LNG儲配站調(diào)峰與安全應(yīng)急管理探討

摘 要

摘要：文章主要介紹鄭州華潤燃?xì)庥邢薰驹贚NG調(diào)峰、安全管理及突發(fā)事故處理等方面的體會。就本公司LNG設(shè)備流程進(jìn)行了簡單介紹，并就LNG在城市燃?xì)庑袠I(yè)中的利用前景進(jìn)行分析。
摘要：文章主要介紹鄭州華潤燃?xì)庥邢薰驹贚NG調(diào)峰、安全管理及突發(fā)事故處理等方面的體會。就本公司LNG設(shè)備流程進(jìn)行了簡單介紹，并就LNG在城市燃?xì)庑袠I(yè)中的利用前景進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：LNG；城市燃?xì)猓徽{(diào)峰；LNG突發(fā)事故
1 概述
    鄭州天然氣工程于1986年開工建設(shè)，經(jīng)過多年的發(fā)展，鄭州天然氣進(jìn)入高速發(fā)展時期。2003年10月，“西氣”正式進(jìn)入鄭州，為鄭州天然氣工程注入了新的活力。但隨著近幾年各類用戶的迅猛發(fā)展，天然氣仍然供不應(yīng)求；同時隨著供氣范圍的不斷擴大，用氣量的大幅度增長，輸配系統(tǒng)存在應(yīng)急調(diào)峰不足等問題。2005年冬季再次遭遇瓶頸。為解決供氣不足及現(xiàn)狀輸配系統(tǒng)調(diào)峰應(yīng)急不足等問題，鄭州燃?xì)庠啻畏e極籌劃，同時按照市委市政府的指示，于2006年3月動工建設(shè)液化天然氣(LNG)應(yīng)急調(diào)峰儲配站，該項目投資約7400萬余元，于2006年9月底投入運行。
2 系統(tǒng)簡介
    鄭州華潤燃?xì)釲NG系統(tǒng)由兩臺容積為1750m3的子母罐、兩臺水浴汽化器、4組空溫汽化器和調(diào)壓站及工藝管道系統(tǒng)組成，儲氣能力為210萬Nm3，最大輸氣能力為4萬m3/h，運行壓力0.4MPa～0.6MPa。
    LNG系統(tǒng)建成后，采購自新疆、河南、山西的LNG采用罐式集裝箱儲運，通過公路運至鄭州，在卸車臺通過3臺300Nm3/h臥式專用卸車增壓汽化器給運輸LNG的槽車增壓，利用壓差將槽車內(nèi)的低溫液體送至子母罐內(nèi)儲存。
    向市區(qū)管網(wǎng)輸氣時，利用增壓器向子母罐增壓，增壓后的LNG通過工藝管道進(jìn)入空溫氣化器或水浴式氣化加熱器，夏季環(huán)境溫度較高，供氣缺口和調(diào)峰應(yīng)急缺口較小，考慮到氣化站的經(jīng)濟運行，可直接通過4臺2500Nm3/h空溫式氣化器正常供氣，正常供氣時4臺空溫式氣化器分兩組，兩用兩備，供氣量5000Nm3/h，用氣高峰時可將4臺空溫氣化器同時開啟，供氣10000Nm3/h。水浴式氣化器以站區(qū)鍋爐房提供的熱水為熱媒，與熱媒換熱后將LNG氣化為0℃～10℃常溫天然氣。正常供氣時兩臺水浴式氣化加熱器一用一備，供氣量20000Nm3/h，用氣高峰時可將兩臺水浴式氣化器同時開肩，供氣量40000Nm3/h。
    氣化后的天然氣(壓力為0.4MPa～0.8MPa，溫度為0℃～5℃)進(jìn)入設(shè)計流量為40000Nm3/h的調(diào)壓站，通過調(diào)壓、計量和加臭后使天然氣出站溫度穩(wěn)定在0℃～10℃，壓力為0.2MPa～0.4MPa后，進(jìn)入市區(qū)管網(wǎng)。
3 日常安全管理
3.1 危險性分析
    (1) LNG的低溫特性：LNG泄漏后，會吸收周圍介質(zhì)的熱量迅速蒸發(fā)，然后降至某一同定的蒸發(fā)速度。開始蒸發(fā)時其氣體密度大于空氣的密度，在地面形成一個流動層，當(dāng)溫度上升到約-108℃以上時，蒸氣與空氣的混合物在溫度上升過程中形成了密度小于空氣的“云團(tuán)”。同時，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(tuán)”，LNG再繼續(xù)吸收周圍介質(zhì)的熱量直至完全氣化。LNG的低溫危險陛還能使相關(guān)設(shè)備脆性斷裂和遇冷收縮，從而損壞設(shè)備和低溫灼傷操作者。
