液化天然气储运安全技术及管理

徐丹

【摘要】：液化天然气是目前比较受关注的一种清洁型能源之一，考虑到天然气的易爆易燃特性，为了使这种需求量高、同时又具有一定危险性的能源被安全合理使用，需要采取有效的安全技术来减少储运过程中泄露等事故的发生率，通过提前防控，加强监管来降低安全风险。这也是下文即将探讨的重点内容，希望能够通过加深对液化天然气储运安全技术及管理的了解来促进其被大量安全应用，以更好的满足社会发展的需要。

【关键词】：液化；天然气；储运；安全技术；管理

引言

液化天然气作为一种环保产品，在各个领域都有很高的应用价值，但是在使用过程中涉及到运输和储存环节，如果因储运装置和其他因素的影响而导致泄露，就有可能引发重大安全事故，造成人员伤亡与财产损失。为此应找到更为合适的储运装置和方案，提高安全技术水平，构建更为完整的安全管理体系来保障人员安全和企业经营效益。

1.液化天然气简介

1.1液化天然气成分简介

液化天然气(liquefied natural gas,LNG)是天然气的其中一种形态表现，通常是对气态天然气进行预处理和压缩，使其转化成液态形式以方便储运，而当需要使用时又可进行状态转化，以方便使用。LNG的主要成分为甲烷，因而具有可燃性，同时甲烷本身无毒无腐蚀，燃烧产生的物质也无毒无害。另外，LNG中也包少量乙烷、丙烷和氮气等，只是含量相对较低。此外相对其他能源，LNG燃烧过程的有毒有害物排放量很低，燃烧后的产物非常安全（参见下表1），不易造成环境污染，因此也被称为世界上最清洁的能源[1]。

表1各类型能源碳排放比较（以1Kg为例计算）

能源类型	热值（GJ）	CO2排放量（Kg）	C排放量（Kg）
柴油	42652	3.16	0，86
汽油	43070	2.98	0.81
LNG	56368	3.17	0.86

1.2LNG特性简介

易燃性，其主要成分甲烷具有可燃性的特点，因此LNG也具有燃烧特性，即便是在低温环境下，只要存在氧气，遇到火源，也可以较快的速度大量燃烧。低温性，这也是为什么在LNG储运环节都需要先进行低温处理的原因。这种低温特性虽然可以降低一些储运风险，但是对储存装置和环境的控制要求较高，因此在采取安全防护技术及管理时要考虑因低温产生的风险。快相变性，由于LNG以低温储运，当LNG因泄露与外界接触，周围介质的温度与LNG存在差异，进而产生强烈的对流与传热过程，发生快速的相态转变，特别是在有限的空间时，这种特性极易造成爆炸事故。

2.LNG储运技术介绍

2.1LNG储存　

目前我国对LNG有多种储存方式，如最为常见的双层金属罐，这种储存装置通常位于地面，内外用不同材质制作成中空的环形罐体，并在碳钢与含镍9%的钢板的构成的空腔部位充填氮气的珍珠岩绝热层，这样不仅能保障外层坚硬，不易磨损、破裂、变形，也能保障内层不被腐蚀，保障长期的低温储存效果。如地下储罐，这种储存方式涉及到开挖作业，需要深挖出储存空间，然后用高强度的混凝土填筑，从而可以利用混凝土的特性来提高LNG储存的安全性。如半地下罐，即将部分罐体设置于地下，部分漏在地面，这样可以兼得地上和地下储存的优势。这类储罐内罐材质同双层金属罐，但外罐以混凝土浇筑而成，因此不需要在周边围建护堤。如洞穴储存，洞穴内温度较低，可保障储存安全，其次若是天然且牢固的洞穴，可以极大地降低储存成本。

