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文/石生芳 浦哲 左延田，上海市特種設備監督檢驗技術研究院，上海煤氣
隨著能源結構的變化，大力開發利用天然氣資源成為我國能源發展戰略的重點之一。在液化天然氣(LNG)日益廣泛應用的同時，LNG儲存和運輸的安全問題已經日益突顯。由於LNG採取－162℃的低溫儲存，一旦儲運LNG的低溫壓力容器儲罐發生事故，引起LNG溢出氣化，蒸發氣體隨氣流或風力漂移，會在非常低的濃度(一般是體積的5％～15％)下起火爆炸，並且會迅速向蒸發的液池回火燃燒。如果對這種洩漏採取不正確的應急措施，低溫儲罐及其周圍設施會因熱輻射遭受嚴重破壞。因此研究LNG低溫儲罐的應急處置技術，如LNG儲罐的倒罐技術，對防止和減少惡性和重大事故的發生，減輕事故危害將起到積極的作用。
1LNG儲罐失效可能性分析
LNG儲罐一般分為子母罐和真空絕熱罐兩種類型。罐體上裝有氣相管、液相管、放空管、溢流管、壓力表、安全閥、液位計、閥門、緊急切斷裝置等部件。LNG儲罐發生失效的主要原因為：
(1)儲罐內容器破裂，低溫液體流入罐體夾層，罐體外殼發生冷脆引起破裂或接管根部閥門破損。
(2)儲罐系統的管道、閥門、法蘭等管件或密封部位失效。
(3)儲罐真空度喪失，且遇明火或強熱源影響，內容器壓力異常急劇升高，產生超壓物理爆炸。
(4)裝卸過程中，裝卸軟管的脫落或破裂。
(5)導靜電接地裝置失效或損壞。
這些裝置失效，將會導致以下問題發生：①大量沸騰氣化的LNG氣體與空氣混合後，隨氣流或風力漂移，會在非常低的濃度下產生爆炸；②發生溢出性洩漏的LNG液體，會使流經的地面、設備基礎等因冷凍而強度降低，甚至導致坍塌事故，如遇積水會發生快速相態轉變而發生爆炸；③LNG如發生射流性洩漏，由於液體帶壓而噴射距離較遠，發生洩漏後的射流或冷蒸氣雲，會使所接觸的一些材料變脆、易碎受損。
由於繼續盛裝LNG的故障容器存在著重大安全隱患，因此必須將容器內的LNG儘快倒出，並經吹掃、置換合格後才能對容器實施維修。
2LNG儲罐的倒罐條件和要求
2.1倒罐的可行性分析
儲罐在使用過程中發生洩漏事故時，應對洩漏罐體進行分析，確認是否具有倒罐的可行性。
(1)若罐體出現真空部分喪失、少量洩漏或滴漏現象，如在可控範圍內，應安排進行倒罐處理。
(2)若罐體真空喪失或根部閥斷裂失效等原因引起大量洩漏，並產生一定量的液態積聚或產生蒸汽雲團，則不再考慮倒罐處理。罐車與罐箱等移動式LNG容器在運輸過程中發生洩漏事故時，應對罐體和行走機構進行事故狀況分析，確認是否具有倒罐的可行性。
(3)若行走機構仍可工作，罐體輕微受損，洩漏量較少或洩漏可控，應儘快將LNG罐車或裝載LNG罐箱的車輛駛離交通要道和人群密集區後再進行倒罐處理。
(4)若行走機構已經無法工作，罐體輕微受損，洩漏量很少或洩漏可控，應儘快疏散人群，控制一切火源，立即設定警戒區域，進行現場監督，阻止無關人員進入，做好消防滅火準備，並儘快進行倒罐處理。
(5)若罐體真空喪失或根部閥門斷裂等引起了大量洩漏，而閥門操作箱損壞已經不具備連接軟管倒出液體的可能，則不再考慮倒罐。
2.2受液容器的要求
常用的受液容器一般為移動式的LNG罐車或罐箱。當發生故障的儲罐所處系統中有其他LNG儲罐，或鄰近20m範圍內有備用儲罐時，也可作為受液容器。
受液容器的容積應與需要倒罐容器的容積相當，以儘量減少倒罐次數，提高倒罐效率。當需要倒罐的容器內液體量較多時，應準備多臺受液容器以確保連續高效的倒罐作業。受液容器最好應為經過預冷的空罐。
2.3倒罐作業的條件
(1)根據所需倒罐的LNG容器型號規格劃定危險區域，做出明顯標記和安全警戒線，禁止無關人員進入現場。配置乾粉滅火器、移動式高倍數泡沫滅火系統或消防車，緊急疏散處於下風口的人群，清理可燃物和火種等。高倍數泡沫覆蓋LNG表面，使之與空氣隔離。如果現場洩漏的LNG已經失火，應採用乾粉滅火器，滅火劑最好為碳酸鉀，亦可用沙土撲救，忌用水滅火。必須在完全滅火併評估倒罐實施的可行性通過後，方可進行倒罐作業。