    (2) 蒸發(fā)氣體(BOG)的危險性：雖然LNG存儲在使用膨脹珍珠巖絕熱的子罐中，但通過罐外介質(zhì)傳入的子罐內(nèi)能量仍能引起LNG的蒸發(fā)，所以設(shè)計時要求LNG儲罐有一個極低的日蒸發(fā)率，要求儲罐本身設(shè)有合理的BOG安全系統(tǒng)放空。否則，BOG將大大增加，嚴(yán)重者使罐內(nèi)溫度、壓力上升過快，直至儲罐破裂。
    (3) 爆炸、火災(zāi)的危險性：天然氣在空氣中百分含量在5%～15%，遇明火可產(chǎn)生爆燃。因此，必須禁止任何火源進(jìn)入可能存在天然氣的區(qū)域。
    (4) 翻滾的危險性：儲罐內(nèi)的LNG長期靜置不用將形成兩個相對穩(wěn)定的液相層，下層密度大于上層密度。當(dāng)外界熱量傳入子罐內(nèi)時，兩個液相層便會發(fā)生熱質(zhì)交換，液層表面也開始蒸發(fā)，下層由于吸收了上層的熱量，而處于“過熱”狀態(tài)。當(dāng)兩個液相層密度接近時，可在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，使罐內(nèi)壓力急劇上升，這就是翻滾現(xiàn)象，翻滾很可能導(dǎo)致儲罐破裂。
3.2 安全、設(shè)備管理措施
    針對LNG存在的以上潛在危險性，我公司根據(jù)該系統(tǒng)3年多的運行經(jīng)驗及借鑒同行業(yè)的管理優(yōu)點，形成了一套行之有效的安全管理模式，較好的杜絕了危險事故的發(fā)生。
    (1) 強化制度的執(zhí)行力和人員水平的提高：建立各生產(chǎn)崗位的安全生產(chǎn)責(zé)任制度和工作標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)需要編制卸車、出液、調(diào)壓、增壓等各個操作環(huán)節(jié)的作業(yè)指導(dǎo)書，并建立安全生產(chǎn)考核體系，對員工的安全操作情況進(jìn)行監(jiān)督和考核，規(guī)范員工的操作，避免低溫灼傷和設(shè)備損壞；同時為了確保站區(qū)安全，制訂了《站區(qū)十大禁令》、《站區(qū)動火作業(yè)管理》、《站區(qū)安全管理》等制度，規(guī)范進(jìn)入站區(qū)人員的行為，消除人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)；因引進(jìn)LNG系統(tǒng)時間較短，我公司聘請上海交大資深教授及國內(nèi)同行業(yè)專家對生產(chǎn)中遇到的疑難問題進(jìn)行分析研討，并對員工進(jìn)行包括LNG站工藝流程、設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理、崗位操作規(guī)程、設(shè)備的日常維護(hù)及保養(yǎng)知識消防器材的使用與保養(yǎng)等內(nèi)容的專題培訓(xùn)，使員工的理論水平和操作技能得到大幅度提升。
    (2) 注重原始資料的積累：日常工作中要求員工認(rèn)真如實填寫卸車記錄、調(diào)度指令執(zhí)行記錄、自控系統(tǒng)運行記錄、巡檢記錄、設(shè)備運行故障記錄等，并定期對這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對系統(tǒng)或相關(guān)參數(shù)進(jìn)行改造和修訂，根據(jù)記錄中BOG的日蒸發(fā)量調(diào)整子罐壓力或進(jìn)行倒罐，將日蒸發(fā)量控制在0.2%以內(nèi)，避免BOG大量蒸發(fā)造成事故。
    (3) 建立設(shè)備設(shè)施巡檢和維護(hù)制度：自我公司LNG系統(tǒng)投入使用以來，建立并不斷完善設(shè)備設(shè)施巡檢制度，要求運行人員對整個系統(tǒng)進(jìn)行定時巡檢并做好記錄，目前運行人員對LNG系統(tǒng)巡檢周期為白天2h一次，夜間3h一次。根據(jù)系統(tǒng)分布制訂了完善的巡檢順序和標(biāo)準(zhǔn)，包括儲罐區(qū)、汽化區(qū)、調(diào)壓區(qū)及工藝管道區(qū)。巡檢過程中，重點觀察儀表數(shù)據(jù)、系統(tǒng)安全裝置、消防設(shè)施、管件及閥門焊接位置，發(fā)現(xiàn)問題及時處置；根據(jù)設(shè)備的使用頻率和使用狀況制定設(shè)備維護(hù)周期和標(biāo)準(zhǔn)，定期對泡沫噴淋系統(tǒng)、防雷防靜電系統(tǒng)、鍋爐、配電系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、汽化系統(tǒng)、報警裝置進(jìn)行維護(hù)，確保輔助設(shè)施隨時處于備用狀態(tài)。
