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吳忠天然氣儲配(供應)站安全管理

作者:小編 瀏覽量:5139 時間:2024-03-06 00:00:00

信息摘要:

天然氣儲配(供應)站安全管理,一、壓縮天然氣儲配(供應)站 城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)中,隨燃氣性質(如天然氣、礦井氣、人工煤氣等)、供氣壓力不同,需建成具有不同功能的站、場,如靠近氣源的首站及分布于城區(qū)的罐站。可以劃分為接受氣源來氣、儲存...

一、壓縮天然氣儲配(供應)站
城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)中,隨燃氣性質(如天然氣、礦井氣、人工煤氣等)、供氣壓力不同,需建成具有不同功能的站、場,如靠近氣源的首站及分布于城區(qū)的罐站。可以劃分為接受氣源來氣、儲存燃氣、調節(jié)控制供氣壓力三種基本功能,凡具備儲存燃氣功能的站場,皆可稱為儲配站。
城市天然氣是逐月、逐日、逐時都在變化,但天然氣供應量不可能按用戶的用氣量而隨時改變,因此為了保證用戶需求,不間斷供氣,必須解決氣源和用氣的平衡問題。建造儲氣設施是解決城市用氣波動的基本措施。在建造儲配站時,首先在工程可行性研究階段,就要抓住設計方案的技術經(jīng)濟比較,確定供氣和儲氣的方案與儲罐的容積和數(shù)量,使有限的資金得到合理利用以取得最大投資效益。城鎮(zhèn)居民、商業(yè)和工業(yè)企業(yè)燃氣用戶是依靠中、低壓管網(wǎng)系統(tǒng)供氣的,以CNG作氣源的燃氣供應系統(tǒng),必須在該管網(wǎng)系統(tǒng)的起點建立相當于城鎮(zhèn)燃氣儲配站(或門站)的設施,對由母站來的氣瓶轉運車的CNG進行卸車、降壓和儲存,并按燃氣用戶的要求輸氣,可以把城鎮(zhèn)中、低壓管網(wǎng)系統(tǒng)起點處的CNG卸車、降壓、儲存工藝設施統(tǒng)稱為城鎮(zhèn)CNG供應站。
CNG供應站包括以下幾個系統(tǒng):①卸車系統(tǒng);②調壓換熱系統(tǒng);③流量計量系統(tǒng);④加臭系統(tǒng);⑤控制系統(tǒng);⑥加熱系統(tǒng);⑦調峰儲氣系統(tǒng)(根據(jù)需要設置)。其作業(yè)流程框圖如圖5-1所示。


