我国液化天然气接收站防爆设计.pdf

65 8 石 油与 天 然 气化 工 CHEMI CAL ENGI NE ERI NG OF OI L GAS 2 0 1 3 摘 要 必须 采取相 危 险 区域 划 电气设备 的 借 鉴作 用 。 我国液化天然气接收站防爆设计 殷 虹 中海石油气电集团有限责任公司技术研发 中心 在天然气行业防爆安全是企业的头等大事， 在 液化天然气 I NG 接收站工程设计 q - 应 的措 施 。探 讨 了 L NG接 收 站 爆 炸危 险环 境 特 点及 危 害 以及 释 放 源 的 确 定 ， 总 结 了 分方法， 阐述 了 L NG接收站常用防爆措施 ， 如建筑物的防爆设计、 通风防爆设计、 防爆 选用等， 总结了国内 L NG接 收站工程防爆设计 的特点， 提 出的建议对后 续工程建设有 关 键词 I NG液 化 天然 气接 收站 中图分 类号 T E 8 8 ’ 。 2 文献 标志 码 液化 天然 气泄 漏 危险 区域 划分 防爆 措施 A DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 3 4 2 6 ． 2 0 1 3 ． 0 6 ． 0 2 3 En g i n e e r i n g d e s i g n o f e x pl o s i o n pr o t e c t i o n i n LNG r e c e i v i n g t e r m i n a l Yi n CNOOC Ga s a n d Po we r Gr o u p Re s e a r c h Ho ng De v e l o pme n t C e n t e r， Be i j i n g 1 0 0 0 0 7 ， C h i n a Ab s t r a c t Ex pl o s i on p r o o f s e c ur i t y i s t h e t o p p r i o r i t y of t he e n t e r pr i s e i n t he g as i n du s t r v 。 t er n i l na l c o r r e s po nd i n g m e a s u r e s m us t b e t a k e n i n e ng i ne e r i n g de s i g n i n t he l i qu e f i e d na t ur a l ga s LNG r e c e i v i n g t e r m i na 1 ．Th i s p a p e r di s c u s s e s e nv i r o nme nt c h a r a c t e r i s t i c s a nd ha r m s o f t h e LNG r e c e i v i n g t e r mi na l e xpl os i o n，a s we l l a s t he d e t e r m i na t i o n o f r e l e a s e s o u r c e，s u m m a r i z e s t h e r i s k z on i ng d i v i d i ng m e t h od a n d e x po un ds c omm o nl y us e d e x pl o s i on p r oo f m e a s ur e s o f t he LNG r e c e i v i ng s t a t i on，s u c h a s t he e x pl o s i on p r oo f de s i g n o f t he s t r u c t u r e，v e n t i l a r i on d e s i gn ，t he s e l e c t i on o f e xp l os i o n pr o o f e l e c t r i c a l e qu i pme nt ，e t c ．