第17卷第4期2021年4月
中国安全生产科学技术
Journal of Safety Science and Technology
Voo.17No.4
Apr.2021
doi：10.11731/j.issn.1673-193x.2021.04.013
岑康1，李欢1，王泳龙2，李薇1，付祥廷3
(1•西南石油大学土木工程与测绘学院，四川成都610500；2•四川川港燃气有限责任公司，四川成都610000；
3•四川川油工程技术勘察设计有限公司，四川成都610000)
摘要：为研究LNG加气站槽车直接供液过程泄漏后果严重程度，采用HAZ0P辨识槽车供液和储罐供液典型泄漏场景，基于PHAST分析不同泄漏场景下LNG液池半径、蒸汽云扩散距离及积聚时长、爆炸超压和池火热辐射影响范围，定量评价槽车供液可能造成的事故后果扩大程度。结果表明：槽车供液泄漏事故的LNG液池最大半径、蒸汽云最大扩散距离、爆炸超压最大影响半径和池火热辐射最大半径，分别为储罐供液的5.7,1.7,2.3,7.9倍；槽车在无人值守条件下泄漏形成的LNG液池最大半径和蒸汽云积聚时长，分别为有人值守下的1.85,56倍；日供液量较大加气站不宜采用槽车直接为汽车供液模式，而应采用先卸车入罐、再储罐供液的模式；应落实槽车卸车轮班值守制度，并与周边社区建立有效的应急联动方案$
关键词：LNG加气站；槽车；储罐；泄漏后果；量化分析
中图分类号：X937文献标志码:A文章编号：1673-193X(2021)-04-0077-08
Quantitative analysis on leakage consequences durieg unloadieg and dirrec rrfuelieg
process of tank truck at LNG rrfuelieg station
CEN Kang1,LI Huan1,WANG Yonglony2,LI Wei1,FU Xiangtiny3
(1.School oZ Civil Engineering and Gevmatice,Southwest Petroleum University,Chengdu Sichuan61
0500,China；
2.Sichuan ChuangangUeban Gas Company,Chengdu Sichuan610000,China；
3.Sichuan Chuanyou Engineering Survey and Design Company,Chengdu Sichuan610000,China)
Abstract:Using LNG tank trucks to dirvctly refuel thv vvhiclvs for a long timv had bvcamv a cammon supply yuawntev meyst uw for thv LNG refueling stations with a laryv daily refueling load and thv insufficient stow/v tank for meeting thv turnovas demand.Howvvvs,it would cause thv extended unloading time and thv increased leaka/v risk.Taking a typicel LNG thwvNegt et refueling station as thv research object,thv HAZOP method was used to identiiy thv typicel leaka/v scanaWos in the pwcast ses of tank truck refueling and stow/v tank refueling.The LNG liquid pool wdius,vapor cloud diffusion distance and/ccumut lation timv,explosion ovv—wssuw and inf u enca wnyv of pool f w thermal radiation undvr dilewnt leaka/v scanaWos were analyzed based on PHAST,and thv extent of accident cansequencas expansion caused by tank truck refueling was quantit/t tivvly evaluated.The results showed that thv maximum wdius of LNG liquid pool,thv maximum diffusion dmtanca of vapor cloud,thv maximum influence wdius of explosion ova—wssuw and thv maximum wdius of pool fire thermal radiation in thv leaka/v accident of tank truck refueling were wspvctivvly5.7timvs,1.7timvs,2.3
timvs and7.9timvs of those with thv stow/v tank refueling.Thv maximum wdius of thv LNG liquid pool and thv accumulation timv of vapor cloud formed by thv leaka/v of tank truck undvr unattended canditions were wspvctivvly1.85timvs and56timvs of those undvr manned candm tions.It showed that thv yas refueling station with a laryv daily refueling amount should not use tank trucks to dirvctly refuel thv vahicles,but should adopt the mode of unloading the truck into the tank and then using the tank refueling.A shift duty system for the tank truck unloading should be implemented,and an tfectiva emeryency linka/e plan should be established with th0su e ounding communiti s.
