LNG知识(安全教育)

LNG工厂安全教育内容

 

LNG基础知识

1．液化天然气的特性

成分:天然气主要以甲烷（CH4）为主，同时含有少量的丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）等烃类气体，氮、二氧化碳、硫化氢及微量的氢、氦、氩等非烃类气体。各个地方的天然气的形成过程不尽相同，所以成分也不完全一样。

性质:由于天然气的主要成分为甲烷，且各地方的组成不同，其密度一般在426~470kg/m3之间，如果甲烷含量越高则密度越小。液化天然气的密度还是温度的函数，温度越高密度越小。所以阐述性质的时候主要以甲烷为主。需要准确的物性参数需要各液化天然气生产厂家提供。

一般外观:高纯度的液化天然气是无色、无味的透明液体。由于它的低沸点，当观察时，液体常常有强烈的沸腾；当暴露到大气中时，由于空气中水蒸气的凝结，将见到大量的蒸汽云。

液化天然气的物理性质（指甲烷）

性    质	单 位	参   数	备        注
沸     点	℃	－162	1atm条件下，液体向气体转化点
冰     点	℃	－182.5	1atm条件下，液体向固体转化点
液 体 密 度	Kg/m3	426	1atm,－162条件下
气 态 密 度	Kg/m3	0.718	1atm,20℃条件下，
自 燃 温 度	℃	538	汽油的为390~420℃
可 燃 极 限	%	5~15	20℃
液/气		1:591	1m3液体变成591m3气体（为大约值）

注：当液化天然气转化为-107℃的蒸汽时，其密度大致与空气相当，如果温度继续上升那么密度会变小，从而比空气密度轻，因此天然气容易在空气中扩散。

2.天然气的安全提要

1）天然气存在着火的危险

天然气在空气中达到一定的比例遇到火源就会燃烧，但是天然气的燃烧范围比较窄：在空气中其体积分数为5~15%。这意味着，当空气中天然气的体积分数低于5%，或者高于15%都不会燃烧，当然也就不会爆炸。

概念提示：

（1）燃烧：燃烧是可燃物快速氧化，伴有火焰、发光或发烟现象的放热反应。其必备条件是必须同时具有燃料和氧化剂，并且要达到一定的温度才会发生。

（2）爆炸（化学爆炸）：物质由一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生具有声响的现象叫做爆炸。爆炸也可视为气体或蒸汽在瞬间剧烈膨胀的现象。

          此处的爆炸指空气混合物在密闭的容器内局部着火时，由于燃烧反应的传热和高温燃烧产物的热膨胀，容器内的压力急剧增加，从而压缩未燃的混合气体，使未燃气体处于绝热压缩状态，当未燃气体达到着火温度时，容器内的全部混合物就在一瞬间完全燃尽，容器内的压力猛然增大，产生强大的冲击波，这种现象称为爆炸。

     （3） 根据爆炸传播的速度可将爆炸分为： 

　　     a.轻爆：通常指传播速度为每秒数十厘米至数米的过程

　　     b.爆炸：指传播速度为每秒10米至数百米的过程

　     　c.爆轰：指传播速度为每米1000米至7000米的过程

    在-162℃低温条件下，其燃烧范围为体积分数6~13%，有益于燃烧的速度约为0.3m/s，因此在敞开的环境条件下，液化天然气及其蒸汽一般不会爆炸。天然气燃烧产生的黑烟少，因此导致的热辐射也较小。

液化天然气在环境温度下泄漏时，迅速蒸发产生大量的天然气气体，形成蒸汽云团。因此，在储存、装卸或使用天然气的场合，不允许抽烟或明火，否则有可能导致危险甚至人生伤害。

如果液化天然气泄漏在密闭的环境或者有热源（无点火源）空间，由于其会变成蒸汽体积迅速扩大，同样有爆炸的危险。因此储存液化天然气的场所要求开敞、通风，以便于蒸汽能够扩散开来。