，t he n c o nc l u de s t he e xp l os i o n pr o o f d e s i g n c h a r a c t e r i s t i c s of d o m e s t i c LNG r e c e i v i ng t e r mi na l e ng i ne e r i ng，a nd p r o po s e s t he r e f e r e nc e s u g g e s t i o n s t o t h e s u b s e q u e n t p r o j e c t c o n s t r u c t i o n ． Ke y wo r d s LNG ，LNG r e c e i v i ng t e r m i na l ， LNG l e a k a ge， r i s k z on i ng di v i s i o n， e x pl o s i on pr o o f me a s u r e s 液化天然气 L NG 接收站 的主要功能是 L NG 的接卸、 储存和气化 ， 以及天然气的计量 、 外输。在 L NG接 收站 的生产 过程 中不可 避 免地 会 出 现 L NG 泄漏或溢出， L NG气化后 的天然气与空气 中的氧气 混合 ， 形成可燃 、 易爆 的爆炸性混合物 ， 在这种环境 中电气设备 的火花 、 电弧或危险高温是 引起爆炸事 故的主要原因， 因此防爆安全就成为企业 的头等大 事 。为 了防患 于未 然 ， 在 工 程 设 计 中必 须 采 取 相 应 的 防爆 技术 措 施 。通 常 的 技术 措 施 分 为 两 类 ， 即一 次防爆措施 ， 如建筑 物的防爆设计 ， 通风 防爆设计 等； 二次防爆措施 ， 如在爆炸危险区内避免点燃 源， 选用防爆电气设备等 。 煮 介 殷 虹 。 6 1 一 ， 女 ， 高 级 工 程 师 ， 1 9 9 6 年 天 津 大 学 工 业 自 动 化 专 业 硕 士 ， 现 在 中 海 石 油 气 电 集 团 有 限 责 任 公 司 警 冬 中 心 主 要 从 事 I N G 接 收 站 工 程 电 气 设 计 及 天 然 气 发 电 技 术 研 究 。 地 址 1 [ o 0 7 北 京 市 东 城 区 东 直 门 南 大 藉1 1 ‘ 号 中 汇 广 场 C座 9 0 2 室 。E ma i l y i n h o n g c n o o c ． c 。 m．cn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 2卷 第 6期 殷虹 我 国液化 天然 气接收站防爆设计 1 L N G接收站爆 炸事 故特点[ 卜 ] I NG接收站厂区 的可燃物体主要分布在码头 区、 L N G储罐 区、 工艺区、 汽车槽车装车区、 火炬区、 海水 区。区内可燃物体不仅有 L NG、 天然气 ， 还有 氢气 。主要危害是火灾 和爆炸 ， 次要危 害是低温冻 伤、 噪声 、 触 电及机械伤 害。而主要危 害的起 因是 I N G和天然气泄漏 ， 因此防止泄漏发生是安全措施 的重 中之重 。 当 L N G从储罐 或管道泄 漏时 ， 起 初气化率 很 高 ， 小部分液体会 急剧气化成 蒸气 ， 形 成云层或 层 流 ， 剩余在地面的 L NG会沸腾气化 ， 与周 围的空气 混合形成冷蒸气雾 ， 在空气中冷凝形成 白烟， 白烟稀 释受热后与空气混合 ， 形成爆炸性混合物 。泄露事 故发生一段 时 间以后 ， L NG 气化率趋 近于一 个常 数 ， 若无 围护 设 施 ， 则 L NG 就 会 沿 地 面 继 续 扩 散 、 气化 ， 对人身安全构成威胁 。 2爆炸性混合物释 放源 可能 发生 泄漏 事故 的危 险部 位就 是爆 炸性 混 合 物 释放 源 ， L N G 接 收站 发生 泄漏 事故 的危 险部 位 主 要是 I NG装 卸 系统 、 L NG存 储 系统 、 气 化 系 统、 B OG处 理 系统 、 输送 系统 。