【文章內(nèi)容簡介】 氣工程未能敷設到的城鎮(zhèn)，一般先建設 LNG氣化站，與此同時完善城市管網(wǎng)系統(tǒng)，以待日后有燃氣氣源管網(wǎng)接通或者其他氣源到來， LNG氣化站亦可做為調(diào)壓站之用。 LNG由低溫槽車運至氣化站，在卸車臺利用槽車自帶的增壓器對槽車儲罐加壓，利用壓差將 LNG送入 LNG儲罐儲存。氣化時通過儲罐增壓器將 LNG增壓，然后自流進入空浴式氣化器，經(jīng) LNG空浴式氣化器氣化，發(fā)生相變，成為氣態(tài)天然氣。 在 LNG儲存站的應用過程中，有過多次的儲罐事故、爆炸事故發(fā)生 。重大性的事故有以下幾起 [8] ： 1944年美國俄亥俄州克利夫蘭市的一個調(diào)峰站的 LNG儲罐發(fā)生事故，當時，那個 LNG儲罐僅僅運行了幾個月就突然破裂，溢出約 4542 m3的 LNG。由于防護堤不能滿足要求而被淹沒，爾后液化天然氣流進街道和下水道。液化天然氣在下水道氣化引起爆炸，將古力蓋拋向空中，下水管線炸裂。部分低溫天然氣滲透到附近住宅地下室，又被熱水器上的點火器引爆，將房子炸壞。很多人被圍困在家中，有些人試圖沖出去，但沒能逃離燃燒的街道和高溫困境。 10個小時后， 火災才用到控制。此次爆炸波及 14個街區(qū)，財產(chǎn)損失巨大，其中有 200輛轎車完全毀壞和 136人喪生。損失慘重。這次事故的原因主要有以下幾個方面的因素 ： 第一，儲罐在交接檢驗的時候，發(fā)現(xiàn)附近罐底產(chǎn)生了一道裂縫。人們沒有去調(diào)查裂縫的成因，只是對該罐進行了簡單的修補后即投入運行。第二，沒有采取泄壓措施，導致儲罐內(nèi)壓力迅速增高而累積能量，以至產(chǎn)生爆炸。第三，罐的材料是 %鎳鋼，它不適宜低溫工作。 2021年，阿爾及利亞的 LNG廠發(fā)生爆炸，導致 101人傷亡，其中 27人死亡、 74人受傷，事故原因目前尚不能確認由 LNG直接 引起，但 LNG的安全性仍再次遭受了嚴峻考驗。 1971年 8月，意大利 LaSpezia， SNAM的 LNG終端接收站， S1儲罐。充裝完畢后 18小時發(fā)生翻滾事故。突然產(chǎn)生的大量 LNG蒸發(fā)氣體是槽內(nèi)壓力迅速上升。在壓力達到 ，8只安全閥打開。此時壓力仍然繼續(xù)上升，最高壓力沖至 ，然后壓力開始下降。壓力降至 。歷時 ，直至槽內(nèi)壓力下降 至 。整個過程歷時 2小時。事故后果導致排放損失 LNG 噸。事故原因有以下幾個因素 ： 充裝的新 LNG的密度比存液的密度大。密度差為 ，形 ８ 成分層 。充裝的新 LNG的溫度比存液的溫度高，溫差約為 4k。帶入了較多熱量，促進層間混合 。充裝量比存液量大得多；充裝時間短，僅為 18小時；在翻滾發(fā)生前 4小時，由于控制閥的故障使槽內(nèi)壓力下降，增加了上層的蒸發(fā)量，使上層的密度加大，促進了兩層的混合加快。 1993年 10月，英國曼徹斯特附近， BG公司的 Partington LNG調(diào)峰站的 LNG儲罐。在 LNG槽內(nèi)有存液時，以每天不到 150噸的較慢速度充裝密度較輕的 LNG，在充 裝完畢后 68天突然發(fā)生翻滾事故。翻滾事故的原因 ： 新 LNG的密度比存液小 13kg/m3形成了分層；采用上進液方式，并且密度較小的 LNG易積聚在上層而壓制下層液的蒸發(fā)； Partington站是調(diào)峰型操作，因此充裝后在長達 68天的時間中，使形成分層的密度趨于一致有了足夠的時間，為翻滾創(chuàng)造了條件。 以上事故的特點是危害性重大，或者處理不當隱患后果嚴重。由此也可發(fā)現(xiàn)， LNG站的危險性主要體現(xiàn)在兩個方面 ： 泄漏后不能及時擴散引起的火災危害； 儲罐發(fā)生翻滾等物理爆炸引起的危害。因此對 LNG的事故進行風險研究對于我國的 LNG的應用十分的必要 [9] 。 液化天然氣儲存站的危險因素可分為兩類。由于液化天然氣本身具有：凍傷危險，易引起火災破壞性，易爆性，靜電荷積蓄性，易膨脹等特點，液化天然氣儲運站就存在著發(fā)生危險的因素，這些就是第一類風險源 [10] 。第二類風險源是指導致第一類風險源的約束或限制措施破壞或失效的各種不安全因素。第一類危險源是事故發(fā)生的前提，決定事故后果的嚴重程度 。第二類危險源是第一類危險源導致事故的必要條件，決定事故發(fā)生的 可能性大小。