当天然气在空气中的浓度超过1%时，操作人员应当撤离现场。

2）天然气有窒息的危险

天然气的过分积聚可能会使空气中氧浓度变稀，人畜在这种环境中可能会导致昏迷、伤害，甚至窒

息。当空气中氧气体积含量低于20%时，操作人员应当注意；如果氧气的含量进一步降低时操作人员应当撤离。

    当操作人员因缺氧失去知觉时，应当立即将其撤离现场，并进行人工呼吸。如果操作人员停止呼

吸，应当立即进行人工呼吸并马上送往医院治疗。

下面列出窒息的生理特征（也称缺氧效应）

阶段	氧（体积浓度）	症            状
1	21~>14%	呼吸和脉搏次数增加，肌肉运动协调性会轻度紊乱.
2	14~>10%	有知觉、情绪烦躁、行动非常疲劳、呼吸困难、判断失误、对疼痛失去知觉.
3	10~>6%	恶心、呕吐、行动不自由、虚脱、失去知觉或有知觉胆无力行动和喊叫、造成永久脑部伤害.
4	<6%	痉挛、呼吸微弱或停止呼吸、在几分钟内死亡.

所以当空气中氧气浓度<10%，天然气的浓度>50%时，对人体产生永久伤害，在此情况下，工作人员不能进入LNG区域。

3）液化天然气存在冻伤的危险

由于液化天然气的温度很低，假若和身体皮肤接触由于液体的迅速汽化将会引起严重的冻伤，也称冷灼伤。冻伤的结果是开始时有刺痛感、皮肤变成灰白色、起沸或深层组织被冻死。由于起沸特性类似烧伤起沸因此成为灼伤。

发生冷灼伤时应当采取以下处理方法：

（1）当皮肤与低温表面粘接时，可用热水加热方法使皮肉解冻，然后再挪开冻结部位，并将伤员移至温暖的地方（约22℃）；

（2）除去所有妨碍冻伤部位血液循环的衣物；

（3）将冻伤的部位立即进行水浴，水温要求41~46℃，部允许使用干燥或直接加热的方式；如果水温超过46℃，就会加剧损伤冻伤区的身体组织；

（4）立即将伤员送往医院做进一步治疗；

（5）如果伤员大面积冻伤，且体温已经下降，就需要将伤者浸沸在41~46℃的水中，再尽快将伤者送往医院；

（6）冻伤的身体部位在加热后开始疼痛、肿胀，如果伤势不严重，应当对冻伤部位进行缓慢、持续地加热，直至皮肤由灰白色变成粉红色或红色；

（7）伤员不许抽烟、喝酒，因为这样会减少流往冻伤组织的血液量，注射破伤风针剂，防止感染。

3.液化天然气的泄漏和溢出

如果贮存的液化天然气的量较大，发生溢出的情况能够产生严重的后果，使得处于现场的人处于非常危险的境地。初步的伤害是低温灼伤、体温降低、肺部伤害、窒息等。如果遇到点火源，在溢出的液化天然气大量汽化后产生蒸汽云团被点燃后会引起大规模的火灾。

液化天然气蒸汽云团受热后会上升，快速扩散到大气中。蒸汽扩散的距离与初始溢流的数量、持续的时间、环境风速、地形、大气的温度和湿度有关。研究表明：风速较高时，能够很快驱散液化天然气蒸汽云团；风速较低甚至无风时，蒸汽云团主要集中在溢流源附近。通常移动的蒸汽云团的燃烧区域，主要在可见云团附近，而在海拔较高和湿度较低的地区燃烧范围将扩展到蒸汽云团的上方。

溢流出的液化天然气发生火灾时，由于不断的溢流，火灾产生的热量使得汽化云团加速蒸发和扩散，如果有风的话，火灾将迅速蔓延。火灾本身能够产生强劲的空气对流，如果不阻止溢流继续发生将产生严重的后果。