释放 源部 位 和危 害 如 表 1所示 。 表 1 L N G接收站释放源一览表 Tabl e 1 Rel ea s e s ou r c es o f L NG r e c ei vi n g t er m in a 3 爆炸危 险区域 的划分I- 7 爆炸危险区域划分 的步骤是 ， 首先对爆炸危险 混合物进行分类 、 分级、 分组 ； 然后找 出释放源的位 置 ， 判定释放源的等级 ， 最后绘制爆炸危险区域 图， 爆炸 危 险 区域 划 分是 防爆设 计 的第一 步 。我 国防爆 设计 依据 的技 术规 范有 GB 5 0 0 5 8 一l 9 9 2 { 爆 炸 和火 灾危 险 环 境 电 力 装 置 设 计 规 范 、 GB 3 8 3 6 ． 1 4 2 0 1 0 爆炸性环境第 l 4部分 危险场所划分 。但是 由于 我 国 L NG 起 步 晚 ， L NG接 收 站 专 业 的 防爆 技 术标准欠缺， 因此在国内工程设计 中还必须参考 国 际 L NG专 用 技术 规 范 ， 例 如 美 国石 油 协会 标 准 AP I 5 0 5 9 7 { 在 I 类 ， 0区 ， 1区和 2区 内石 油 电气 设施危险区域划分推荐规程 ， 美 国消 防协会标 准 NF P A 5 9 A一2 0 0 1 { L NG生产 、 储存和装运标准 。 3 ． 1 爆炸 性混 合物 分 类、 分级 、 分 组方 法 3 ． 1 ． 1爆 炸性 混合 物 的分类 L NG接 收站 内的可燃 物体 主要 是 L NG 和天 然 气 ， L N G只有在气化后才具备可燃性 ， 因此 L NG接 收站 的环境属于爆炸性气体环境。 3 ． 1 ． 2 爆 炸 性 气体 混合物 的分 级 根据 G B 5 0 0 5 8 1 9 9 2第 2 ． 4 ． 1条规定 ， 爆炸 性气体混合物 的级别分 为 ⅡA、 ⅡB 、 ⅡC， 从 ⅡA、 1 I B f 0 11 C气体 的爆 炸 危险程 度逐 级 增加 。L N G 中 主 要含 有 甲烷 、 乙 烷 、 极 少 量 的戊 烷 和 正 丁 烷 ， 爆 炸 级 别属 于 I I A类 。 3 ． 1 ． 3爆 炸性 气体 混合 物 的 引燃 温度 分组 按照爆炸性气体混合物 引燃的最低温度 ， 温度 组别分为 6组 ， 代表性爆炸性气体 的温度组别见表 2 。L N G 中戊 烷 的 引燃 温 度 最 低 ， 为 2 8 5℃ ， 因 此 L NG的温度组别定为 T3 。在爆炸危 险区域内电气 设备 的表面温度不得超过爆炸性气体的引燃温度 ， 以避免由于电气设备表面温度过高引起爆炸。 表 2 温度组别 、 引燃温度和电气设备的最高表面温度 Table 2 Te mp er a t u r e cl a s s es，ign i t i o n t empe r at ur e a n d max i mu m s u r f ac e t emp er a t u r e of el e c t r i c equ i p me nt 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 2卷 第 6期 殷虹 我 国液化天然气接收站防爆设计 处理 ， 转运和贮存过程 中产生燃烧、 爆炸、 窒息 的危 险， 考虑其 出现的泄漏频繁程度和持续时间及通风 条件来划分爆炸危险区域。 由于工艺措施 、 设备制造及 自动化水平较高 ， 在 日常运行时不可能 出现爆炸危险气体混合物 ， 即使 出现也仅为短时存在 。另外 ， 由于采用露天化布置 ， 通风 情 况 良好 。按相关 规 范 的规定 ， L NG 储 罐及 容 器内为爆炸危 险区域 0区； 储存 L NG的容器及输 送 L NG 的泵 、 管线 的周 围一定范围 内为爆炸危险 区域 1区及 2区 ， 详见 图 1 。 布置在 1区、 2区内变电间／ 控制室房 间内应保持不 低 于 5 O P a的正 压 。 排除含有爆炸危险性气体 的通风机必须选用防 爆通风机 ， 风机及风管必须有 良好的接地措施 。 