Key wois：LNG refueling station；tank truck；stow/e tank；leaka/e cansequenca；quantitativa analysis
收稿日期：2020-08-04
*基金项目：国家自然科学基金项目(52074237)；国家安全生产监督管理总局安全生产重大事故防治关键技术项目(Sichuan-0021-2016AQ)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201810615003)
作者简介：岑康，博士，教授，主要研究方向为油气管道完整性评价技术、燃气负荷预测。
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中国安全生产科学技术第17卷
0引言
随日加液量不断增长，部分LNG 3级加气站平均每
天需卸载2〜3槽车LNG 才能保证供应需求$但目前加
气站工 程无法同时实 卸车和汽 液操作$
为保证持续供液，加气站加液时，将正常卸车入罐流程
切换成槽车直接向汽车供液流程；无车加液时，重新切
换成卸车入罐流程， 液模式导致 每天卸车总时 长比常规连续卸车入罐模式至少增加6 h $显然，槽车
驻站时间越长(特别是夜间卸车作业)，LNG 风险越高$
《移动式压力容器安全技术监察规程》(TSG -
R0005-2011) 6.4.2规定：配置紧急切断装置的，操作
员应位于 切断 控
[1 *
$但LNG 槽
均未设计 动连锁保护 ，加气站安全仪表系
统无法远程关闭槽车阀门$随卸车时间大幅延长，易出
卸
程中操作员
、 手动 切断
无法
及时动作导致LNG 大量 $
因此，需通过建立泄漏事故危害效应预测模型，利 用事故风险评估体系，研究 孔径、天气条件等因素
事 程度，并制定合理方案与应 [2-12 *
$
本文以某LNG 3级加气站为研究对象，采用
HAZOP 分析法辨识槽车供液与储罐供液过程中典型泄
漏场景，并基于PHAST 软件淀量 液可
能造成事 大程度，提出针 性卸 理与事
汽车辐射控建议，为LNG 加气站安全
理论 与
技术 持 $
1 研究对象与典型泄漏场景1. 卸车供液流程
某LNG 3级加气站于2013年正式投运，位于重要
物流通道附近，日销售量40 - 60 t ，站内设1个60 m 3的
LNG 储罐和1套泵撬$
槽车卸车入罐与直接为汽车供液流程如图1 (-)所 示$
液时，控制系统自动开启汽车加液 气动
阀门，同时关闭储罐进液总管气动阀门丄NG 通过低温
潜液泵，经加液机注入汽车气瓶；无车加液时，打开储罐 液
气动阀门，关闭汽 液 气动阀门，LNG
经 储 罐 液 入 储 罐 $ 常 规 储 罐 液 程 如
1 ( b "所示，为汽车加液时，LNG 由储罐流入低温潜液
泵 ， 经 液 注 入 汽 气 $
将1车LNG 连续卸入储罐需3 h ，若卸车过程中为
汽车供液，卸载2〜3车LNG 总时长约12〜15 h ，比连续 卸车入罐至少增加6 h 以上$
(a)槽车卸车入罐和直接为汽车供液流程
LNG 槽车
•
低温潜液泵加液机LNG 汽车
LNG 储罐
LNG 储罐 ----------->| 低温潜液—---------► 加液机 -----------► LNG 汽车
(b)储罐供液流程
图1卸车供液流程
Fig. 1 Processes of tank truck unloading and vehicles refueling
1. 典型泄漏场景辨识
流程划分为LNG 卸车%储罐等6个节点，采用压力、温度
用危险与可操作性分析(HAZOP )方法，对LNG
等6项工艺参数和
、 7项引导词组合，辨识
加气站工 程与操作 风险分析。将加气站工
点中可能
，
分析每个偏差产生原因
第4期中国安全生产科学技术
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及对应后果$ 发生可能性 与后果严重性等 级确定其原始风险 ，并 使用防护 残余风