 液化天然气的泄漏通常发生在焊缝、法兰密封面、螺纹接头、阀门、金属软管等处，因此设备制造厂家应当加强质量控制，对焊缝进行必要的检验，对整体进行气密性试验。

由于材料具有不同的线性膨胀量，即使是常温下气密性试验获得通过，但是在充装液化天然气后材料的收缩不同，同样会产生泄漏，因此使用单位应当在充装液化天然气前对容器的管道、阀门用液氮进行低温预冷，在预冷过程中紧固法兰密封面、螺纹接头、阀门等，并在使用前再次进行气密性试验（低温情况下），确保杜绝泄漏的发生。使用单位应当形成使用情况检查制度，定期对部件设备进行安全检查。

4.安全防护装备和措施

1）工作人员在操作时，必须穿长衣长裤；佩带防护手套和护眼罩。

2）在有天然气或液化天然气的现场内工作时，需具有如下安全常识：

（1）使液化天然气设备远离火焰或电火花，周边不应有易燃或能够燃烧的物品。

（2）在液化天然气设备维修、充装、存储的地区不允许烟火进入。

（3）有液化天然气的地区工作时需戴护目镜、脸罩、绝热手套、防护服。防护服应当采用棉质材料，需穿长裤，不得穿裙子、短裤进行操作，鞋底不得钉有铁钉；长裤的裤脚不能卷起，须将长裤盖住鞋帮的开口。手套应为棉质或皮质材料，手套应当长且宽大，易于很快脱掉；手套应当完好、干燥，不得有破损和潮湿。

（4）在拆卸零件维修时需给液化天然气气瓶排空、卸压。

（5）配备适当数量的干粉灭火器。推荐使用灭火介质为碳酸钾的灭火器。

（6）周围应当有足够的水源。水源的目的是用来降温，而非灭火。

 （7）在进入天然气区域前，应当先对该区域的氧气浓度和天然气浓度进行测量。氧气的浓度不能低于19%，天然气的浓度不能高于1%；否则应当采取相应的措施。

5.消防

   消防的目的主要是扑灭火源或控制火焰扩散。首先应当切断泄漏源，然后控制可燃物，再次扑灭火源。扑灭火源时应当选取正确的灭火剂，对于液化天然气最好的灭火剂是化学干粉灭火剂（碳酸钾）。干粉喷向火焰时，象浓云一样罩住火焰，减少热辐射。高温使得干粉放出结晶水或产生分解，不仅吸收火焰的部分热量，还可以降低燃烧区内的氧气浓度。使用干粉灭火剂时应当站在火焰的上风口，将灭火剂均匀喷洒到火焰上。一个30L的干粉灭火器可以扑灭2m2范围内的火焰，一个350L的干粉灭火器可以扑灭14m2范围内的火焰。

   概念提示：

   化学干粉灭火是通过干粉与火焰接触时产生的物理化学作用灭火，干粉颗粒以雾状形式喷向大火，大量吸收火焰中的活性基团，使燃烧反应中的活性基团急剧减少，中断燃烧的连锁反应，从而使火焰熄灭。

液化天然气的灭火方式及其等级

灭火方式	等级	使用方法	说明
化学干粉灭火剂（碳酸钾）	1	应用在火的根源，绝不能直接喷到火焰上	利用化学反应来灭火。需要熟练的操作，如有障碍物的，灭火是不可能的
化学干粉灭火剂（碳酸钠）	2	应用在火的根源，绝不能直接喷到火焰上	利用化学反应来灭火。需要熟练的操作，如有障碍物的，灭火是不可能的
高膨胀率沸沫（Hi-Ex）	3	直接喷到火焰和未燃烧的液化天然气上，减少液化天然气溢流并发生点燃的机会	使液化天然气与火焰隔绝，减少火焰大小，从而使蒸发量降低
二氧化碳（CO2）	3	在火焰上方使用，不要直接喷到火焰上	可以控制但不能灭火，直接喷到液化天然气上将增大蒸汽和火焰的高度，对没有气体的火焰比较适合
水	3	仅用来保护周围的财产。不能喷到液化天然气上，可以以水雾形式喷到天然气蒸汽中缩小蒸汽云团	控制没有气体的火焰，冷却附近设备

