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能源情報按：安全是能源行業(yè)的基礎，安全大過(guò)天。11月2日，國家管網(wǎng)接手一個(gè)月的北海LNG接收站儲罐起火，在業(yè)內形成很大影響。

據廣西北海市鐵山港區委員會(huì )宣傳部微信公眾號消息，11月2日11時(shí)45分許，國家管網(wǎng)集團北海液化天然氣有限責任公司位于鐵山港區的LNG接收站碼頭2#罐罐前平臺管線(xiàn)在施工時(shí)發(fā)生著(zhù)火，火勢于11點(diǎn)55分得到控制撲滅。經(jīng)連續搜救，截至目前，現場(chǎng)作業(yè)的9人中，有5人死亡，1人失聯(lián)，3人重傷正在全力救治中。

安全運營(yíng)，要時(shí)刻警醒。

文/張晨 王沛 王亞群 楊春艷 孫亞娟，中海石油氣電集團，山東化工

1研究背景

LNG儲罐是LNG接收站內投資最大的核心單體設備，其穩定、安全運行是整個(gè)接收站正常運行乃至地方能源安全保障的重要前提。然而，某LNG項目?jì)抟何桓叨冗^(guò)去2個(gè)月中絕大多數時(shí)間都在30m以上的高液位狀態(tài)下運行(見(jiàn)圖1)，近一個(gè)月更是持續運行在高液位，在9月初更是創(chuàng )造了33．16m的最高液位，距離高液位報警33．85m只有0．69m的高差，距離34．07m的高高液位報警聯(lián)鎖關(guān)斷只有不到1m的高度差。

LNG儲罐液位持續，長(cháng)期高液位運行提高了安全隱患發(fā)生風(fēng)險，例如液位誤報警、儲罐超壓、翻滾事故等。本文結合我國項目實(shí)際運營(yíng)情況對LNG儲罐高液位運行可能存在的安全隱患進(jìn)行了多方面分析并提出儲罐高液位運行工況的建議。

2高液位運行安全分析

2．1高液位運行更容易出現分層引發(fā)翻滾風(fēng)險

翻滾是液化天然氣生產(chǎn)儲運中出現的一種危害較大的事故，LNG儲罐持續高液位運行提升了發(fā)生罐內液體"翻滾"的后果且增加翻滾發(fā)生的概率。液化天然氣翻滾產(chǎn)生的主要原因是罐內液體分層。儲罐長(cháng)期高液位運行，壁面及罐底吸熱量較大，容易造成沿儲罐高度方向密度差，出現分層而導致翻滾;且高液位運行時(shí)，儲罐往往要容納兩個(gè)甚至多個(gè)氣源地的LNG，也容易發(fā)生分層導致翻滾。翻滾一旦發(fā)生，儲罐將在短時(shí)間內產(chǎn)生大量蒸發(fā)氣(BOG)，其BOG蒸發(fā)量為正常情況下的100多倍，可能使儲罐超壓而損壞，而蒸發(fā)量有時(shí)罐內液量的函數，將會(huì )造成更大的的經(jīng)濟損失。

儲罐液位較高時(shí)對翻滾的產(chǎn)生有三方面影響:

(1)高液位運行時(shí)，儲罐可能會(huì )容納更多的幾種不同組分和密度的LNG，且高液位時(shí)罐內泵循環(huán)混合LNG的效果有限，造成儲罐內LNG分層且上下兩層更易形成獨立的循環(huán)。

(2)液位較高時(shí)，上下層中間的分界層向下移動(dòng)的空間較大，容易形成較大的翻滾事故。

(3)高液位運行，使LNG沿高度方向受熱面積大，造成上層蒸發(fā)更加劇烈，下層熱量積聚更加迅速，加劇了由分層到翻滾的過(guò)程;一旦發(fā)生翻滾下層釋放的熱量產(chǎn)生的蒸發(fā)氣量將十分巨大，導致儲罐和接收站產(chǎn)生較大的壓力波動(dòng)。

國外LNG項目運維歷史中，發(fā)生多起"翻滾"事故案例:

1971年意大利LeSpezia，SNAM的LNG終端接收站S－1儲罐內裝有有兩種密度的LNG，處于中高液位。在為時(shí)1．25h的翻滾中，有136．2噸的LNG氣化后從儲罐中泄放出來(lái)，高峰期的蒸發(fā)率是正常時(shí)的100多倍，儲罐壓力超過(guò)設計壓力;1993年英國曼徹斯特Partington的LNG調峰站的儲罐在充裝前存液17266t，已經(jīng)處于中高液位。充裝后68t儲罐發(fā)生翻滾。卸料后初始58t，共有160t的LNG蒸發(fā)，而在兩小時(shí)的翻滾中，由于儲罐壓力的快速上升，有150t的LNG被排放到大氣中。

綜合分析這歷史事故，雖然導致翻滾的直接因素是操作不當，使高密度液體位于罐底的分層，但不可忽視的是LNG高液位將會(huì )增加翻滾產(chǎn)生BOG的量，且在LNG液位較高的儲罐更容易出現翻滾情況。

2．2接收站氣相系統容易超壓

儲罐高液位運行，造成儲罐氣相空間偏小，整個(gè)系統BOG容納能力降低。且高液位運行時(shí)產(chǎn)生的蒸發(fā)氣(BOG)量較低液位時(shí)大(罐壁漏熱產(chǎn)生的BOG量占整個(gè)儲罐吸熱產(chǎn)生BOG量的40%，高液位時(shí)儲罐吸熱產(chǎn)生的BOG量比低液位時(shí)高約30%～40%)。因此高液位運行下;一方面，BOG產(chǎn)生量因熱輸入的增加而增大;另一方面，儲罐的BOG的氣相空間有限，接收站氣相系統的緩沖能力嚴重不足。

