LNG规则和过程安全外文翻译资料

 2022-08-10 04:08

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LNG规则和过程安全

由于一个无计划的液化天然气(LNG)释放的潜在广域影响,美国消防协会(NFPA)和后来的美国运输部发布了标准和法规,其中包括用于分析意外液化天然气释放后果的具体方法。

“设计泄漏”的概念被定义来评估LNG意外泄漏的后果,它特别注意了安全防护措施的影响。除了具体说明了意外排放的等级外,这个设计泄漏还具体说明了一些参数,用于估计顺风LNG蒸气扩散和一次LNG池火产生的辐射热程度。“设计泄漏”是一个重要的概念,因为这个液化天然气规则是第一个(也是仍然唯一的)以确立允许建立液化天然气设施的场所为目的去定义“禁区”。

本文确定了与液化天然气使用相关的危害,讨论了“设计泄漏”概念的发展和使用,并确定了该方法的问题。还提供了适用于液化天然气设施的法规、规则和标准的详细历史回顾。这些规则在过去几年中的改变和修改引起了相当大的混乱。因此,需要对“设计溢出”概念进行一个完整的审查和修订。copy;2005 American Institute of Chemical Engineers Process Saf Prog 24: 158 –167,2005

一、介绍

管理液化天然气(LNG)工厂选址、设计、建造、检查、测试和过程安全问题的主要美国法规和标准体现在49-CFR-193 《液化天然气设施》、《联邦安全标准》[1]和NFPA-59A《液化天然气(LNG)的生产、储存和处理》[2]。49‐CFR‐193标准是美国联邦政府法规。NFPA-59A是由美国消防协会发布的行业共识标准。

液化天然气设施的设计,建造和运行的联邦法规和行业标准是根据良好的工程实践并结合多年的运行经验发展的。这些法规和标准旨在通过专注于防止意外的LNG储罐失效并使意外的LNG储罐释放所引起的火灾的影响最小化来实现过程安全目标。选址间隔距离、设计实践和危害控制系统的结合是实现过程安全目标的方法之一。

如49‐CFR‐193法规公告的序言所述,在LNG安全问题中最重要的是:

  • 保护LNG设施附近的人员和财产免受LNG一次大量泄漏引起的火灾引起的热辐射。
  • 保护液化天然气设施附近的人员和财产免受LNG一次大量泄漏造成的天然气云散布和延迟点燃。
  • 减少LNG灾难性泄漏的可能性。

用来确定适当的选址间隔距离并指定危害控制系统的方法是基于设计溢出概念。该概念根据历史经验、法规要求和设施的特定特征,假设了设施中可能发生的意外LNG释放。然后,与泄漏相关的潜在危害通过使用后果分析预测技术进行量化,该技术已被整个LNG行业广泛接受。这个设计泄漏概念大致基于设计基准事故的核工业概念。

二、液化天然气火灾危险

对于石油基液体和气体,最公认的危害是与可燃性有关的危害。但是,LNG由于其低温特性而展现出一些特殊的危害。

对于要燃烧的液体,它们必须首先被转变为蒸气。如果LNG从储罐中释放出来,它很容易蒸发。每当从其储罐系统释放LNG时,液体会被周围环境加热,从而导致液化气蒸发。由这种沸腾液体产生的蒸气将开始与周围的空气混合,并被空气顺风携带,从而形成蒸气云。随着蒸气继续被顺风携带,它将与其他空气混合并进一步稀释。蒸气云的某些部分将处于易燃范围内(按体积计约为5-15%)。如果此易燃部分遇到一个点燃源,则蒸气云可能会点燃。然后,火焰可能会通过云传播,回到蒸气源,特别是如果云的可燃部分是连续的。一个无限制的蒸气云的这种简单回燃可通过点燃火焰路径中的物质来引起二次火焰,并可能对夹在云中的人员造成严重的灼伤。由于暴露于火中的时间将相对较短,因此通常会限制对设备的损坏。

LNG展现的热特性几乎与那些天然气相同。在通风良好的区域,天然气燃烧时的层流燃烧速度较低,并且点火能量相对于其他碳氢化合物燃料而言较高。是否任何可燃的蒸气云只是燃烧回到蒸气源,还是发生一次爆炸,取决于许多因素:蒸气分子的化学结构、蒸气云的大小和浓度、点火源的强度以及蒸气云的束缚程度。