(2)倒罐作業現場應確保通風良好，必要時可採取強制通風措施增加空氣流動，以便LNG迅速擴散；嚴禁明火和各種火源、火種，危險區域內禁止使用手機、對講機等非防爆型可能產生靜電火花的通訊設備，同時需保證倒罐現場救援通訊和對外通訊網絡暢通。
(3)倒罐作業人員必須經過LNG容器操作專業培訓，熟悉LNG的理化特性及應急倒罐操作程序。所有倒罐作業人員禁止攜帶任何通訊設備和打火機等火種，必須穿戴全套防護用品，使用防凍手套。入場作業前進行靜電消除。
(4)勘察現場LNG液體的組分和密度變化，確保與受液容器內為同一油田液體(受液容器是空罐的情況除外)，提出滅火、倒罐、堵漏等執行方案。
3LNG儲罐的倒罐作業方式和方法
3.1液體轉移方式
目前國內將受損儲罐內液體轉移通常採用以下三種轉注流程：壓力差轉注流程、外置離心泵轉注流程和潛液泵轉注流程。
3.1.1壓力差轉注流程
壓力差轉注的工作原理是根據管內壓力差，管道內的流體介質會從高壓端流向低壓端。當故障設備內的壓力大於受液罐內的壓力時，分別打開故障設備的根部排液閥和受液罐體的上部進液閥或下部進出液閥，故障設備內的介質在壓力作用下向受液罐內轉移。如果受液罐內壓力過大，可以根據現場情況判斷是否需要打開受液罐的放空閥降壓，以提高介質轉移效率。
壓力差轉注流程簡單，且操作起來比較方便，但轉注效率受故障設備內的壓力影響很大。通常排液時間較長，壓力過低時無法正常排液。
3.1.2外置離心泵轉注流程
外置離心泵轉注的工作原理是通過打開故障設備的根部排液閥、受液罐上的進液閥和回流閥，形成離心泵的轉注迴路，啟動離心泵將故障設備內的介質輸送到受液罐內。轉注過程中應密切注意受液罐的液位和壓力，必要時可打開放空閥洩壓，防止受罐液超壓造成破壞。
外置離心泵轉注流程相對較複雜，並且通常情況下為保障受液罐的安全不得通過泵向受液罐充液。用離心泵轉注液體時排液速度快，對故障罐內的壓力要求較低(滿足泵的吸入淨壓力即可)。但是需要配備相應的外接電源或車載電源，泵工作前需要進行預冷，周圍環境須滿足防爆要求才能工作。
3.1.3潛液泵轉注流程
離心式潛液泵的工作原理與外置離心泵基本相同。這種流程同樣比較複雜，但可省去泵的預冷時間，排液速度快。通常潛液泵裝卸流程無法將故障設備作為潛液泵的入口側，不具備倒液功能。經過流程改造具備倒液功能後，還需要配備外接電源
或車載電源，周圍環境須滿足防爆要求才能工作。
3.2倒罐(儲罐、罐車、罐箱)方法
目前倒罐的方法主要有三種：儲罐對罐車(罐箱)倒罐、儲罐對儲罐倒罐和罐車(罐箱)對罐車(罐箱)倒罐。三種倒罐方法的優缺點對比見表1。
其中儲罐對罐車(罐箱)倒罐的操作方法如下：
(1)正確連接卸液液相金屬軟管及氣相金屬軟管。系統有預留充裝口的，直接將進液液相金屬軟管及氣相金屬軟管連接到預留充裝口上。無預留充裝口時，應取出LNG進液管線上止回閥閥芯，取出後緊固並查漏；確認無洩漏後開始對管線、金屬軟管進行氮氣吹掃(從放散閥處放空)。
(2)確認管線系統完全準備好後，微開LNG儲罐出液閥和受液LNG罐車(罐箱)的進液閥開始對管線進行預冷(約10min左右，以管線外露部分結霜為預冷結束)。LNG儲罐在必需增壓時可根據現場指揮或LNG儲罐供應商的服務人員指令進行LNG儲罐增壓，不得私自增壓。
(3)開啟受液罐車(罐箱)的頂部和底部進液閥，進行上、下同時進液並觀察受液罐車(罐箱)內的壓力變化。當受液罐車(罐箱)內壓力過高，則打開氣相管放散閥進行放散卸壓。如需加快倒罐速度，可打開受液罐車(罐箱)氣相放空閥，將罐內壓力儘量降低到最低限度。
(4)受液罐車(罐箱)液位過高時，關閉進液閥、打開手動放散閥把出液管內液體通過放散閥放空。打開LNG罐車(罐箱)排氣閥對金屬軟管進行卸壓，等霜化完後拆下金屬軟管。
4結語
本文分析了LNG儲罐及相關設備失效的可能性，特別對儲罐在使用過程中罐體發生洩漏的情況進行了綜合分析，確認是否具備倒罐的可行性。倒罐成功的前提是必須對倒罐進行可行性分析，同時提出了倒罐時受液容器的要求和現場必須具備的條件。對比分析了壓力差轉注流程、外置離心泵轉注流程和潛液泵轉注流程三種倒罐方法的優缺點，提出了LNG倒罐的具體操作方法。
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