    (4) 利用生產(chǎn)淡季對設(shè)備設(shè)施進(jìn)行全面檢查維修：根據(jù)鄭州市氣源供應(yīng)情況，每年4月至9月期間為氣源較充足的時期，我公司利用這個階段進(jìn)行LNG系統(tǒng)的全面維修和技術(shù)改造，根據(jù)上一年度運行中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行全面分析，對系統(tǒng)中存在的缺陷和不足進(jìn)行改進(jìn)，并對鍋爐壓力容器、安全裝置、消防系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、防雷防靜電裝置進(jìn)行年檢，對自控系統(tǒng)、工藝管道進(jìn)行維修維護(hù)：
    2008年對工藝管道的安全裝置進(jìn)行了改造，增設(shè)安全閥4個，確保了進(jìn)、出液管道的安全運行；
    2009年5月，在儲罐頂部呼吸閥位置加裝了檢測夾層(母罐與子管的膨脹珍珠巖填充空間)紅外式可燃?xì)怏w檢測儀，用于監(jiān)控夾層可燃?xì)怏w濃度，能夠在子罐及夾層盤管出現(xiàn)泄漏的初始階段發(fā)出報警，為緊急處置和避免險情擴大贏得寶貴時間；
    2009年9月，對原自控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，使緊急切斷裝置投入使用，同時根據(jù)3年的運行數(shù)據(jù)分析和氣源的變化，調(diào)整了儲罐液位的4個限值(包括液位高高位、高位、低低位、低位)，增加了溫度、液位、壓力(子罐壓力和夾層壓力)的自動報警功能，提高了系統(tǒng)運行的安全性能。
4 應(yīng)急管理
    根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局于2006年9月20日發(fā)布，2006年11月1日正式實施的《生產(chǎn)經(jīng)營單位安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》(AQ/T9002～2006)和我公司LNG系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的問題，借鑒國內(nèi)外同行業(yè)大量應(yīng)急處置資料，編制了包括LNG少量泄漏、大量泄漏、爆炸著火、配電系統(tǒng)故障、鍋爐系統(tǒng)故障、超壓等緊急狀況下的搶險搶修應(yīng)急預(yù)案，預(yù)案中對搶先救援的組織、分工、報警、各種事故(如)的處置程序等進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定和明確。每年組織大型搶險演練兩次，并邀請上級安全管理部門、消防部門參與，同時組織班組進(jìn)行各種突發(fā)事件控制和處置的演練，應(yīng)對節(jié)假日及夜間以運行班為主要力量的險情處置，提高員工應(yīng)急處置的能力，收到了較好的效果。
    自我公司LNG系統(tǒng)投入使用以來，共成功處置較大險情3次：
    (1) 槽車翻傾事件處置：2007年1月3日，一輛途徑鄭州的裝滿LNG的槽車翻傾在鄭州市北環(huán)立交橋，現(xiàn)場情況千鈞一發(fā)。鄭州市出動500余名警力疏散萬余名群眾，并協(xié)調(diào)公安、消防、安監(jiān)等部門，因鄭州市沒有處理LNG事故的先例，我公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場，對翻傾車輛的保溫層、閥門、安全裝置進(jìn)行檢查，隨即制定了處置方案并經(jīng)現(xiàn)場上級領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)實施，經(jīng)過15h的緊急搶險，最終將事故車輛轉(zhuǎn)移到我公司LNG卸車區(qū)，技術(shù)人員利用專業(yè)設(shè)備，將事故車內(nèi)LNG卸到LNG儲罐中，危險被徹底排除。