基于HYSYS軟件搭建某接收站4座16萬(wàn)m3LNG儲罐的動(dòng)態(tài)仿真模型，模擬13200m3/h卸料速率下依次進(jìn)行4座儲罐的卸料操作，同時(shí)以14．7t/h的BOG系統處理能力處理期間產(chǎn)生的BOG，監測期間主要工藝數據，例如，4座LNG儲罐壓力、液位高度、BOG壓縮機處理能力等工藝參數可知。在進(jìn)行1－3座儲罐卸料操作時(shí)，儲罐氣相空間起到很好的緩沖作用，但在第四座儲罐的卸料時(shí)，系統的壓力逼近接收站系統的泄放壓力。

從圖2中各做儲罐的壓力曲線(xiàn)與各儲罐的液位高度可知，全速卸料期間，整個(gè)系統的BOG產(chǎn)生量增加，參與卸料儲罐的壓力明顯高于其他儲罐，尤其是卸料剛開(kāi)始時(shí)，BOG產(chǎn)生量達到峰值。當接收站儲存系統LNG液位低時(shí)，對于BOG產(chǎn)生的峰值波動(dòng)有一定的緩沖能力，也減少了BOG壓縮機的負擔;但當接收站儲存系統LNG液位高時(shí)，其氣相空間大大減小，緩沖功能減弱，增加了BOG處理系統的負擔，在卸船等BOG產(chǎn)生量波動(dòng)較大的工況下，容易發(fā)生超壓事故。

3高液位運行管理

3．1密度控制

每座LNG儲罐均設有LTD連續監測儀表，用于連續監測儀表主要協(xié)助操作人員確定儲罐內部的分層情況。以某16萬(wàn)方LNG儲罐為例，在LTD測量液位范圍中的相鄰測點(diǎn)最大溫差超過(guò)0．3℃或最大密度差超過(guò)0．8kg/m3，操作人員應當對儲罐中的LNG進(jìn)行消除分層的操作。

我國部分接收站LNG儲罐LTD檢測系統僅具備檢測數據監測功能，缺少分層報警的設計考慮。此類(lèi)型的分層檢測系統對LNG接收站工藝操作的"新人"來(lái)講尤為重要，現場(chǎng)操作"新人"難以快速采取合適的措施，增加了此風(fēng)險的后果。增加LNG分層報警，可更好的進(jìn)行儲罐LNG分層的控制，有利于LNG儲罐尤其是在高液位情況下的風(fēng)險管理。

3．2監測控制

持續高液位運行時(shí)，儲罐液位容易在數分鐘之內觸發(fā)高報警和高高報警(一般接收站項目液位由高報警至高高報警為5min)。LNG儲罐液位的設定由低到高共分為六級，其中與高液位有關(guān)的設定一般有如下三層:

(1)最大操作液位(LAH)的設定是為在LAL的基礎上考慮儲罐的凈容積進(jìn)行設定，滿(mǎn)足儲罐罐容的設計要求。

(2)進(jìn)料關(guān)停液位(LAHH):綜合考慮儲罐罐頂進(jìn)料閥門(mén)關(guān)閉響應時(shí)間和操作人員響應時(shí)間，LAHH為在LAH的基礎上考慮進(jìn)行一定時(shí)間(一般項目設計為5或15min)的最大進(jìn)料后，儲罐上升的液位。由于儲罐過(guò)充會(huì )對儲罐結構產(chǎn)生影響，嚴重還會(huì )造成LNG溢出，所以該信號通常接入ESD系統。

(3)最大設計液位(LAHHH):綜合考慮儲罐罐頂進(jìn)料閥門(mén)關(guān)閉響應時(shí)間，LAHHH為在LAHH的基礎上考慮進(jìn)行一定時(shí)間(一般為5或15min)的最大進(jìn)料后，儲罐上升的液位。

除了以上的液位設定外，通常在LAHHH之上還應保證一定安全高度，EN14620中最小安全超高為300mm。LNG儲罐液位高度報警示意圖見(jiàn)圖3。

在全速卸料的情況下，16萬(wàn)m3LNG儲罐的液位每小時(shí)升高2m，如卸料期間的液相波動(dòng)或ESDV閥門(mén)關(guān)閉中出現嚴重的卡死問(wèn)題，則操作人員對液位報警的反應時(shí)間大大縮短，難以避免儲罐卸料過(guò)量的問(wèn)題。

4結論

通過(guò)以上分析，儲罐液位操作建議如下:

(1)LNG儲罐應盡量避免長(cháng)期連續運行在高液位工況，以減少上述提及的安全隱患，保證接收站運行的本質(zhì)安全。

(2)儲罐高液位運行時(shí)要通過(guò)LTD嚴格監控罐內密度及溫度查，防范罐內液體產(chǎn)生分層，避免罐內液體形成翻滾的條件。建議避免將具有顯著(zhù)密度差異的LNG存放在同一儲罐中儲存;如監測到的分層情況，應及時(shí)采取泵循環(huán)的操作，盡快消除分層現象;如可行，建議增加LNG分層報警。

(3)儲罐高液位運行時(shí)，操作人員應尤其注意監控液位高報警，在信息溝通和人員配置上應保持快速響應的狀態(tài)，在基于將不同密度LNG分罐儲罐的方案或密度差異允許的情況下，優(yōu)先考慮下進(jìn)料的操作方案。

(4)當卸船量較大時(shí)，要保證儲罐留有合適的氣相空間，建議盡量在卸料前降低接收站氣相系統壓力;卸料期間將LNG平均分配到各個(gè)儲罐儲罐中，避免單個(gè)儲罐液位過(guò)高的情況。