兩類危險源的危險性隨著技術水平、管理水平和人員素質(zhì)的不同而不同。與第一類危險源的控制相比，第二類危險源是圍繞第一類危險源隨即發(fā)生的現(xiàn)象，它們的控制更困難。用第二類危險源評價方法，對 LNG儲存站進行危險因素分析 [11] 。在 LNG儲存站的每個組成部分中各個危險點都可以算做重大危險源，具體如下： （ 1）儲罐，盛裝 LNG的低溫容器，由于材質(zhì)缺陷，罐裝操作失誤，疏于檢修等原因，容易發(fā)生泄漏、著火、爆炸事故。 （ 2）裝卸站臺，槽車和 LNG 站的銜接點，裝卸站臺有 各種裝卸設備和管道，這些設備的保養(yǎng)情況，是否會發(fā)生跑、冒、滴、漏，操作人員的培訓情況都可能成為事故發(fā)生的誘因。 （ 3）儲罐區(qū)，在其內(nèi)設置了很多盛裝 LNG 的低溫容器和附屬設施。如果罐區(qū)選址不當，氣象和地理條件具有劣勢，附近重大火災隱患，地面凹凸不平，布局不合理，防火間距不夠，消防水源不足，消防道路不暢，防雷設施不完善，都會成為發(fā)生事故的隱患。 （ 4）船岸銜接點 （ 接受槽船的 LNG站 ） ， LNG船舶同岸上儲罐區(qū)的 LNG輸送是通過無縫管道完成。輸送管道的狀況，船岸雙方卸、裝速度是否一致，自控裝置是否完好，是否備有齊 全、合格、可供隨時使用的防護設備，自動報警設備能否正常工作，雙方是否就可能出現(xiàn)的問題進行過溝通及應急設備。 故障樹分析（ Fault Tree Analysis，簡稱 FTA）是對可能造成系統(tǒng)失效的各種因素（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素 ） 進行分析，畫出邏輯框圖 （ 即故障樹 ） ，從而確定系統(tǒng)失效原因的各種組合方式及其發(fā)生概率，以計算系統(tǒng)發(fā)生概率，從而采取相應的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種方法。 故障樹分析法是一種適用于生產(chǎn)、使用階段進行失效診斷、技術改進管理和方案維修的風險識別和評價 方法，可普遍應用到天然氣 供氣系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)。故障樹分析既適用于定性評價，又適用于定量評價，具有應用范圍廣和簡明形象的特點，體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準確性和預測性。故障樹分析的過程比較繁瑣，采用故障樹對城市燃 ９ 氣輸配系統(tǒng)進行定量分析和評價時，則存在更大的困難。從實際應用而言，由于我國目前還缺乏城市燃氣輸配系統(tǒng)各種設備的故障率和人的失誤率等實際數(shù)據(jù)圈，所以給定量評價帶來很大困難或不可能。但由于故障樹分析能直觀地指出消除故障的根本點，方便預防措施的制定，因而實用價值較高。 由于 LNG儲運事故相 對較少，事故概率數(shù)字不便于統(tǒng)計，且對于小樣本來說，統(tǒng)計數(shù)字不能說明更多的問題。因此采用故障樹方法更多的是從定性的角度來分析危險因素。主要是指依據(jù)所構造出的故障樹圖，列出布爾表達式，求解出最小割集，確定出各基本事件的結構重要度從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。這對我們進行安全評價具有重大意義 。 故障樹的分析流程圖 如下： 圖 21 故障樹的分析流程 Figure 21 Fault Tree Analysis Process 下面舉例對 LNG槽車運輸過程中安全火源事故和液化天然氣儲存站物理爆炸事故進行故障樹分析。 ： 1． 事故圖如 22所示 ： 確定頂上事件 系統(tǒng)分析 構成 FTA 確定頻率目標值 調(diào)查事故原因 技術資料 定性分析 定量評價 結構重要度分析 求解 最小路集 求解最小割 集 概率重要度分析 頂上事件發(fā)生概 率 臨界重要度分析 改善系統(tǒng) １０ 圖 22 槽車運輸過程中安全火源事故樹 Figure 22 Safety fire Fault Tree during transport tanker 表 25 安全火源事故樹符號說明 Table 25 Fire Safety Fault Tree Description 符號 事件 符號 事件 T 火源 A1 電氣火花 f7 作業(yè)中人與帶電導體接觸 