LNG儲(chǔ)罐主要事故分析探討

　　1、間歇泉現(xiàn)象
間歇泉現(xiàn)象指液體在長(zhǎng)的低溫輸送垂直管道中，低溫液體由于受熱汽化產(chǎn)生汽泡，隨著汽泡數(shù)量的不斷增多，將低溫液體擠出管道進(jìn)入儲(chǔ)罐產(chǎn)生噴發(fā)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象主要存在于低溫液體輸送系統(tǒng)中，尤其在低溫垂直管道與貯存容器連接的管道中，特別是在火箭工業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)，目前對(duì)間歇泉現(xiàn)象的也主要針對(duì)火箭推進(jìn)裝置的低溫輸送系統(tǒng)。對(duì)于LNG加氣站內(nèi)的儲(chǔ)罐和管道，由于LNG的低溫性也有可能出現(xiàn)間歇泉現(xiàn)象。
環(huán)境的熱量不斷漏入管道內(nèi)，導(dǎo)致管內(nèi)LNG液體的溫度升高，產(chǎn)生蒸發(fā)氣體。管道內(nèi)的氣體不能及時(shí)的上升到液面，隨著熱量的增加，氣體量也逐漸增多，逐漸積聚到一起。積聚到程度后，氣體壓力逐漸增大，在管道中逐漸上升，并在儲(chǔ)罐中突然噴發(fā)，在噴發(fā)的同時(shí)將管道內(nèi)的液體也推向儲(chǔ)罐內(nèi)。與此同時(shí)液體的噴發(fā)排空了管道內(nèi)的氣相空間，儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG液體便地補(bǔ)充進(jìn)入到管道中，再次重新開(kāi)始液體受熱蒸發(fā)和汽化的積聚過(guò)程，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后會(huì)再次形成液體噴發(fā)的過(guò)程，因?yàn)檫@種過(guò)程的具有間歇性而且像噴泉一樣噴發(fā)因此被稱為間歇泉。這種管內(nèi)液體不斷被排空和充注的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似水錘的壓力波動(dòng)。如果間歇泉現(xiàn)象在系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生的話，產(chǎn)生的壓力沖擊波動(dòng)會(huì)對(duì)儲(chǔ)罐的管道、閥門(mén)造成結(jié)構(gòu)性破壞，同時(shí)也使儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG的蒸發(fā)量顯著上升。
間歇泉和水擊現(xiàn)象的發(fā)生主要是LNG儲(chǔ)罐底部管道及其附件熱量漏入導(dǎo)致管內(nèi)LNG受熱汽化造成的，在LNG的儲(chǔ)罐充注過(guò)程中也有可能出現(xiàn)流動(dòng)過(guò)程中的間歇泉。所以在設(shè)計(jì)和建設(shè)中需要管道和儲(chǔ)罐具有較好的絕熱性能。
2、急冷和液擊現(xiàn)象
急冷是指管道或設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)降溫的現(xiàn)象。由于LNG加氣站運(yùn)行的間歇性在系統(tǒng)運(yùn)行后突然啟動(dòng)加氣或者卸氣的過(guò)程中，特別是運(yùn)行啟動(dòng)可能會(huì)發(fā)生急冷現(xiàn)象。急冷現(xiàn)象會(huì)在管道的頂部和底部形成溫度變化梯度，使兩個(gè)支架間的管道發(fā)生撓曲現(xiàn)象，由于撓曲應(yīng)力較大，管道存在斷裂的危險(xiǎn)。
由于LNG汽車(chē)加氣的間歇性，加氣站內(nèi)的設(shè)備反復(fù)開(kāi)停，閥門(mén)或者泵的開(kāi)啟或者關(guān)停使得管道內(nèi)的液體流速突然發(fā)生變化，有時(shí)甚至是激烈的變化，液體的動(dòng)量也發(fā)生改變，管道內(nèi)的壓強(qiáng)上升或下降，同時(shí)會(huì)伴有液體錘擊的聲音，這種現(xiàn)象叫做液擊(或者稱水擊)。液擊會(huì)造成管道內(nèi)壓力的劇烈變化，壓力突然升高，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致管道爆裂，而降壓造成管內(nèi)負(fù)壓，則會(huì)使管道失穩(wěn)，引起管道振動(dòng)。