在封闭区域,易燃天然气混合物着火可能会展现出一次爆炸,并因此造成破坏性的过压。如果LNG或其蒸气泄漏到一个控制室或压缩机房中,则一次爆炸的可能性将大大增加。这可以通过由于大火加热空气导致圈地内的压力增加以及燃烧过程中气体量的增加来解释。大多数建筑物将承受很小的内部压力,并且当达到压力极限时,这个建筑物事实上会爆炸。目前,产生爆炸行为所需的限制程度是一个主要的研究课题,尤其是针对海上设施拥挤的条件。LNG设施通常不会出现这种拥挤的管道和设施布局。

液化天然气泄漏或溢出足够的大小可能会导致地面上积聚液体。如果点燃,则引起的火灾称为池火。点燃可以发生在液体池的位置(立即或经过一定的延迟),或者液体池可能被蒸气云火点燃。池上方被火焰直接接触的物体可能会受到严重损坏或破坏,暴露的人员将遭受严重的烧伤。超出实际火焰量的物体和人员也可以被火焰发出的辐射热损坏或伤害。与蒸气云火相比,其影响更加局限,但持续时间更长。

当易燃液体从加压密闭容器中意外释放时,泄漏可能采取液滴和蒸气喷雾的形式。如果点燃,则产生的火称为火炬火。加压蒸气泄漏也可能导致此类火灾。火炬火具有与池火相同的危害类型,即直接火焰接触和辐射加热。但是,火炬火的辐射热能量通常大于类似尺寸的池火的辐射热能量。

有一个BLEVE(沸腾液体膨胀蒸气爆炸)是指加压容器中的内容物正高于其沸点温度时发生的灾难性失败。BLEVE最常见的类型是当一个未绝缘的加压容器暴露在邻近的火中时。火增加内部压力并削弱容器,直到其无法容纳压力为止。然后,容器剧烈破裂,其中某些部分可能会被推开到很远的距离。这个释放的液体立即出现并雾化,通常会变成一个大火球。这个火球由于火焰接触和热辐射的结果能造成非常广泛的损害。尽管火球仅持续几秒钟,其影响却是毁灭性的。

LNG储罐发生BLEVE的可能性非常小,因为主罐受外罐和隔热层的保护,隔热层会阻止从火传到主罐的热量传递。此外,大多数液化天然气储罐设计用于相对较低的操作压力。因此,如果暴露于火中,这些储罐将不会BLEVE,因为它们将在相当低的内部压力下发生故障,并且在发生故障时,LNG不会被充分加热而导致任何显著数量的液体突然出现并蒸成蒸气。

BLEVE仅在特殊情况下才被视为对LNG设施的潜在危害,例如无人值守的偏远地区和可能会导致储罐快速过压(泵的静压头超过存储压力极限)的过程配置。较小的LNG储存容器被建造为可承受压力传递条件,工厂内的其他液化天然气容器或储罐(例如液体分离罐或再冷凝器)和LNG运输容器有足够大的设计压力可能会发生潜在BLEVE。但是,在经济考虑下,所需的容器和管道隔热材料可能足以阻止相邻火灾产生的热量输入,从而排除BLEVE条件。

NFPA-59A和49-CFR-193均未说明BLEVE作为一个可信的LNG事故的可能性。

联邦法规不涵盖制造但不储存LNG的天然气处理设施,例如氮气或氦气分离厂。

三、美国LNG监管背景

随着1960年代初期LNG行业的发展,LNG的安全性至关紧要的问题开始得到普遍认可。从一个显著的意外LNG泄漏造成大面积破坏的可能性[ 3 ]和对1944年克利夫兰LNG灾难的回顾[ 4 ] ,开始了以发展LNG特殊安全标准为目的的行业运动。NFPA-59A标准的第一版于1967年被采用。几个随后的版本扩大了范围,最新的主要修订版将于2005年发布。

1972年,LNG法规包含在49‐CFR‐192天然气运输(管道)标准中。1972年10月采用的一项临时措施指出,直到制定了具体的联邦法规之前,NFPA-59A当时的版本都被视为联邦标准。

颁布联邦LNG标准的主要原因之一是人们对NFPA标准的早期版本(1971/1972)感觉到不足。NFPA后续版本的发布克服了早期NFPA-59A标准的许多问题。

美国大多数LNG设施建于1980年采用49-CFR-193之前,并符合NFPA-59A标准的早期版本。

33 CFR Part 127中的美国海岸警卫队负责设施的选址,因为它有关乎附近的船只交通以及与装卸码头有关的事项。正式机构谅解备忘录涵盖了联邦对监管重叠的协调。

四、流程安全管理和RMP规则

美国职业安全与健康管理局(OSHA)的过程安全管理(PSM)标准(29 CFR 1910.119)以及环境保护局(EPA)风险管理计划(RMP)规则(40 CFR 68)涵盖了大多数其他石油加工设施,例如处理大量易燃液体或气体的一个天然气处理厂或一个炼油厂。