险等级$针对残余风险等级仍在中风险以上的偏差项, 提出可行的风险削减措施。
LNG 卸车子系统中，中风险以上残余风险等级包括
卸车液相管泄漏和卸车气相管泄漏2项$主要原因是 卸 路与槽车尾部法兰连接螺栓部分或完全断裂,
LNG 槽车卸车管路如图2所示$ LNG 储存子系统包括
2项中风险以上残余风险等级，分别为储罐出液管路压
力 与储罐出液管路 丄NG 储罐出液管
路如图3所示$基于对残余风险等级仍为高%中风险的
，确定槽车供液与储罐供液过程典 [13* , 见表1〜2$环 地年平均气 ，
见表3 $
图2 LNG 槽车卸车管路
Fig. 2 Unloading pipelines of LNG tank truck
2事故后果
利用DNV PHAST 泄漏扩散模型、燃烧计算模型计
(a)储罐出液管与压力仪表接头连接储罐下进液管
泵回气管
储罐上进液管ma 匕鉴刃
储罐根部阀
(b)储罐出液管与储罐连接
图3 LNG 储罐出液管路
Fig. 3 Outlet pipelines of LNG storage tank
表1槽车供液典型泄漏场景
Table 1 Typical leakage scenarios of tank truck refielipg
参数类别
No. 1
No . 2 No . 3典型泄
No . 4 No . 5No . 6 No . 7 No. 8
泄漏原因
卸车液相管与槽车法兰连接螺栓部分断裂卸车液相管与槽车法兰连接螺栓完全断裂卸车气相管与槽车法兰
连接螺栓部分断裂卸 气 与 法兰
连接螺栓完全断裂
泄漏方向残余风险等级中
中中
中
中
中
中中
泄漏孔径/mm
6. 3 525.45050 6. 3 525.45050sm
0 80 80 80 80 80:80:80:8泄漏压力/MPa 0 6
0 60 6
0 60 60:6
0:6
0:6
泄漏温度/°c -161
-161
-
161
-161
-161
-161
-161
-161
泄漏终止方式
启动槽车紧无启动无启动
无启动
无急切断按钮
切断
切断切断
泄漏时长/s 槽车持续泄
持
持
持
60
漏至清空
60
漏至清空60
漏至清空60
漏至清空垂直向上
垂直向上
水平
水平
垂直向上
垂直向上
水平
水平
・80・中国安全生产科学技术第17卷
表2储罐供液典型泄漏场景
Table2Typ ecal leakage scenar eos of storage tank refuel eng
参数类别
典
No.9No.10No.11No:12No:13
泄漏原因储罐出液管上压力仪
表接头泄漏
储罐出液管与储罐连接处中孔泄漏/完全断裂储罐气相管与储罐连接处中孔泄漏/完全断裂
残余风险等级中中中中中
泄漏孔径/mm1025.450
25:450泄漏高度/m 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0泄漏压力/MPa0.30.3
0:30:30:3泄漏温度/°c-149-149-149-149-149
泄漏终止方式启动加气站急停按钮无无无无泄漏时长//60储罐持续泄漏至清空储罐持储罐持储罐持泄漏方向向上向上水平向上水平
表3环境[
Table3Environmental parameters
参数类别数值年平均环境温度/°C20平均风速/(m・s-1)1空气相对湿度/%75
大气稳定度/级5
环境大气压/Pa101325太阳辐射强度/(W・m-2)500……液池半径
—
—平均汽化速率
算各典型泄漏场景对应LNG液池扩展半径、LNG蒸汽云扩散范围及积聚时长、爆炸超压及LNG池火热辐射影响范围，最终量化槽车供液和储罐供液泄漏事故后果重程$
2.LNG液池扩展半径
LNG液池扩展半径是影响液池汽化速率、LNG蒸汽云扩散距离与积聚时长、池火热辐射影响范围重要因素，与事故后果严重程度直接相关$在所有泄漏场景中，只有场景No.3、No.4和No.11在地面上形成液池$以场景No.3为例，液池半径与平均汽化速率曲线如图4所示。由图4可知，泄漏初期，由于液池