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1. 設計原則
儲氣站站址的選擇要科學合理,其與周圍建筑物、構筑物的防火間距必須滿足現(xiàn)行的國家標準《建筑設計防火規(guī)范》(GBJ 16)的有關規(guī)定,并遠離居民稠密區(qū)、大型公共建筑、重要物資倉庫以及通信和交通樞紐等重要設施。
儲氣站站址應具有適宜的地形、工程地質、供電和給排水等條件。儲氣站建設應盡量少占農(nóng)田,節(jié)約用地并應注意與城市總體景觀的協(xié)調。站內的消防設施、防火間距和消防車道應按現(xiàn)行的國家標準執(zhí)行。
儲氣站宜設置測定天然氣組成、密度、熱值、濕度和各項有害雜質的儀器儀表,周圍宜設置圍柵和罐區(qū)排水設施。
天然氣儲存的儲罐設計應根據(jù)輸配系統(tǒng)所需儲氣總容量和氣體混配要求確定。儲氣站的儲氣方式及儲罐的形式應根據(jù)天然氣進站壓力、供氣規(guī)模、輸配管網(wǎng)壓力和各種儲罐及其相關設備等因素,經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。確定儲罐單體或單組容積時,應考慮儲罐檢修期間供氣系統(tǒng)的調度平衡。
低壓儲氣罐宜分別設有天然氣進、出氣管,各管應設水封閥和閘閥。天然氣進出管的設計應能適應氣罐地基沉降引起的變形。水封閥的有效高度應取設計工作壓力(mmH2O)加500mm。低壓儲氣罐應設有指示器,顯示氣體儲量及可調節(jié)的高低限位聲、光報警裝置。
濕式儲氣罐的水封高度應通過計算得到,內側應設有溢水口,水封應設有上水管和防凍設施。干式儲氣罐密封系統(tǒng)必須能夠可靠連續(xù)地運行。
高壓儲氣罐宜分別設置天然氣進、出管(不需起混氣作用的高壓罐進出口管可合為一條),應設置安全閥、壓力表。在罐頂和罐底各設一個人孔,在底部應設排水管,在頂部應設放散管。儲氣罐應設有防雷接地設施,其接地電阻應小于10Q。儲氣罐高度超過當?shù)赜嘘P規(guī)定時,應設高度障礙標志。
2. 設計規(guī)模
儲氣站的主要作用是儲存一定量的天然氣,在發(fā)生意外,如檢修管道系統(tǒng)或用氣高峰時進行調配用。因此要根據(jù)城鎮(zhèn)天然氣最大輸供氣量和全城區(qū)最大日用氣量來確定儲氣規(guī)模,從設計的技術經(jīng)濟方案比較上作出最佳選擇。
現(xiàn)舉南方某中等城市為例。
據(jù)該市用氣分析,城市用氣日調峰量為全城區(qū)最大日用氣量的50%。其量在2002年為24×104m3/d,到2006年為33.6×104m3/d,2010年以后逐步擴大到69.6×104m3/d。因此決定儲氣方式采用公稱容積10000m3、儲氣壓力1.6MPa的高壓球罐,分別于2002年、2006年、2011年建成2個、1個和2個,共計5個高壓球罐儲存天然氣。
由于季節(jié)調峰量和事故調峰量甚大,估計以上儲氣設施仍不能滿足要求,為安全可靠起見,在設計中可考慮建設一定規(guī)模的液化石油氣空混調峰站,以滿足高峰用氣要求。
3. 儲存方式和功能
儲存城市天然氣的形式有低壓儲存、高壓儲存、輸氣管線儲存、地下儲存、液化儲存等。目前國內常用低壓儲存和高壓儲存兩種形式。
低壓儲存是用濕式儲存罐和干式儲存罐進行儲存,工作壓力一般為數(shù)千帕。工作壓力波動不大,通常只用于氣源壓力比較低的供氣系統(tǒng)。低壓儲氣罐中濕式與干式比較見表5-5。
由表5-5可知,低壓儲氣采用干式儲氣罐是比較合適的。表5—6列出了天然氣儲氣罐中高壓、低壓儲氣罐的比較。
從表5-6兩者比較可知,一般采用高壓儲氣罐較為經(jīng)濟合理。
在國外,利用高壓球罐儲存天然氣已較為普遍,很多國家已經(jīng)建成各種規(guī)格的大型高壓球罐。
隨著我國石油、天然氣工業(yè)的發(fā)展,天然氣作為城市燃氣氣源已日漸增多,天然氣在城市燃氣中所占比例也逐漸增大,因此,高壓球罐也必將成為我國各城市天然氣儲存的主要設施。
由于球罐的制造、安裝的水平不斷提高,目前球罐的容積也在逐漸增大。如北京在1986年建成4臺5000m3的高壓天然氣球罐,20世紀90年代以來,重慶、成都、北京、天津等城市又相繼建成3300m3、5000m3、10000m3高壓儲氣球罐。
5-5 低壓儲氣罐中濕式與干式比較

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項目
??? 低壓濕式螺旋罐
??? 曼型干式罐
罐內壓力
?隨儲氣罐塔節(jié)的增減而改變,燃氣壓力是波動的
?儲氣壓力穩(wěn)定
罐內濕度
?罐內濕度大,出口燃氣含水分高
?儲氣氣體干燥
保溫蒸汽用量
?寒冷地區(qū)冬季保溫,除水槽加保護墻外,所有水封部位加引射器噴射蒸汽保溫,蒸汽用量大
使用壽命
?一般為30年,由于水槽底部細菌繁殖,使水中硫酸鹽生化還原成H2S,易使罐體內壁腐蝕
?一般為50年,由于內壁表面經(jīng)常保持一層厚0.5mm的油膜,保護鋼板不受到腐蝕
抗震性能
?由于水槽各部塔節(jié)為浮動結構,在發(fā)生強地震和強風時易造成塔體傾斜,產(chǎn)生導輪錯動、脫絲、卡阻等現(xiàn)象
活塞不受強風和冰雪影響
基礎
?水槽內水量大,在軟土地基上建罐應進行基礎處理,但罐體允許有較大的沉降量
自重輕,地基處理簡單
罐體耗鋼量
??低
高(為濕式罐的1.35~1.5倍)
罐體造價
?低
高(為濕式罐的1.5~2.0倍)
安裝精度要求
?低
?高
5-6 天然氣儲氣罐中高壓、低壓儲氣罐的比較