急冷和液擊現(xiàn)象發(fā)生的原因一是LNG的低溫特性和液體特征，二是LNG加氣站的間歇性運(yùn)行特點(diǎn)。
為防止急冷和水擊現(xiàn)象的發(fā)生，在設(shè)計(jì)中要考慮到由管道內(nèi)介質(zhì)的低溫特性造成的管道的冷收縮，設(shè)置合理的管道補(bǔ)償方式；加氣站在運(yùn)行之前要進(jìn)行設(shè)備和管道的預(yù)冷；運(yùn)行過(guò)程中，泵和閥門(mén)等設(shè)備的開(kāi)啟和關(guān)閉速度不能過(guò)快，建議采用行程較長(zhǎng)的閥門(mén)，例如低溫截止閥，防止壓力的突然升降。
3、相變(冷爆炸)
相變(rapid-phase-transition，簡(jiǎn)稱為RPT)是指LNG在泄露遇到水的情況下，由于LNG的密度比水的密度小，LNG會(huì)在水面之上；起初LNG溫度非常低(約-162℃)，兩者為溫差達(dá)1750C。于是兩者之間發(fā)生強(qiáng)烈的傳熱過(guò)程，因?yàn)榇鬁夭钍沟媒佑|面處液體劇烈蒸發(fā)，在水面和LNG之間形成一層蒸汽層，這加劇了換熱的強(qiáng)度。如果蒸汽層遭到破壞，則會(huì)進(jìn)入核態(tài)沸騰傳熱狀態(tài)，因此LNG被加熱并發(fā)生相變。同時(shí)氣體的劇烈蒸發(fā)導(dǎo)致接觸面的壓力逐漸升高，從而引發(fā)冷爆炸現(xiàn)象。
已經(jīng)有幾起相變事故發(fā)生，例如1973年5月英國(guó)Canvery一艘LNG運(yùn)輸船卸液時(shí)，出液管LNG泄漏流進(jìn)其中一個(gè)有LNG儲(chǔ)罐的碼頭，遇到了積存的雨水，發(fā)生了爆炸，所幸只損壞了臨近大樓的一扇窗戶；印度尼西亞Badak一套LNG液化作用的裝置在1992年12月的一次啟動(dòng)時(shí)發(fā)生了泄漏，但是系統(tǒng)仍然繼續(xù)液化工作，由于系統(tǒng)中有為降低LNG蒸發(fā)氣而設(shè)置的保護(hù)水幕，導(dǎo)致在裝置啟動(dòng)11小時(shí)后，在附近的排水道里發(fā)生了相變事故，排水道和鄰近管道都被損壞，未造成人員傷亡。由此看出，相變可導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，對(duì)設(shè)備及周?chē)h(huán)境造成損壞，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮該事故的發(fā)生。
LNG相變發(fā)生的直接原因是LNG的泄露和泄露液體所接觸到的環(huán)境，因此當(dāng)LNG加氣站發(fā)生大量LNG泄露后，嚴(yán)禁用水噴淋，而且應(yīng)該經(jīng)常對(duì)LNG加氣站的環(huán)境進(jìn)行清理，及時(shí)清理站內(nèi)的積水等。
4、低溫?fù)p害
由LNG的低溫性對(duì)人體造成的損害可以分為三類(lèi)：低溫、低溫麻醉和窒息。操作人員在直接接觸LNG低溫設(shè)備或者LNG發(fā)生泄漏時(shí)，皮膚表面會(huì)粘在低溫物體表面上，人的皮膚及皮膚以下組織被凍結(jié)，很容易撕裂，并留下傷口。如果人體長(zhǎng)時(shí)間處在-10℃下，則會(huì)有低溫麻醉的危險(xiǎn)。LNG泄露后，如果人吸入低溫的LNG蒸汽，短時(shí)間內(nèi)會(huì)呼吸不暢，長(zhǎng)時(shí)間吸入冷氣體的話就會(huì)有嚴(yán)重的后果。隨著LNG的泄露，空氣中的氧含量也在不斷減少，當(dāng)大氣中的氧含量低于18%時(shí)，則會(huì)造成操作人員出現(xiàn)窒息的癥狀，若長(zhǎng)時(shí)間處于LNG，氧含量低于6%的環(huán)境下可能會(huì)使人呼吸停止，甚至死亡。
LNG對(duì)人體造成低溫傷害的主要來(lái)源一是低溫設(shè)備的絕熱效果不好，設(shè)備表面溫度過(guò)低；二是加氣站內(nèi)發(fā)生LNG泄漏，導(dǎo)致人類(lèi)直接與LNG接觸，并吸入過(guò)冷氣體；三是操作人員在操作時(shí)沒(méi)有采取低溫防護(hù)措施，造成了本可以避免的損害。
為防止LNG對(duì)人體造成損害，操作人員在操作過(guò)程中應(yīng)與低溫設(shè)備保持的距離，避免直接接觸低溫設(shè)備表面；穿好低溫防護(hù)服、佩戴好防護(hù)用具：為避免由泄露LNG對(duì)人體造成傷害，應(yīng)該經(jīng)常檢查L(zhǎng)NG加氣站內(nèi)容易發(fā)生泄露的環(huán)節(jié)，比如閥門(mén)、焊縫和連接管道等。