LNG特性及危险性分析

Ｌ　Ｎ　Ｇ特性及危险性分析　段玉龙　（上海海事大学商船学院，上海２０１３０６）　摘要：液化天然气是一种便于储存和运输的存在形式，其可以提高运输经济性。但由于其本身特性比较特别，因此在储　存及运输方面应格外注意其安全性问题。本文就ＬＮＧ特性及其危险Ｉ性进行了概述及分析，以便于操作人员充分全面的了　解ＬＮＧ，提高ＬＮＧ储存、运输和使用的安全性以及经济性，为未来ＬＮＧ市场绿色、安全、规范化做一点铺垫。　关键词：ＬＮＧ特性；危险Ｉ陛；分析　中图分类号：Ｕ６３３．８　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７３－６４７８．２０１３．０２．００２　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｒｉｓｋ　ｏｆ　ＬＮＧ　Ｄｕａｎ　ｆ０　（Ｍｅｒｃｈａｎｔ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＳｈａｎｇｈａｉ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１３０６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬＮＧ　ｉｓ　ａ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｙ．Ｂｅ－　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｏｗｎ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　ｒｔａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｐａｉｄ　ｓｐｅｃｉａｌ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｏ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｉｓ－　ｓｕｅｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ＬＮＧ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｎａｄ　ｉｔｓ　ｒｉｓｋ　ｏｆｒ　ａ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ，ＳＯ　ｔｈａｔ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｅｃｕｒｉｙｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｏｆ　ＬＮＧ　ｓｔｏｒａｇｅ，ｔｒｎａｓ－　ｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｎａｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｍａｋｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｏｆ　ＬＮＧ　ｍａｒｋｅｔ　ｇｒｅｅｎ，ｓａｆｅ，ｓｔｎａｄａｒｄｉｚｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＬＮＧ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｒｉｓｋ；ａｎａｌｙｓｉｓ　液化天然气（ＬＮＧ）是一种低温液体，主要由　燃气供应的。但有些大型天然气产地距离消费者较　甲烷组成，且含有少量其他轻质烃类，例如：乙　远，管道运输不经济，因此ＬＮＧ海上运输便成为了　烷，丙烷，丁烷等。天然气遍布世界各地，人类早　一种比较经济的运输方式，从而拓展了天然气的贸　已对其进行开采并通过管道运送给用户和工厂。许　易网络。　