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項目
低壓儲氣罐
高壓儲氣罐
項目
低壓儲氣罐
高壓儲氣罐
儲氣壓力
運行費用
高(消耗電及油)
供氣壓力
需加壓耗電
無需加壓耗電
單位占地面積
儲氣質量
另有油污夾帶
無油污夾帶
單位耗鋼量
儲罐構造
復雜
簡單
單位投資
施工要求
較嚴格
嚴格
施工周期
7~8個月
8~9個月
維修費用
高(密封油)
?
?
?
二、液化天然氣儲配(供應)站
液化天然氣(LNG)比其他燃料清潔,燃燒時溫室氣體排放量低,是公認的未來世界普遍采用的燃料。以前,如果說將天然氣液化,遠距離運輸作為燃料使用,是很困難的。但今天,液化天然氣已成為世界工業(yè)的重要組成部分,是令人矚目的新興工業(yè)之一。液化天然氣是將天然氣低溫冷卻液化,液化后體積約為常態(tài)下體積的1/600,便于運輸。多年來,LNG在世界上已經(jīng)大量地應用,如發(fā)電、民用燃氣、汽車或火車的燃料等。在城市里布有天然氣的輸配管線,數(shù)以千計的LNG罐車在美國的高速公路上運輸,沒有發(fā)生過重大的事故。以LNG或CNG作燃料的汽車,雖然發(fā)生一些碰撞事故,但LNG燃料系統(tǒng)沒有發(fā)生重大的損壞,沒有引起LNG的泄漏和火災。當然,LNG的溫度很低,極易氣化,會引發(fā)一些低溫液化石油氣體帶來的安全問題。無論是設計還是操作,都應該像對待所有的易燃介質那樣小心。了解和掌握天然氣不同相態(tài)的物理特性及其燃燒特性,可有助于天然氣的安全使用。
(一) 液化天然氣的有關安全特性
1. 基本物理狀態(tài)
液化天然氣是以甲烷為主的液態(tài)混合物,常壓下的沸點溫度約為-162℃,密度大約為424kg/m3。LNG是非常冷的液體,在泄漏或溢出的地方,會產(chǎn)生明顯的白色蒸氣云。白色蒸氣云的形成,是空氣中的水蒸氣被溢出的LNG冷卻所致。當LNG轉變?yōu)闅怏w時,其密度為1.5kg/m3,氣體溫度上升到-107℃時,氣體密度與空氣的密度相當。意味著LNG氣化后,溫度高于-107℃時,氣體的密度比空氣小,容易在空氣中擴散。液態(tài)天然氣的容積大約是氣體的1/625。天然氣無毒、無味、無色,漏泄到空氣中不易發(fā)覺,因此,通常在天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)中,有意地加入一種難聞的氣味,即加臭處理,以便氣體泄漏時易于察覺。
2. 燃燒特性
燃燒范圍是指可燃氣體與空氣形成混合物,能夠產(chǎn)生燃燒或爆炸的濃度范圍。通常用燃燒下限和燃燒上限來界定其燃燒范圍,只有當燃料在空氣中的比例在燃燒范圍之內,混合氣體才可能產(chǎn)生燃燒。對于天然氣,在空氣中達到燃燒的比例范圍比較窄,其燃燒范圍大約在體積分數(shù)的5%~15%之間,即體積分數(shù)低于5%和高于15%都不會燃燒。由于不同產(chǎn)地的天然氣組分會有所差別,燃燒范圍的值也會略有差別。LNG的燃燒下限明顯高于其他燃料,柴油在空氣中的含量只需要達到體積分數(shù)0.6%,點火就會燃燒。
-162℃的低溫條件下,其燃燒范圍為體積分數(shù)的6%~13%。燃燒速度是火焰在空氣-燃料的混合物中的傳遞速度。燃燒速度也稱為點燃速度或火焰速度。天然氣的燃燒速度相對比較慢,其最高燃燒速度只有0.3m/s。隨著天然氣在空氣中的比例增加,燃燒速度亦增加。所以在敞開的環(huán)境條件下,LNG和蒸氣一般不會因燃燒引起爆炸。天然氣燃燒產(chǎn)生的黑煙很少,導致熱輻射也少。碳氫化合物的燃燒極限比甲烷的低。如果LNG中碳氫化合物的含量增加,將使LNG的燃燒范圍的下限降低。
