液化天然气泄漏与扩散的安全性分析

液化天然气泄漏与扩散的安全性分析

李科

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摘要：随着液化天然气进口数量的提升，液化天然气接收码头的建设速度也在不断加快，并且其建设主要集中在人口密集以及工业发达的沿海地区。在液化天然气运输与储存过程中，存在着泄漏与扩散的可能性，并且这种可能性会随着液化天然气运输和储存量的加大而提升，会给国家和居民带来严重的威胁。针对这种情况，应加强对液化天然气泄漏与扩散的安全性分析，并积极探索保障液化天然气储运和接收安全的有效措施。

关键词：液化天然气；泄漏与扩散；安全性；评价

引言：液化天然气是重要的能源之一，随着经济的快速发展，对液化天然气的需求量也在不断提升。目前我国的液化天然气产量难以满足经济发展的需求，因此需要大量进口，而液化天然气泄漏与扩散所带来的危险性也越来越受到人们的关注。基于此，本文就液化天然气泄漏与扩散的安全性进行探究，并就液化天然气风险评价提出了相关建议。

1液化天然气的特性

液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)。主要成分是甲烷，还有少量乙烷、丙烷、氮等，临界温度为-82.3℃，临界压力为45.8kg/cm2，沸点为-161.5℃，熔点为-182℃，着火点为650℃，液态密度为0.425T/m3，气态密度为0.718kg/Nm3，气态热值9100大卡，液态热值为12000大卡。爆炸极限为5%~15%，华白指数为44.94MJ/Nm3，燃烧势为45.18，无色、无味、无毒且无腐蚀性。液化天然气是天然气经压缩、冷却至其沸点（-161.5℃）温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5℃、0.1MPa左右的低温储存罐内。被公认是地球上最干净的化石能源。

2液化天然气溢出后的潜在危害性分析

2.1液化天然气泄漏的主要危害性

液化天然气泄漏，会导致空气中的甲烷浓度迅速提升，会在短时间内对周围人员造成窒息危害，同时，人在接触到液化天然气时，会导致皮肤出现低温灼伤。如果泄漏发生在船上，则会对船体结构造成损伤，进而威胁船舶航行的安全性。除此之外，液化天然气与空气接触后还会形成爆炸性混合气体，很容易引发大规模的爆炸事故，而爆炸还会导致高温和辐射，进而造成巨大的危害。另外，在低温液化天然气与高温液体接触时，还会产生液化天然气快速相变现象，导致液化天然气快速沸腾气化，使局部超压释放，对周围的设备和人员等造成损害。

2.2船舶碰撞损坏危险性分析

液化天然气在船舶运输阶段的泄漏和扩散安全性分析，通常只是采用一般性的推理手段。这是因为目前的液化天然气运输管理比较完善，并且运输船舶的性能更加全面，因此在该阶段发生安全事故的几率相对较低。运输船舶通常都采用双层结构，因此可以有效降低船舶碰撞损坏造成的危害。船舶碰撞所带来的威胁主要取决于碰撞的力度和碰撞的部位，同时，船舶上应用的碰撞缓冲系统也是重要影响因素。目前，运输船舶通常都会配备三级保护壳以及隔离层，能够对船舶碰撞起到有效的保护作用，一般性的碰撞很难穿透船舱。根据相关实验表明，通常只有在大型汽轮的撞击速度大于5-6节的情况下，才会穿透汽轮的内仓壳，而其他的小型船只的动能并不能穿透内仓壳。由此可见，船舶碰撞损害的几率相对较低。

2.3意外溢出的火灾危险性分析

在液化天然气外溢遇到明火、零散火星或高压电弧时，会产生火焰，并且火焰会快速进行扩散。火焰的扩散有两种方式，一种是从着火点顺着风向扩散，另一种是弥散火焰扩散，这种扩散方式与风向相反，并且会逐渐朝着泄漏点蔓延。针对液化天然气意外溢出火灾的危险性，国内外均进行了大量的研究，研究结果如表1。