多大型管道都是从离岸井沿着海底或穿过大陆进行　天然气是经过液化装置和再气化装置进行液化　作者简介：段玉龙（１９８８一），男，山东潍坊人，硕士研究生，研究方向为船舶动力装置。Ｅ．ｍａｉｌ：ｙｌｄｕａｎ＠１２６．ｃｏｍ　２０１３年第２期　０５　新能源技术　和气化的，充分了解ＬＮＧ特陛可提高天然气运输的　经济性。ＬＮＧ与公众之间是受严格控制的，通过对　其危险性分析，可提高天然气储存、运输的安全｝生。　美国。具有两个或以上碳原子的烃类化合物的含量　较高的ＬＮＧ被称为“高碳”ＬＩＮＧ，这是因为其燃烧　比热高于“低碳”ＬＮＧ（特立尼达岛）。２００５年　ＬＮＧ进口量最大的是日本５　８６０万吨，约占ＬＮＧ全　１　ＬＮＧ特性　球总贸易的３０％。日本、韩国以及台湾ＬＮＧ进口量　大部分来自印度尼西亚和中东。　ＬＮＧ特性随着组分的变化而变化，然而其组分　却随着原产地的不同而不同，如表１（美国能源部　２００８）。天然气原气中含有许多其他杂质，如水蒸　气、二氧化碳、氮气和氦等。在其液化过程中，其　中许多杂质将被除去。全球ＬＮＧ中，质量最好的来　自特立尼达岛，而其２００５年ＬＮＧ产量的８０％出口至　甲烷临界点为１９０．４　Ｋ，这意味着甲烷不能在室　温下仅靠加压进行液化。因此，其需要进行冷却液　化。在大气压下，天然气需被冷却至沸点（如表　２）以下才能完成液化。这与液化石油气（ＬＰＧ，含　有大量地丙烷和丁烷）完全不同，因为ＬＰＧ可在常　温下经加压完成液化。　表１随产地不同ＬＮＧ中典型烃类组分含量的变化情况（注：除氮及氦）　表２　ＬＮＧ部分特性　交通节能与环保ｌ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　新能源技术　１．１可燃性　表３　ＬＮＧ常见组分可燃极限　可燃性是ＬＮＧ主要特性之一。纯甲烷在空气中　的可燃范围是５％～１５％，由于ＬＮＧ由多种轻质成分　组成，其中包含不燃的氮气，因此其实际可燃范围　与纯甲烷相比稍微有些变化。另￣￣ｂＬＮＧ的易燃性也　受点火能量影响，如图１，这将意味着ＬＮＧ可燃极　限变窄。表３为ＬＮＧ常见组分典型的燃烧极限范　围。ＬＮＧ蒸气对爆炸传播反应性较低，其传播速度　低于其它烃类。　（比重为０．６～０．６８），室温下比空气轻，其危险性比　其他烃类蒸气小。但ＬＮＧ在沸点处产生的冷蒸气比　空气重，比重约为１．５。　１．３低温及热值特性　点　火　能　量　－、　ＬＮＧ温度在一１６２Ｒ２左右，其能导致皮肤冻伤　及碳钢催化。ＬＮＧ能量密度稍高于汽油（约高　１０％￣１　１％），其在足量氧气的状态下产生的火焰温度　较高。每单位能量，ＬＮＧ燃烧产ＣＯ　量少于其他液　态烃类或煤炭，因１］：￣ＬＮＧ对环境影响比其他液体烃　类或煤炭小。每加仑ＬＮＧ的潜能是每加仑汽油的几　百倍，如表２中ＬＮＧ（如阿尔及利亚）燃烧热达　图１甲烷可燃极限和所需点火能量　ｌ　４９．２　ＭＪ／ｋｇ或８４．３５　ＭＪ／ｇａ］，而汽油燃烧热为４４．７５　ＭＪ／ｋｇ或１０６．３　ＭＪ／ｇａｌ。目前每艘ＬＮＧ船平均可容３　１．２膨胀性及比重　０００　０００加仑（１１　３６０　ｍ　）ＬＮＧ，其能量相当于５５　颗广岛原子弹。　１．４蒸发性　ＬＮＧ密度小于水，其由沸点升至室温下，体积　将膨胀为原来的６００倍左右，因此天然气以液态进　行运输与储存比较经济。天然气分子量低于空气　ＬＮＧ蒸发无残留，对环境影响小（仅冻结效　２０１３年第２期　０７　新能源技术　应）。与水或地面接触可迅速蒸发，形成蒸气云。小　型泄漏的ＬＮＧ能很快的闪发，而大型泄漏的ＬＮＧ　将逐渐地蒸发，其中较轻组分将比较重组分优先蒸　发。大型泄漏的ＬＮＧ将花费几分钟乃至几个小时才　能完全蒸发，随着时间推移浓度也将有显著地变　化。最先蒸发的组分在地上（当ＬＮＧ还未完全冷却　下部土壤时）扩散速率最高。因此，蒸气云最远距　离处的甲烷含量最多，尽管后续蒸发的组分中含有　降低燃烧下限的重质组分，但其相应的可燃范围还　为５％～１５％。海上泄漏的ＬＮＧ不像陆上泄漏的ＬＮＧ　那样，蒸发率具有明显的下降，因为冷却的海水下　沉，新鲜温暖的海水上浮，始终保持轻质组分一直　在优先蒸发。　图２为Ｒｅｉｄ提供的一张ＬＮＧ（８５％甲烷、１０％　乙烷、５％丙烷）的蒸发轨迹图。