自動著火溫度是可燃氣體混合物,在達到某一溫度后,能夠自動點燃著火的最低溫度。自動著火溫度并不是一個固定值,它和空氣與燃料的混合濃度和混合氣體的壓力有關。在大氣壓條件下,純甲烷的平均自動著火溫度為650℃。如果混合氣體的溫度高于自動著火點,則在很短的時間后,氣體將會自動點燃。如果溫度比著火點高得多,氣體將立即點燃。LNG的自動著火溫度隨著組分的變化而變化,例如,若LNG中碳氫化合物的重組分比例增加,則自動著火溫度降低。
除了受熱點火外,天然氣也能被火花點燃。如衣服上的靜電,也能產(chǎn)生足夠的能量點燃天然氣。因此,工作人員不能穿化纖布(尼龍、腈綸等)類的衣服操作天然氣,化纖布比天然纖維更容易產(chǎn)生靜電。
3. 低溫特性
LNG既有可燃的特性,又有低溫的特性。低溫液體的處理和操作并不是一門新的技術。在許多標準中,低溫設備的操作有比較明確的要求。對于安全的考慮,主要是在低溫條件下,一些材料會變脆、易碎。使設備產(chǎn)生損壞,引起LNG的泄漏。如今低溫液氮和液氧的應用更為普遍。LNG的溫度還沒有液氮和液氧的溫度低。從低溫介質安全操作的角度,與液氮和液氧的安全考慮基本是一致的,主要是防止低溫條件下材料的脆性斷裂和冷收縮對設備引起的危害。操作時主要是防止低溫流體對人體的低溫灼傷。
天然氣的低溫特性對人體生理上的影響很大。曾經(jīng)有過報道,人員暴露在甲烷的體積分數(shù)為9%的氣氛中沒有什么不良反應。如果吸入含量更高的氣體,會引起前額和眼部有壓迫感,但只要恢復呼吸新鮮空氣,就可消除這種不適的感覺。如果持續(xù)地暴露在這樣的氣氛環(huán)境下,會引起意識模糊和窒息。甲烷是一種普通的窒息物質。LNG與外露的皮膚持續(xù)接觸,會引起嚴重的低溫灼傷和組織損壞。
天然氣在空氣中的體積分數(shù)大于40%時,如果吸入過量的天然氣會引起缺氧窒息。如果吸入的是冷氣體,對健康是有害的。若是短時間內吸進冷氣體,會使呼吸不舒暢,而長時間的呼吸冷氣體,將會造成嚴重的疾病。雖然LNG蒸氣是無毒的,如果吸進純的LNG蒸氣,會迅速失去知覺,幾分鐘后死亡。當大氣中的氧含量逐漸減少時,工作人員有可能警覺不到,慢慢地窒息,待到發(fā)覺時已經(jīng)很晚了。緩慢窒息的過程分成4個階段階段,見表5-7。
5-7 緩慢窒息的過程

?

階?段
氧氣的體積分數(shù)/%
?
第一階段
14~21
脈搏增加,肌肉跳動影響呼吸
第二階段
10~14
判斷失誤,迅速疲勞,對疼痛失去知覺惡心,
第三階段
6~10
嘔吐,虛脫,造成永久性腦部傷害
第四階段
<6
呼吸停止,死亡
當空氣中氧氣的體積分數(shù)低于10%,天然氣的體積分數(shù)高于50%,對人體會產(chǎn)生永久性傷害。在這種情況下,工作人員不能進入LNG蒸氣區(qū)域。
天然氣的主要組分是甲烷,其臨界溫度為190.58K(-82.57℃),故在常溫下,無法僅靠加壓將其液化,需要采用液化工藝,將天然氣最終在溫度為112K、壓力為0.1MPa左右的條件下將其液化。其密度為標準狀態(tài)下甲烷的600多倍,體積能量密度為汽油的72%,十分有利于輸送和儲存。
但是,由于LNG本身具有易燃、易爆的危險性,又具有低溫儲存的特點,因此,LNG站在建設布局、設備安裝、操作管理等安全方面提出了很高的要求。

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