海水取水区的海水电解装置采用露天布置和强 行通风 ， 保证该 区域 内 的氢 气浓 度低 于爆 炸下 限 4 ．y 。 5 设 计 中采用 的 二次 防爆 措施一 防爆 电气 设备选型设计 ] 4 设 计 中 采 用 的 一 次 防 爆 ， 5 篇 萎 格 执 行 G B 4 ． 1 总体 布 置方 面的 防爆 设计 1 总体布置应按功能分 区， 以便集 中考 虑安 全防爆方案 的设计 。例如 ， 在 L NG接收站厂 区内， L NG储罐区、 工艺 区和槽车装车 区集 中布置 ， 与行 政区、 公用工程区分开布置。 2 总平 面 布 置 应 该 结 合 工 艺 流 程 特 点 、 站 址 的地形地貌 、 当地气象条件等 。例如 ， 工艺区布置在 站 区全 年最小 频率 风 向 的上风侧 。 3 全 厂性 重要 设施 如 控 制 楼 、 变／ 配 电室 、 总 变电站、 应急发电机 、 1 1 O k V 开关 站等布置在非爆 炸 危 险 区 ， 并 且距 离危 险 区 3 0 m 以上 。 4 电缆和高压电路的走 向应尽量绕开危险区 域 。 4 ． 2 建筑 物 设计 方面 的 防爆 设 计 接收站大多数生产设 备采用露天布置， 有利 于 通风及防爆泄压 ， 可避免爆炸性气体在建筑物内积 聚。如 B OG压缩机厂房为半开敞式建筑 。 4 ． 3通 风 空调 系统 防爆 设计 合理设定 L NG储罐 、 海水 气化器等设 备间安 全距离 ， 加强区域通风 ， 可以在一定程度上降低爆炸 的发 生机 率 。 总变 电所 、 码 头变 电间 、 控 制室及 机 柜室 配备 空 调 ， 在外墙上设置余压阀 ， 并且需维持房间内不低于 2 5 P a的正压。控制楼 、 码头控制楼 、 变电所 内的所 有 暖通空调设备应配备应急 电源。 当有些电气设备必须布置在爆炸危险区内而其 防爆条件又不能满足所要求时 ， 可以采用正压防护 ， 3 8 3 6 2 0 1 0 爆 炸性 环境 的相关规 定 。 1 在选用防爆电气 设备时， 电气设备 的级别 和组别不低于 I I A、 T 3 。 2 爆炸危险区域 内的电气设备 防护型式 ， 应 符合周围环境条件的要求 。L NG接收站的电气设 备外壳防护型式选用见表 3 。 表 3 电气设备 防护结构 的选型 Ta bl e 3 Typ e s el ec t i o n of el e ct r ic p r ot ec t i o n equ i p me nt 3 爆炸危 险区域 内的电缆全部 采用 阻燃 电 缆 ， 应急照明和消防系统采用耐火电缆。 4 在 电缆易受损 坏的场所 ， 电缆敷设在电缆 托盘 内或穿 钢管埋 在地 下 。在爆 炸危 险 区域 内 的电 缆不允许有中间接头。敷设 电气线路 的沟道 、 电缆 或钢 管所 穿过 的不 同区域 之间墙 或楼 板处 的孔 洞处 均采 用非 燃烧 性材 料严 密堵 塞 。 5 危险区域 内的电器 、 仪表必须获得相关机 构 的认证 ， 并在永久性铭牌上标注防护等级 、 气体类 别 、 温度组别 ， 认证标准及认证机构和认证号。 5 ． 2 L NG 接收 站 常用 的防爆 电气 设备 类型选 择 1 L NG接收站常用防爆 电气设备类型有 隔 爆 型 “ d ” 、 增安 型“ e ” 、 本 质 安全 型“ i ”、 正 压 型 “ P ” 、 无火化型“ n ” ， 其他类型基本不用 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油与天然气化工 CHEMI C AI ENGI NEE RI NG OF OI L GAS 2 允许 在危险 区域 安装 的电气设备 防爆类 型 、 标志 和 电缆见 表 4 。 表 4 电气设 备防爆类型、 标志 Ta bl e 4 An t i ex pl o sion t yp es a n d mar k s o f elec t r i c p r ot ec t i o n eq ui p me nt 6 结论 与建议 6 ． 