2.2LNG运输

2.2.1槽车运输技术

由于各地发展差异大，导致全国各地的天然气需求量存在很大的差异性，因此对于需求量较小，且方便陆运时，可以选择槽车运输技术，根据需求量选择合适的储罐来储存LNG，然后规划好行车路线，安全、及时送达。鉴于我国的交通网络体系越来越完善，槽车适应范围越来越广，且运输时间和成本业大为降低。此外由于铁路系统逐渐发达，可运输量更大，运输优势更加明显，铁路运输也愈发常见，非常有助于实现局部区域天然气稳定供应。

2.2.2船舶运输技术

由于轮船载货量较大，对于长远距离的天然气运送来说，船舶有一定优势，这种运输方式相对安全，可满足大范围供应需求，但是由于海上环境复杂，加上港口装载和货物接收等手续复杂，不一定能及时送到。目前我国的造船技术、航海水平以及港口智慧型管理都越来越成熟，相信通过科学的航线规划，完善的运输风险防控，利用船舶来运输LNG将变得越来越可靠[2]。　

2.2.3管道运输技术

管道是非常常见的运输的通道，在我国的各类市政工程中都有体现，用于LNG的运输也是十分合理且有效的，目前我国各地都普遍采用这种运输方式。作为一种传统运输方式，它能迎合LNG低温、快相变性等特殊性能，也能够保障运输过程中的安全。但是由于管道长度和路径问题，为了控制运输成本，长距离的天然气运输还不能大面积开展，需要持续加强对该种运输方式的经济性研究，以扩展其应用范围，实现安全、经济、合理的远距离管道运输。

3.LNG储运安全风险分析

3.1翻滚

LNG的储运安全风险与其基本特性有很大的关系，例如翻滚问题，由于LNG是低温储运，与外界存在温差，超低温液体会吸取周围热量并蒸发，导致LNG分层被破坏，上下液层之间出现密度差，进而产生比较剧烈的对流混合。另一方面由于天然气储罐通过外界吸热，也会导致罐内LNG上下层液体因密度接近而出现翻滚现象。这种问题会导致罐内蒸汽量超过其极限承受能力，对罐体产生较大的压力，从而使罐体出现裂缝或炸裂，进而造成天然气泄漏或爆炸事故。

3.2泄露

鉴于LNG需要低温储存，这就要求其储存和运输装置具有一定耐低温特性，可以在低温情况下以及温度发生变化时，不会因产生脆裂形变，也不会产生收缩形变，以防因设备受损而增加泄漏的可能性。此外如果因为罐车保温效果较差，温度变化产生热障冷缩反应和大量蒸发气体导致有关安全装置失效；或是运输时出现较大的碰撞，导致罐体受损又没有及时修复；运输管道选材不合理，质量较差，这些都会降低储存装置的密封性，导致天然气在运输过程中沿途泄露，危害公共安全[3]。

3.3爆炸

LNG具有可燃性，若在狭窄的空间燃烧，会因燃烧产生大量的气体最终造成爆炸。此外若发生泄露，当空气中天然气的浓度达到一定数值，遭遇明火、火星、电火花等都会引发爆炸。另外若是储罐与运输车之间没有做好安全防护，金属物之间长期摩擦会出现放电现象，而天然气又极易燃烧，随着电荷的积攒增加，火灾爆炸风险液随之增加。

4.LNG储运安全技术分类介绍

4.1主动安全技术

　　4.1.1保温绝热技术

低温储运使得其罐体内外存在较大的温差，从而容易造成冷爆炸事故发生，也会因低温对工作人员造成伤害，虽然有些罐体特殊的材质有一定的保温作用，为了有效降低安全风险，管理者应根据储罐类型和运输方式进一步优化隔热效果，保持液体天然气处在稳定的低温状态。如对于小型储罐，采用真空绝热或者真空粉末绝热的方式，选取具有隔热保温性能材料进行填充，或是增加罐体结构层次，设计多道真空层；如对于中大型储罐可采用堆积绝热的方式。