说明：等级1为液化天然气灭火的最好方法，等级2为可以灭液化天然气火灾，等级3为不能灭火，但可控制。

6. LNG的原料气、产品组成及特性

6.1 LNG生产对原料气的要求

LNG工厂的原料气一般来自于油气田矿场，在天然气液化前，必须将原料气中的H2S、CO2、水分、

汞及重质烃等脱除，以免CO2、水分、重质烃在低温下冻结而堵塞设备和管道，H2S、有机硫、汞产生腐蚀。下表列出了LNG生产中允许杂质在原料气中的最大含量。

原料气中最大杂质允许含量

杂质	H2O	CO2	H2S	COS	总硫	汞	芳烃类
含量极限	<0.1×10-6	50~100×10-6	3.5 mg/m3	<0.1×10-6	10~50 mg/m3	<0.01 μg/m3	1~10×10-6	70 mg/m3

6.2 产品组成

LNG产品应当符合上面表格的要求，纯度高于商品天然气和车用压缩天然气（GB 18047-2000）。

项目	高位发热量MJ/m3	总硫 mg/m3	H2S mg/m3	CO2 %	氧气 %	水露点 ℃
技术指标	>31.4	≤200	≤15	≤3.0	≤0.5
在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水的露点不应高于-13℃；当最低温度低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃

根据欧洲标准（EN 1160-1996）的要求，氮气含量（摩尔分数）应小于5%，一般天然气中氮

气含量均不高，如果遇氮气含气量高的天然气，在液化过程中要将氮气脱除。在LNG中允许含有一定

数量的C2~C5烃。下表是三种典型LNG组成

常压沸点下的性质	组成1	组成2	组成3	常压沸点下的性质	组成1	组成2	组成3
N2	0.5	1.79	0.36	摩尔质量kg/mol	16.41	17.07	18.52
CH4	97.5	93.6	87.2	沸点温度℃	-162.6	-165.3	-161.3
C2H6	1.8	3.26	8.61	密度kg/m3	431.6	448.8	468.7
C3H8	0.2	0.69	2.74	液气比m3/m3	590	590	568
i-C4H10		0.12	0.42	每t转化成气体体积t/m3	1367	1314	1211
n-C4H10		0.15	0.65
C5H12		0.09	0.02

6.3 特性

处理LNG的危险主要来自它以下三方面特性：（1）极低温度。在大气压力下按LNG组成不同，

其沸点略有差别，但都在-162℃左右，在此低温下LNG蒸汽密度大于环境空气。（2）仅少量液体就能转化为大量气体。1体积LNG大致能够转化成600~625体积气体。（3）天然气是可燃的。一般环境条件下，5~15%（体积，下同）天然气和空气混合是可燃的。