1 对 L N G爆 炸性 气体 混合 物级 别和 组别确 定 要 合理 ， 并不 是级 别和 组别 越高越 好 国 内已建大 型 L NG接 收 站 的工 程 设 计 中 都把 L NG爆炸性气体混合物级别和组别定为 I I A，T3 ； 这是沿用了最初 国外工程公 司的设计理念， 但是 目 前有 2个在建项 目对 L NG爆炸性气体混合物级别 和组 别定 为 l i B ， T4 。 分析表明， L NG组分 中甲烷 占组分 9 0 ， 下 同 以上 ， 其引燃温度是 5 3 7 C， 温度组别 T1 ； 戊烷 约占 L NG组分的 0 ． 0 0 3 ， 其 引燃温度是 2 8 5 C， 温度组别 T3 ， 以戊烷来确定 L NG温度组别显然是 保守的。如果按照 I I B， T 4定级 ， 则更是偏严 了， 按 照 I I B， T 4选择电气设备 ， 会增加设备 的投资， 而且 只有 L E D灯具能满足 I I B， T4的要求 ， 其他常用的 防爆灯具达不到防爆要求 。 6 ． 2 在 投资增 加 不 多的前提 下 ， 可 以利用 一次 防爆 措 施 ， 加强 L NG接收 站 的安全 防护 按 照 GB 5 0 0 5 8 1 9 9 2的 规定 ， 当变 、 配 电室 内 为正压室 ， 可 以布置在 1 、 2类 危险区。福建 L NG 接 收站 的总 变 电所 虽然 布 置 在 危 险 区外 ， 但 还是 采 用了微正压室设计 ， 既保证 了室 内温度 ， 又有效地防 止了可燃气体进入。 6 ． 3 L N G码 头控 制／ 配 电室布 置应慎 重 为了操作方便 ， 码 头控制室布 置在 L NG码头 操作平台上或邻近码头的位置 ， 从安全考虑 ， 最好是 布置在爆炸危险 区域 以外 。因为 ， 操作平 台上布置 了卸料臂 、 L NG低 温管线 、 天然气管线 、 阀门、 积液 池等危险物释放源 ， 操作平 台几乎都是爆炸危 险区 域 。广东大鹏 I NG接收站 和浙 江 L NG接 收站 的 码头控制／ 配电室布置在栈桥上邻近码头的位置， 正 是 出于安 全 考虑 ； 而 上 海 I NG 接 收站 码 头 控 制／ 配 电室布置在操作平台上 ， 虽然在非危险区域内， 但是 离 释放 源很 近 。建 筑 物设 计 上 必 须 加 强 防爆 、 防 火 措 施 。为 了安全 起见 ， 建议 码 头控制 ／ 配 电室 尽量 不 要布置在码头操作平台上， 这样既保障安全 ， 又可以 节约 防爆设 施 的工 程建设 费 用 。 参 考 文 献 [ 1 ]顾 安忠． 液 化天 然气 技 术手 册 [ M] ．北 京 机械 工业 出版社 ， 2 0l 0 ． [ 2 3王天明， 邵拥军 ， 王春燕 ， 等． 中小型液化天然气装置净化 和液化 工艺研究[ J ] ． 石 油与天然气化工 ， 2 0 0 7 ， 3 6 3 l 9 1 1 9 3 ． [ 3 ]徐 文渊． 小 型液 化 天 然气 生 产装 置 [ J ] ． 石油 与 天然 气 化 工 ， 2 00 5 ， 3 4 3 l 61 1 6 4 ． [ 4 ]中华人 民共和 国建设部． GB 5 0 0 5 8 1 9 9 2爆炸和火灾危 险环境 电力装 置设计规 范E s ] ． 北京 中国计划 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 5 3全国防爆电气 设备标 准化技术 委员会． GB 3 8 3 6 ． 1 2 0 1 0爆炸 性环境第 一部 分 设 备通 用要 求 I s ] ． 北京 中国标 准 出版 社 ， 2 O 1 1 ． [ 6 ]王祥 ， 朱焕勤．油库 电气安全 防爆技术 [ M] ．北 京 中国电力 出 版 社 ． 2 0 0 9 ． 收稿日期 2 0 1 3 0 5 0 2 ； 修回日 期 2 0 1 3 0 7 1 7 ； 编辑 钟 国利 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m