失(人員傷亡、財產損失、環境污染)。應急預案主要分為綜合應急預案、專項應急預案、現場處置方案和附件。
    1.綜合應急預案是從總體上闡述處理事故的應急方針、政策,應急組織結構及相關應急職責,應急行動、措施和保障等基本要求和程序,是應對各類事故的綜合性文件。
綜合應急預案主要包含:危險源及風險分析、防范措施;應急救援組織機構、人員和職責;報警、通訊聯絡方式;人員緊急疏散、撤離;應急救援保障——內部保障、外部救援;預案分級響應條件;事故應急救援關閉程序;應急培訓計劃;演練計劃等。

    2.專項應急預案是針對具體的事故類別(如危險化學品泄漏等事故)、危險源和應急保障而制定的計劃或方案。
專項應急預案主要包含:事故類型和危害程度分析、應急處置基本原則、組織機構及職責、危險源監控及預警、信息報告程序、應急處置、應急物資與裝備保障。

    3.現場處置方案是針對具體的裝置、場所或設施、崗位所制定的應急處置措施。
專項應急預案主要包含:事故特征、應急組織與職責、應急處置、注意事項。

    4.附件主要包含:有關應急部門、機構或人員的聯系方式;重要物資裝備的名錄或清單;規范化格式文本;關鍵的路線、標識和圖紙;相關應急預案名錄;與相關應急救援部門簽訂的應急支援協議或備忘錄。

五、總結

    LNG 工廠發展在我國尚處于起步階段,特別是國內尚未頒布關于LNG 站設計和施工的行業規范 ,設計和工程建設中都可能因為各種因素,留下未來運行的安全隱患。作為陜西省燃氣工作者,完善安全技術管理和安全管理制度,加強職工培訓教育,提高安全意識,才能夠確保了 LNG工廠的安全穩定運行,保障生命和財產的安全。
 
 

參考文獻:

[1] 敬加強 梁光川 蔣宏業.液化天然氣技術問答 [M].北京:化學工業出版社,2006。
[2] 顧安忠.液化天然氣技術[M]. 北京:機械工業出版社,2003。

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