　　4.1.2防压力安全技术

储罐压力过低容易凹陷变形，进而出现开裂现象造成泄露，压力过高可以直接导致罐体涨裂，罐顶掀翻，这种压力的极端性变化都会导致罐体出现不同程度的变形，进而引发安全事故，因此必须要根据储存量，罐体材质和大小等来合理控制压力。实际工程中可以利用压力安全阀和BOG压缩机来进行压力调节，为此要保障罐车安全自动防护系统齐全且功能正常，在装运时做好安全阀性能检测，避免阀座结冰影响开启。这样当确认出现超压情况，当压力大于安全阀最高限压，阀门会自动打开释放压力，当确认出现负压情况，可通过调节阀注入一定的干燥天然气或者氮气，若达到安全阀设定值时，开启真空安全阀，吸入空气对压力进行调控[4]。

4.1.3防爆安全技术

一是利用惰性气体做好防爆处理。鉴于出现爆炸事故是因为大量蒸发的混合气体短时间内快速聚集造成，因此可以提前利用氮气置换罐内的气体，从而避免达到爆炸极限。此外氮气对罐体和天然气都不会造成危害，自身不具备可燃性，可以降低起火场所的氧浓度而达到灭火目的，进而避免因火灾引发的爆炸。二是严格控制集液池内LNG液面上方的蒸发气。当低温下的LNG出现泄露时，被收集到集液池内与其他介质接触后会吸热而气化，而集液池内空间有限，大量快速气化的天然气构成了爆炸的基本条件。为此需要控制气化速度或是气化的天然气总量，不仅要选择保温性较好的材料建造集液池，还要设置自动高倍泡沫喷射系统，从而可在蒸发时覆盖在LNG表面来避免增发气体浓度超限。

4.1.4防翻滚安全技术

储罐内部的LNG因为运输振动、温度因素、天然气自身产品质量和性能等方面的影响，出现上下层天然气密度差，形成对流，产生翻滚现象，根据这一问题产生的原因，可针对性地采取以下安全防范措施。首先在向罐内注入LNG时，需要比较罐内原有的和待注入的LNG的密度大小，根据二者关系选择正确的充注方法，保障密度较大的LNG处在罐体上方。其次要合理选择充注设备，通常采用多孔管和混合喷嘴有助于使新旧LNG良好融合。最后要加强对LNG密度以及引起密度差异相关因素的监测，通过传感、探测装置及时收集数据，进行预警和危机处理，消除分层现象。

4.2LNG储运被动安全技术

（1）围堰措施：该方法主要用于单容罐，当储存或运输环节，储罐出现泄漏时，需要找到出现泄露的罐体，利用具有防堵防渗、抗腐蚀能力强等特性的合适材料，以泄漏点为中心，围绕罐体设置一个高度合适的围挡区，以避免泄漏范围扩大。

（2）堵漏维修：鉴于出现泄漏时会产生大量的蒸发气体，同时LNG温度较低，直接吸入对人体也会造成很大的伤害，为了防止维修人员冻伤、呼吸道受损，需要从上至下配齐全套的防护装置，眼睛、手、鼻口处也要佩戴专用装备。此外要根据罐体材质设计合理的修复方案，配备好封堵材料和器具，按照施工要求规范化、精准堵漏。

（3）蒸发气体控制措施：鉴于LNG储罐出现着火、爆炸危机时，罐体在高温环境下会产生大量的蒸发气体，为了避免高浓度气体和散发的热量对人体健康及周边设施运转造成的不利影响，可以喷射消防冷却水来降温和降低蒸发气体的浓度。或是利用高倍数泡沫系统，在火灾发生时，及时预警，并自动喷出高倍数泡沫来驱散蒸发气体。阻碍热量传递[5]。

（4）其他安全防护措施：灭火，对于LNG，当出现火情时需要采用

干粉灭火系统。隔震减震，利用橡胶支座等柔性材料制作隔震减震装置，以物理手法来提升储罐的抗震水平。引流，针对泄漏问题，可修筑排液通道将易泄露的区域流出的LNG引入附近的集液池中。