尽管图表显示是残　留液体浓度，但蒸气浓度可以通过液体蒸发残留的　乙烷一丙烷浓度下降直线推算出来。　丙烷　乙烷　蒸发期间ＬＮＧ组分变化情况　图２　ＬＮＧ气化过程中残留液体浓度变化状况　１．５灭火性能　ＬＮＧ池火产烟量较少，由于明亮无烟火产生　的辐射较高，所以ＬＮＧ火灾的辐射量比重质烃　高。池火越大产烟越多，产功率随着液池尺寸变大　０８　而降低。ＬＮＧ火灾唯一的灭火方式是使用干粉灭火　器，而不能用水灭ＬＮＧ火灾。预先安装的消防泡沫　也可减缓火势，但是灭火不能阻止液体的蒸发以及　蒸气云的形成。因此，控制火势比灭火更安全。　２　ＬＮＧ对公众的危害性　在液化或再气化装置内或者在船岸间货物传输　过程中ＬＮＧ的带压泄漏具有一定的危害性。但由于　ＬＮＧ对装卸货材质腐蚀性较小，因此腐蚀导致泄漏　的可能性比较低。　意外释放的ＬＮＧ可能导致下列危险：　（１）闪火，池火或喷射火导致的辐射烧伤和结　构弱化；　（２）半封闭蒸气云爆炸导致的超压和脉冲；　（３）封闭蒸气云爆炸导致的超压和脉冲；　（４）快速相变（ＲＰＴ）爆炸导致ＬＮＧ迅速扩　散，蒸发或超压；　（５）窒息；　（６）冻伤；　（７）翻滚。　按时间顺序事故从泄漏开始形成液池，经蒸发　形成蒸气云团，随后蒸气云扩散发生闪火，最后变　为池火。　２．１闪火，池火。或喷射火　溢流的ＬＮＧ引发的主要危险为火灾。因此对　ＬＮＧ的最大危险性主要集中在池火方面。喷射火仅　发生在处理装置压力释放时，因此其对公众的威胁　性较小。　陆上或海上溢流的ＬＮＧ形成的液池将迅速蒸　发，并在其下风处形成蒸气云。如果蒸气云中的任　何一点达到可燃浓度并被点燃时，将发生闪火，并　顺风燃烧，也有可能逆风燃烧。闪火将沿预混合边　交通节能与环保Ｉ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　新能源技术　缘迅速燃烧，形成更严重的包笼火。实质上闪火持　续时间比较短，通常不超过几十秒。其到达附近物　体的总辐射量通常低于来自相同距离持续时间较长　的池火或喷射火。闪火不可能发生复燃或燃伤燃烧　区域以外的人。　池火燃烧非常猛烈，火焰自身就是高危险性　的。其后果影响与液池半径有密切关系。其伤害半　径与液池半径类似于线性关系。当液池半径小于３　ｍ，ＬＮＧ的伤害半径大于ＬＰＧ；当液池半径大于３　ｍ，ＬＮＧ的伤害半径小于ＬＰＧ。相等半径下，ＬＰＧ　火焰高度略高于ＬＮＧ火焰高度。池火的热辐射危险　度也非常高。　喷射火也是自身高危险性的。若泄露孔径较　大，其后果较严重，将导致人员死亡，设备损坏。　其热辐射也是高危险性的。　２．２户外蒸气云爆炸　试验已证实户外蒸气云爆炸仅发生在半封闭或　者狭窄区域。狭窄区域即为障碍物（如管路，泵或　者其他设备）密集区域。海上溢出的ＬＮＧ，即使是　由船舶碰撞引起的，因不处于半封闭或狭窄区域的　环境下，所以不会发生户外蒸气云爆炸。但船舶上　层甲板液化设备处存在狭窄区域，并且此处天然气　密度远远高于海面上任何地方，易发生爆炸。靠港　货轮流出的ＬＮＧ将在其侧面形成一个三维膨胀区　域，由于码头支撑柱间存在狭窄区域，则可能发生　爆炸。但由于天然气低反应性，所以户外蒸气云爆　炸还是属于小概率事件。　２．３封闭式蒸气云爆炸　由于天然气在室内或封闭空间内聚积，因此发　生爆炸的机率较高。通常，此类爆炸是由于建筑物　内天燃气管道发生泄漏引起的。因为ＬＮＧ被保存在　其正常沸点温度以下，在ＬＮＧ储罐，卡车或者海船　内的蒸气分压为１００％，不存在氧气分压，所以就算　２０１３年第２期　在最坏情况下（真空断路阀开启）也不会致使大量　空气进入引发爆炸。　泄漏的ＬＮＧ蒸气可渗入到建筑物中，形成封　闭式蒸气云，因此可能发生爆炸，所以液化或再　气化装置的ＬＮＧ供给管路不允许穿过建筑物。建　筑物的进风口安置位置通常高于ＬＮＧ蒸气云最密　集处，因此蒸气渗入建筑物的情况也比较罕见。　由于以上原因，封闭式ＬＮＧ蒸气云爆炸基本构不　成威胁。　２．４窒息　ＬＮＧ蒸气通过稀释呼吸区域内的氧气浓度使人　窒息。当空气中氧气含量小于１５％时，人们行为就　会变得迟缓；当氧气含量小于１０％时，人们就会出　现头晕、恶心的症状；当氧气含量降至６％以下时，　人们就会窒息而死。此时对应的ＬＮＧ蒸气浓度大约　分别为２８．