A2 靜電火花 f8 罐車行駛中的摩擦 A3 明火 f9 連接管線內(nèi)部粗糙 A4 撞擊火花 f10 LNG罐內(nèi)沖擊內(nèi)壁導致 B1 電氣短路路 f11 裝卸 LNG時 LNG流速過高 B2 人體靜電放電 f12 罐內(nèi) LNG與氣體的摩擦 B3 罐車充裝靜電放電 f13 罐車排氣管火花 C1 靜電積累 f14 煙頭及其他火源 C2 導靜電裝置不靈 f15 接地導線損壞 f1 變壓 器故障火花 f16 未設置導靜電裝置 f2 電氣設備不防爆 f17 接地電阻不符合要求 f3 防爆設施失效 f18 接地導線接面積不符合要求 T + A1 A2 A3 A4 + f19 + + + f2 f3 f1 B1 B2 B3 f17 f18 f20 f4 f5 f6 f7 C1 C2 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 f15 f16 １１ f4 開關設備短路 f19 罐車上機械部件碰撞 f5 其他原因 f20 交通事故碰撞撞 f6 化纖品與人體摩擦 2． 最小割集 ： T=A1+A2+A3+A4+A5=f1+f2+f3+f4+f5+f13+f14+f19+f20+f6f7+f8f15+f9f15+f10f15+f11f15+f12f15+f8f16+f9f16+f10f16+f11f16+f12f16+f8f17 +f9f17+f10f17+f12f17+f8f18+f9f18+f10f18+f11f18+f12f18 P1={f1}。P2={f2}。P3={f3}。P4={f4}。P5={f5}。P6={f13}。P7={f14}。P8={f19}。 P9={f20}。P10={f6,f7}。P11={f8,f15}。P12={f9,f15}。 P13={f10,f15}。P14={f11,f15}。P15={f12,f15}。P16={f8,f16}。 P17={f9,f16}。P18={f10,f16}。P19={f11,f16}。P20={f12,f16}。 P21={f8,f17}。P22={f9,f17}。P23={f10,f17}。P24={f11,f17}。 P25={f12,f17}。P26={f8,f18}。P27={f9,f18}。P28={f10,f18}。 P29={f11,f18}。P30={f12,f18}。 3． 結構重要度分析 火源故障樹共有 30個最小割集，根據(jù)結構重要度的判別方法，得到重要度順序如下 ： IΦ（ 1） =IΦ（ 2） =IΦ（ 3） =IΦ（ 4） =IΦ（ 5） =IΦ（ 13） =IΦ（ 14） =IΦ（ 19） =IΦ（ 20） IΦ（ 15） =IΦ（ 16） =IΦ（ 17） =IΦ（ 18） IΦ（ 8） =IΦ（ 9） =IΦ（ 10） =IΦ（ 11） =IΦ（ 12） IΦ（ 6） =IΦ（ 7） 由故障樹分析可知，火源的產(chǎn)生有 30條途徑。根據(jù)結構重要度的分析，尤其應該注意變壓器故障火花、電氣設備不防爆、防爆設施失效、電氣開關設備短路等原因引起的火源和罐車排氣管火花、煙頭及其他明火火源、運輸過程中機械部件碰撞、交通事故碰撞引起的火源事故。另外靜電火花的控制也很重要，主要從靜電積累和接地裝置兩方面加以 控制。 液化天然氣儲存站物理爆炸事故分析 1． 事故分析圖如下： T ? A1 + A2 + B1 U1 B2 B3 B4 + + ? ? f1 C1 + f2 f3 f4 f5 C2 C3 f6 U2 D1 U3 C4 + + f7 f8 f9 f10 + + D2 ? f11 f12 f13 f14 １２ 圖 23 儲存站物理爆炸事故分析圖 Figure 23 Storage station explosion physics analysis 表 26 儲存站物理爆炸事故符號說明 Table 26 Storage station physical explosion symbols indicate 符號 事件 符號 事件 T LNG儲罐發(fā)生物理性爆炸 f1 起跳壓力設置過高 A1 卸壓裝置失效 f2 制造質(zhì)量差 A2 壓力急劇升高 f3 未設定校驗 B1 安全閥缺陷 f4 起跳壓力設置過高 B2 安全閥失效 f5 未定期更換 B3 LNG大量氣化 f6 絕熱層未保持正壓 B4 液位太高 f7 儲罐外壁遭破壞 C1 超過設定壓力不起跳 f8 絕熱材料質(zhì)量差