    (2) 進(jìn)液過程中管道泄漏事件處置：2009年11月2日晚20：40，我公司運行人員在卸車巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)2#子母罐上進(jìn)液管道與環(huán)管連接的三通處出現(xiàn)泄漏，LNG呈線狀順著保溫層大量流出，且流量明顯呈上升趨勢，運行人員立即停止卸車，將槽車與系統(tǒng)隔離，并將環(huán)管中的LNG通過氣化系統(tǒng)排入管網(wǎng)，同時安排專人在泄漏處監(jiān)控現(xiàn)場燃?xì)鉂舛?。次日組織人員進(jìn)行搶修，歷時20h使管道恢復(fù)正常運行。
    (3) 出液過程中管道泄漏事件處置：2008年2月18日，運行人員在進(jìn)行LNG裝車操作過程中，發(fā)現(xiàn)LNG2#罐上進(jìn)液總管與裝(卸)車管線焊接三通處漏液，運行人員隨即關(guān)閉LNG2#罐出液總管操作閥、LNG裝(卸)車臺閥門、LNG槽車相關(guān)閥門，并放散LNG槽車裝(卸)軟管內(nèi)液體，同時開啟LNG空溫氣化器進(jìn)口低溫“進(jìn)口”閥門，將管道內(nèi)(液)氣體排入市區(qū)管網(wǎng)(由0.53MPa降至0.50MPa時漏液停止)。安排專人實施監(jiān)控，每1h檢測17次LNG2#罐區(qū)漏氣處周圍的燃?xì)鉂舛龋倦S即與施工單位聯(lián)系組織搶修。
5 LNG儲配站調(diào)峰和氣源補充
    作為鄭州市的應(yīng)急和補充氣源，LNG儲配站擔(dān)負(fù)著事故應(yīng)急和氣源短供情況下保障居民正常用氣的重任。盡管LNG增加生產(chǎn)、運輸、存儲環(huán)節(jié)的成本致使其價格遠(yuǎn)高于管道燃?xì)?，為了保障鄭州市冬春季?jié)供氣正常，作為城市燃?xì)馄髽I(yè)，我們每年將數(shù)百萬Nm3LNG作為補充氣源輸入市區(qū)管網(wǎng)，有力的保障了冬春季節(jié)正常供氣。
    自2006年建成以來，LNG應(yīng)急儲配站共輸送LNG1472萬m3，已逐漸成為一個重要的調(diào)峰手段。具體供氣情況見表1。
    2009年11月10日晚至12日8時，鄭州地區(qū)第一場暴雪的平均雨雪量達(dá)37.8mm，鄭州市區(qū)雨雪最大量為45.6mm，積雪深度為32cm，這是鄭州市區(qū)有氣象記錄以來最大的一次。據(jù)嵩山氣象站觀測，10日以后，市區(qū)的氣溫降至零下7.1℃，降溫幅度接近20%。鄭州市需求氣量從145萬m3猛增至173萬m3，造成供氣缺口近30萬m3的緊急局面，向市政府請示后，緊急啟動應(yīng)急預(yù)案，供LNG20萬m3，保證民用取暖、醫(yī)院、學(xué)校等重點用戶不受短供影響。
表1 2006年～2010年LNG用氣情況(單位：萬Nm3)
 
2006年
2007年
2008年
2009年
2010年
年用氣量
32485
35 736
41558
47775
52210
LNG氣量
396
97
221
435
513
所占比例
1.22%
0.27%
0.53%
0.91%
0.98%
注：①2006年LNG氣量為采購量，有一部分用于補充空罐。
   ②2010年LNG氣量為上半年已用氣量。
6 結(jié)束語
    隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源的需求量與日俱增，我國迎來了LNG發(fā)展的新時代，如何搞好LNG站的安全技術(shù)和應(yīng)急管理、如何更好的發(fā)揮價格昂貴的LNG在城市燃?xì)庵械恼{(diào)峰、應(yīng)急作用成為我們面臨的一個新課題。在以后的實踐中，我們要學(xué)習(xí)國內(nèi)外同行業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗，引進(jìn)先進(jìn)的控制技術(shù)，真正了解了LNG的特性及潛在危險和控制措施，探索出一條更適合我們的管理之路。
 
(本文作者：逯兵 李超 鄭州燃?xì)夤煞萦邢薰?450006)