２％、５２．２％及７１．３％，如果ＬＮＧ蒸气浓度　继续升高将会导致冻伤。然而这些浓度点仅存在户　外泄漏处附近，人们可以通过判断风向及时采取措　施进行避免，因此ＬＮＧ蒸气在户外使人窒息的可能　性很小。当然人们千万不可以进入ＬＮＧ蒸气浓度超　过２８．２％的地方。　２．５冻伤　１９７７年，在阿尔及利亚的阿尔泽对ＬＮＧ船舶　进行装货时，由于一个大孔径阀门破裂导致１　５００～　２　０００　ｍ３的ＬＮＧ释放出来，部分ＬＮＧ喷到工人身　上，致使１人冻伤。此事故原因是由于阀门未按要　求采用不锈钢制成，而是由铝制成。如按章程规范　操作，冻伤事故发生概率也比较低。　２．６　ＰＲＴ（快速相变）爆炸　ＰＲＴ爆炸属于物理爆炸，通常是由于ＬＮＧ渗入　水中并与之良好混合发生瞬时沸腾或相变（由液体　变为气态）引起的。ＲＰＴ爆炸至今尚未引起人员伤　亡，但曾引起设备损坏。目前还未能对ＲＰＴ引起的　０９　新能源技术　超压进行充分的测量，但观察表明ＲＰＴ导致的超压　还不足以引起人员伤亡。　２．７翻滚　翻滚现象其实是一种热不稳定性现象，主要是　因为两层密度不同的ＬＮＧ在储罐内迅速的翻动混　合，瞬间产生大量的蒸气导致。这是一个剧烈气化　的过程。起初，ＬＮＧ在储罐内静置并发生分层，密　度小的液体上升至密度大的液体之上，从而使下层　液体具有一定液压头，并与上层液体保持压力平　衡，抑制住了下层液体的挥发。当储罐内出现明显　的分层现象时，由于上层液体的抑制作用，使得外　界传入下层液体的热量无法通过蒸发而散失掉，从　而导致下层液体处于过饱和状态，下层液体温度就　会升高，进而少量的Ｎ：首先汽化，破坏液体分层的　平衡界面，使得ＬＮＧ储罐内出现扰动，即翻滚现　象。在发生翻滚现象时，罐内ＬＮＧ的汽化量通常为　自然蒸发量的１０￣５０倍，这将导致罐内气压迅速上　升并超过安全阀设定值，使罐内出现超压现象。若　安全释放阀排放不及时，将导致贮槽的机械损伤，　设备损坏，同时排放出大量蒸发气，不仅对经济上　造成损失，而且对环境也造成污染。　３结论　随着社会、经济、科技的发展，人类对能源的　需求越来越大，世界对能源的消耗也不断增加，导　致石油价格不断上涨。由于天然气具有性能高、热　值大、高效、绿色、廉价等优势，正渐渐取代其他　能源，成为人们日常生活及工业能源的主导。ＬＮＧ　使用安全已成为一个全球关注的话题，因此加强对　１０　ＬＮＧ的了解，对降低ＬＮＧ事故发生频率及其危害　程度至关重要。本文通过对ＬＮＧ特性以及危险性　进行分析，可以让接触或者操作ＬＮＧ的人员更加　了解其性能特点，便于高效快捷的对其进行处理，　减少其事故发生率，降低其事故破坏程度，提高　ＬＮＧ储存、运输及使用的安全性以及经济性，为　未来ＬＮＧ市场绿色、安全、规范化做一点铺垫。　参考文献：　【１】郑洪驶．世界液化天然气市场动向分析卟国际石油经济，　２００６（６）：７—１０．　【２］郑海明．我国进口液化天然气海上运输研究【Ｄ】．上海：上海　交通大学，２００２．　【３】胡雪，江衍煊．ＬＮＧ泄漏与防范的研究　安全健康和环　境，２０１０，１０（１２）：２３－２５．　【４】钱众，伍健东．ＬＮＧ储存工艺的火灾危险性分析卟消防科　学与技术，２００６，２５（４）：５２７－５２９．　【５】杨克瑞，尹清党．ＬＮＧ接收站的风险与预防措施卟油气储　运，２０１１，３０（８）：６７５—６７６．　【６１马小明，吴晓曦．ＬＮＧ储罐火灾后果分析叫．申山大学学报　论丛，２００７，２７（２）：１０５—１０８．　【７］谭四红，刘庆辉．ＬＮＧ槽船装卸临时性重大危险源事故风　险评价　．煤气与热力，２０１０，３０（８）：１０—１３．　【８】薛垂荫，林化新，孟霜鹤．氧气传感器的应用田．化学传感　器，１９９２（２）：６３—６６．　１９１黄鹏程．ＬＮＧ船舶特性及其管理的思考Ｕ】．航海技术，２００６　（５）：４４—４６．　［１０］孙化栋，聂新峰．液化天然气运输中的翻滚现象及预防Ⅲ　世界海运，２００７，３０（２）：２３—２４．　【１１】尚梅．我国能源消费影响因素与地区差异研究［Ｄ】．西安：　西安科技大学，２０１１．　交通节能与环保ｌ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