表1 火灾热强度、距离的敏感性分析

根据研究结果我们可以看出，溢出孔尺寸为1m²时在潜在火灾热强度为37.5kW/m²时，热辐射危险距离溢出中心为177m，而如果溢出孔为2个，并且尺寸为2m²时，燃烧热辐射危险距离为398m。由此可见，燃烧热辐射危险距离会受到溢出口的数量和尺寸的影响。

2.4溢出的蒸汽扩散危险性分析

在液化天然气泄漏过程中，初始阶段会出现沸腾蒸发的现象，然后蒸发率将会逐渐下降，并最终达到一个固定值。蒸发形成的蒸汽会不断吸收热量，然后逐渐上升。而在此过程中一旦遇到火源，便会发生火灾，如果火灾发生在室外，有着充足的氧气和良好的通风条件，燃烧会更加充分、迅猛，并且在燃烧过程中会产生有毒气体，该气体由于附近温度不断升高，扩散速度也会越来越快，燃烧过程中还所产生热辐射会造成较大的危害。如果在液化天然气泄漏过程中没有遇到点火源，则其会直接形成蒸汽云，而蒸汽云的扩散则主要会受到风速等自然条件和泄漏源强的影响。如果溢出现象比较严重，则溢出的液化天然气所产生的蒸汽云扩散面积也会更大，甚至会超过1000m。

3液化天然气风险评价

3.1评价中的不确定因素

评价是液化天然气泄漏与扩散防治的重要环节，同时也是减少损失和危害的关键措施。但是由于液化天然气的泄漏和扩散存在着较大的不确定性，因此会在很大程度上增加评价和运行管理的难度。在液化天然气储运、接收以及使用等环节中均有可能发生泄漏，并且泄漏的几率难以做出准确判断。除此之外，液化天然气泄漏和扩散的模式多样，存在着较强的不确定性。而目前针对这方面的研究方式虽然有很多种，但是多数研究都是建立在数学假设的基础之上，这必然存在着与实际情况不符的几率，使得研究结论的价值大打折扣。

3.2建议

首先，在设计阶段中应该考虑防止液化天然气泄露、扩散的安全技术和方式方法。如设计中采用三级保护以及隔离层的防护手段、在释放源位置点加装天然气报警及切断阀门、在系统中设置安全阀、事故应急切断阀等，可以对液化天然气的运输、接收、储存起到有效地保障，使其安全性与可靠性更高。其次，液化天然气的泄漏与扩散通常都会伴随着严重的火灾与爆炸威胁，并且液化天然气燃烧的热危险距离与泄漏孔数量和尺寸大小密切相关，应从本质安全角度考虑，定期对压力容（器）具、安全阀门、仪器仪表等进行校验，制定健全的安全责任制度定并落到实处，编制事故应急预案并进行演练，做好日常的维护保养工作，为救灾人员配备突发事故救援所需的工（器）具，做的防微杜渐、居安思危。最后，在液化天然气泄漏与扩散风险评价过程中，由于大量不确定性因素的存在，导致评价的结果容易出现与事实不符的情况。因此在评价过程中应合理选择评价方法和评估模式，提升评价结果的参考价值，以便准确划分危险区域，并且为救灾应急措施的选择提供参考依据。

结束语：液化天然气是主要的能源之一，对于社会经济的发展具有十分重要的意义。而随着我国对液化天然气资源进口数量的提升，在其储运和接收过程中均存在泄漏与扩散的问题。因此有必要加强这方面的研究，为提升液化天然气运输安全提供更为有力的保障。

参考文献：

[1]江攀，杨俊佳，张琼，吴强，危卫. CFD瞬态模拟楼宇布局对城镇燃气管道泄漏的影响[J]. 油气储运，2019,38(12):1383-1390.

[2]韩力，刘鑫鹏，马金晶，郭开华. 半封闭空间LNG泄漏安全性数值模拟研究[J]. 石油与天然气化工，2016,45(03):97-102.