5.LNG储运安全管理内容

5.1储存装置管理

LNG储运过程要求低温环境，因此所选的罐体需要考虑到材料在低温下的耐受性，不可因低温而发生变形。此外还需要重视导热性因素，提升储运设备的隔热性能，通过优选导热系数小、性能较为稳定的材料，加强保温隔热设计来保障天然气处在温度的低温环境下。其次LNG中有一些具有腐蚀性的成分，在长期使用过后，水分和其他物质或腐蚀罐体和其他相关的装置，如Hg会腐蚀以铝作为主材的冷箱，因此在LNG的储存环节，需要根据天然气的特性合理选择化学性能优良的储运设备材料，并适当的加厚储罐底部的厚度，在底部加入一些防水成和防腐蚀成分。

5.2运输管理　　　

为了保障LNG运输安全，需要根据运输量和目的地制定科学的运输方案，如采用管道输送方式时，需要充分考虑LNG的特点以及管道承受的压力，选择优质的管材，并严格监管管道焊接质量，避免管道破损造成泄漏。此外要严格监测和控制天然气的运输温度，避免温度过高而导致气体发生膨胀，引起管道变形。如选用罐车运输时，需要根据道路交通情况和LNG特点选择合适的储运装置和运输车辆，确保罐车能够满足运输要求。

5.3设备管理

LNG因充注、控温、检测、储存、运输、安全防护等环节的工作需要，各种类型的器具和机械设备数量以及类型相对较多，这些设备关系着储运效率和安全性，会影响整个企业的运营安全，因此在设备使用的前后过程中需要进行相应的管理。如根据设备种类和使用频率、磨损周期等，制定保养维护计划，对设备进行评估，以及时修复设备损伤、故障等大小问题，更换受损严重、使用年限较久的零部件。还要对设备的使用、运行、检修做好记录，针对不同设备建立对应的管理档案，明确存量并定置管理，通过提高相关设备的安全性来保障储运的安全。

5.3日常监督管理

为了对LNG储运的全过程进行有理有据的科学化安全管理，需要成立安全管理监督组织，对天然气生产、运输、使用等各个环节的风险因素进行实时动态的监管。首先要安排专业的检测技术人员定期检查，并根据检查内容合理使用检测设备，如密度计、温度计、液位计等测量装置，温度、湿度、烟雾等自动探测仪器，确保可以及时发现储运过程中的异常情况。其次要做好重点检测工作。如要实时监测LNG组分，利用先进的数据分析手段掌握天然气的实时状态，既能确保供应的天然气品质合格，也能消除成分变化造成的储运风险。如要加强易产生泄漏部位的密封性检测，检测储罐是否密封良好、储罐结构是否完整、各连接处是否紧密牢固，一旦出现漏点，要及时对泄漏位置进行修复，避免出现泄漏、火灾、爆炸等一连串的安全事故。

结语

LNG的危险性相对较高，在储运环节易发生泄漏、火灾、爆炸等安全事故，因此需要了解LNG的储运特点，分析其安全风险和出现的原因，进而采取合理的主动与被动安全防护技术，并完善安全管理工作，以降低其危险性，促使其被安全、低成本、高效地推广应用。

参考文献

【1】万华旭，冯钰润.浅谈我国天然气液化技术开发与应用现状[J]云南化工2018，45（10）：168-169.

【2】蒋伟宁.液态天然气的储运问题分析[J].中国石油和化工标准与质量，2021，41（05）：7-9.

【3】李贵轶.液化天然气存在的危险性及安全防护技术分析[J].城市建设理论研究（电子版）.2018，（15）.

【4】张淑淑，邢志祥，钱辉，张健.液化天然气储罐安全防护技术的研究进展[J].安全与环境工程，2018，25（02）：154-159.

【5】李龙，颜丹，周静.液化天然气的储运问题与安全技术管理探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2017（16）：53-54.