平均汽化速率小于LNG注入速率，液池内LNG体积不断增大，液池快速向四周扩展，半径迅速增大，液池平均汽化速率随液池面积不断扩大而增大；随液池与环境温差减小，平均汽化速率增长速度逐渐减小；泄漏停止后，液池半径与平均汽化速率随液池持续蒸发不断减/J、$
3种典型泄漏场景对应LNG液池最大半径如图5示$5，No4液大为
图4泄漏场景No.3液池半径与平均汽化速率Fig.4Time-history curves of pool radies and average vaporization rate of No.3leakage scenario
12.04m，是场景No.11液池半径5.7倍$这是因为卸车区附近未设置收集LNG的集液池或拦蓄堤，液池在地面上自由扩展，而储罐区设置集液池和围堰，能有效抑制液池扩展。场景No.4(槽车持续泄漏至清空)液池最大半径是场景No.3的1.85倍，表明槽车卸车管路泄漏后，操作员及时按动槽车紧急按钮，一定程度上减小液池半径，降低事故后果严重程度$
2.LNG蒸汽云扩散范围
若天然气浓爆炸下限5%(LFL)至爆炸上限15%(UFL)之间，会有燃烧或爆炸可能$但由于气体膨胀与高能量释放，导致事面积扩大，超过爆炸下限覆盖区域$因此，将泄漏点到LFL、50%LFL的最大顺风定义为易燃易爆区和事区$ LNG加气站典型泄漏场景对应LNG加气站典型泄漏场景对应LNG蒸汽云顺风、最大易燃易爆区和
第4期中国安全生产科学技术・81・5
W
5
No.4
典型泄漏场景No.11
医
軽
fe<
昼
m
r
M
D
N
」
(a)槽车卸车管路泄漏
图5LNG液池最大半径
Fig.5Maximum radins of LNG pool
事区，如图6〜8所示$汽云扩散规律基本一致。以场景No.3和场景No.4为例, LFL和50%LFL顺风扩散距离时程曲线如图6所示$ LFL顺风扩散距离随时间变化趋势主要分为3个阶段：泄漏初期，易燃易爆区迅速扩大；随LNG泄漏蒸发和扩散达到平衡状态，易燃易爆区不再扩大；泄漏停止后一段时间内，易燃易爆区逐渐缩小直至完全消失$事故影响区随时间增加不断扩大，达到最大范围后不再改变$日
、輕
遛溢fe< g m r ^ D N J
40(
——LFL
橄辰溢fe-M s
m
r 擁D N 」32
24(
160
80
O
40(
50%LFL
图7LFL和50%LFL最大顺风扩散距离
Fig.7Maximum downwind diffsion distance of
LFL and50%LFL
日
、鞄
医
溢fe^ B 一m K ^ D N J 32
24(
160
80
100200300400500
时间/s
(a)泄漏场景No.3
02004006008001000120014001600
时间/s
(b)泄漏场景No.4
图6LFL和50%LFL顺风扩散距离
Fig.6Time-history curves of downwind diCfsion
distances under LFL and50%LFL
典型泄漏场景No. 1〜No.13对应LNG蒸汽云顺风扩散距离如图7所示。由图7可知，槽车卸车管路泄漏
图8易燃易爆区与事故影响区最大覆盖范围Fig.8Maximum covering ranges of fammable and explosive zone and accifent affected zone
后，50%LFL最远扩散距离为391m，是储罐出液管路泄漏50%LFL扩散距离的1.7倍。由图8可知，槽车卸车管路泄漏后，形大易燃易爆区半径为226m，主要覆气站、周边厂房和临近交路，事区覆盖加气站周围约400m范围内居民区与高速公路；相比之下，储罐出液管路形燃易爆区与事
区
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