PSM标准通过综合了技术、程序和管理实践的综合计划来强调危害的管理。该标准包含14个要素,这些要素是进行一次安全化学操作的基础。

根据OSHA的PSM遵从性指南文件,过程危害分析(PHA)是所要求的关键要素之一,过程危害分析(PHA)是“一种有组织的系统的工作,以识别和分析与高危险化学品的加工或处理相关的潜在危害的重要性”。PHA导致操作、维护和培训程序的开发,以及应急响应和事件调查要素。需要正式的变更管理计划,以将安全级别维持上升到原始设计意图。

EPA风险管理计划建立在OSHA PSM法规的基础上,增加了“最坏情况后果分析”,并且还要求报告事件。

但是,OSHA法规特别豁免了根据49 CFR第193部分的DOT法规进行管理的LNG设施,这是由另一个(DOT)联邦机构进行充分法规的概念所排除的。EPA法规不包含优先条款,但根据运输附带的存储概念,LNG已被豁免。

有趣地注意到,由于《矿产管理服务》(MMS)中的法规,海上石油生产行业也被豁免。但是,MMS通过自愿性规则采用了PSM的语言,这些规则已编入API 14系列。

重要的一点是,无论OSHA PSM规则还是EPA风险管理规则都没有选址限制。

欧洲过程安全法规倡议

塞维索事件发生后,欧盟通过了一项新规定,旨在避免发生类似的事件,称为“塞维索一世”。1982年通过了该指令82/501 / EEC,该指令涉及过程工业活动的重大事故危险,目的是预防和应对重大工业事故,并减少对环境和公众的潜在影响。自1999年以来,被称为“重大事故危害控制(COMAH)”的88/610 / EEC指令“ Seveso II”要求工业和仓储活动遵循过程安全和风险管理措施,以防止发生更多事故。

欧洲LNG规则的特定语言最初基于英国B777编码,但现在最新的法规为EN1473-1997。它包含许多类似于美国PSM规则的概念,和其他的。

五、PSM和美国LNG编码之间的主要差异

NFPA-59A和DOT193尽管需要对通常由安全管理系统控制的活动进行控制,但并没有明确要求使用安全管理系统。特别缺少的是过程危害分析和变更管理。

但是,LNG规则的独特功能是选址“排除”区域。本文包含对该独特功能的进一步分析。

美国液化天然气规则的另一个独特功能是不同结果软件模型的规范。经管理员批准,使用考虑了相同物理因素并已通过实验测试数据验证的候补模型可以被允许。但是,没有人已经能够获得行政审批,因为不存在获得批准的程序。整个LNG规则都使用类似的管理员批准语言,同样也没有明显的方法来实现此批准。

对禁区确认的结果分析

如之前对LNG危害的讨论所述,处理LNG的工厂存在两种主要的可燃性危害的类型,它们可能会影响设施及其附近地区:蒸气云火灾和池火。为了充分设法解决设施中液化天然气泄漏的潜在影响,需要一种量化蒸气云火灾和池火危害的方法。

量化事故场景的第一步是假设意外渗出储罐的参数,包括释放速率、停止释放之前的时间范围、本地地理细节以及过程设备的具体方面。然后,可以估计出一个蒸气云(延迟点燃)或池火(立即点燃)情况的程度。

查看工厂内所有可能的泄漏造成的危害是不可行的。取而代之的是,对少量相当大量的泄漏进行了调查。这些“ 设计溢出 ”是基于NFPA-59A / DOT193的要求,历史经验以及设施和周围区域的任何独特功能。设计泄漏通常比可能被预料要发生的意外泄漏(例如阀门或密封件泄漏)大得多。因此,它们代表了可能发生和其危害可以被控制的泄漏的合理上限。

双层壳或蓄水区的设计是量化设计泄漏影响的关键因素。因此,标准和法规着重于基于蓄水池设计确定热和蒸汽扩散排除区。

DOT193专门针对每个主要工厂区域设置设计泄漏要求,认识到来源于过程设备特性的潜在事故场景中的差异。工厂设施包括LNG储罐、工艺区域(即液化过程、压缩过程、各种泵等)、汽化区域和转运区域(即船舶、铁路车厢或油罐车装载区域等)。

永久性工厂管道的重大故障不包括在NFPA-59A设计泄漏概念中,但在1990年代末的规范/标准协调项目之前已包含在DOT193法规中。

六、LN

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