6.3.1 LNG的蒸发

6.3.1.1 蒸发气（BOG----boil-off gas）的物理性质

     大批量的LNG是作为一种沸腾液体储存在绝热的储罐中的。任何传入储罐的热量都将导致一定

量液体蒸发而成为气体，这部分气体称为蒸发气体，其组成与液体组成有关。

6.3.1.2 闪蒸

   加压的LNG当其压力降至沸点以下时，将有一定量的液体蒸发而成气体，同时液体温度也随之降

到其压力下的沸点，此过程称为闪蒸。LNG是一种多元混合物，因此闪蒸气组成不同于液体组成。计

算闪蒸气及与之相对应的液体组分相当困难，必须借助计算机。以下数据可以作为估算的参考：压力

在100~200kPa范围内，1m3处于沸点下的LNG降低1kPa压力时闪蒸出的气体量约为0.4kg。

6.3.1.3 储存容器

    温度高于临界温度（-82℃）时加压不能使天然气液化，因此把LNG盛装在没有放空系统的容器

中，随温度的上升容器压力会上升，直至容器破裂。因此在储存LNG时必须设置合理的放空安全系统。

6.3.2 LNG的泄漏和溢出

6.3.2.1 溢出液体的性质

    LNG倾倒在地面上时，起初蒸发迅速，然后很快降到某一固定的蒸发速度，固定速度取决于地面

吸热性能以及可由周围大气中获得的热量。不同表面由实验测得的LNG蒸发速度见下表。

材料	颗粒填充物	潮湿土壤	干燥土壤	水	标准混泥土	轻质胶状混泥土
60S后蒸发速度kg/(m2.h)	480	240	195	190	130	65

6.3．3其他物理现象

6.3.3.1 翻滚现象（Rollover）

指短时间内有大量气体从LNG储罐中散发出来，如果不及时处理，将导致设备超压。LNG储罐中有时会形成两个稳定的液层。这是因为新注入的LNG与原罐底剩余部分的密度不同，又没有充分混合，导致下层密度高于上层。当有热量传入储罐时，两个液层之间自发地进行传质和传热，最终完成混合，同时在液层表面进行蒸发。蒸发过程吸收了上层液体的热量而使下层液体处于“过热”状态。当两层液体的密度接近相等时就会突然迅速混合，在短时间内产生大量的气体，从而使得储罐压力急骤上升，甚至使得安全阀开启。在蒸发过程中，当蒸发出的气体量明显低于其正常水平时，通常是出现翻滚的前兆。翻滚现象在运动的设备中（槽车、车用气瓶）不会出现，因为运动的设备在运动过程中，使得液体出现分层的条件消失。

6.3.4.2 快速相态转变（RPT）

当温度相差悬殊的两种液体接触时，由于快速相态转变可能产生爆炸力。此时，虽然不会出现燃烧现象，但是快速相态转变具备爆炸的其他特征，LNG溢入水中而产生的RPT不太常见，且后果不甚严重。经过实验得出的理论：两种温差极大的液体接触时，如果热液体的温度（ 以K计）比冷液体沸点温度高1.1倍，则冷液体温度迅速上升，表面层温度超过自发成核温度（当液体中出现气泡时），此过程热液体能在极短时间内通过复杂的链式反应机理以爆炸速度产生大量蒸汽，这就是出现RPT的原因。

6.3.4.3 沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（Bleve）

任何液体在（或接近）其沸点面压力又高于某一数值时，若容器因为故障而突然泄压（比如：产生较大的裂口），容器内的液体迅速蒸发，剧烈的膨胀可把整个容器推动几百米远。LNG一般贮存在低压容器中，且这类容器都是绝热的，因此蒸发速度不会太高，因而在LNG装置中很少出现这种现象。

7．天然气的燃烧特性

7.1 

燃着的烟头表面温度为200～300℃，中心温度为500～800℃，明显高于其他可燃烧物品的燃点。如：纸张的燃烧点为130℃，棉被、麻绒为150℃，松木为250℃ ，涤纶稍高也只有390℃。吸烟剩下的烟头一般能继续燃着1～4分钟，在这个时间内，许多易燃性物品均能被点燃。

附表：常用燃料物性参数与甲烷的比较

燃      料	甲   烷	汽    油	柴    油
密度(kg/m3)	426	~743	~874
爆炸极限(体积比)	5~15%	1~7.6%	1.5~8.2%
自燃温度（℃）	538	227~471	260
热值(kcal/ Nm3)	~9260	~11270	~10670
混合气热值（KJ/m3）	3394	33	3790
在汽车中的热效率	约36%	约30%	约35%~43%
空气中最小点火能10-3J	0.285	0.243	0.243

自燃温度是在没有火花和火焰的条件下，物质能够在空气中自燃的最低温度。不低于且通常远高于燃烧上限对应的温度。

着火点又称燃点。指可燃性液体表面的蒸气和空气的混合物与火接触而发生火焰，且能维持继续燃烧不少于5 s的温度。

从上表可以看出：天然气的爆炸极限下限比较高，自然温度也比较高，标准状态下比空气轻。