基于可拓理论的LNG加气站安全评价

程军

中石油昆仑燃气有限公司湖北分公司湖北430000

摘要：现阶段，我国石油能源消耗量过大，造成急剧紧缺，并且生态环境遭受到严重破坏，由此促进了LNG等替代品的发展。LNG不仅具有清洁、高效的优势，而且相比石油还具有价格方面的优势，被称为新型的绿色环保燃料。我国地广物博，拥有丰富的天然气资源，为了实现能源结构的转变，促进经济转型，我国各个城市积极的将LNG加气站投入到建设当中。

关键词：可拓理论；LNG加气站；安全评价

引言

可拓学作为我国极少数原始性创新研究之一，是将物元与可拓集合相结合生成的知识体系，由蔡文于1983年首次提出。可拓学研究了解决矛盾问题的形式化工具，包括定性和定量化工具。近年来，随着新探索和新概念的提出，可拓学的基本理论体系有了较大的发展。可拓学对研究事物、特征和量值这三者的关系及其变化进行了深入研究，建立了物元的概念，综合考虑事物、特征和量值，将过程形式化；同时引用物元理论和可拓集合理论，通过实际物元及其之间的关联性判定待评物元并做出评价和预警，从而更直观地反映观事物的变化过程。

1LNG加气站的优点

LNG加气站的蓬勃发展与其自身的优势是分不开的。首先，LNG加气站建站比较灵活。相比于其他能源，液化天然气不受管道运输的限制，运输十分方便，大大增强了LNG加气站的辐射能力。其次，LNG加气站占地面积较小。液化天然气采取低压、液态的形式保存，缩短了其与其他建筑物之间的安全距离。根据测算，LNG加气站的安全距离仅为压缩天然气（CNG）加气站的三分之一，因此LNG加气站占地面积相对较小。第三，LNG加气站投资少。LNG加气站经营方便，不需要大型动力设备，降低了土地成本和设备成本。第四，安全系数高。液化天然气工作压力小于1.6Mpa，压缩天然气的工作压力则高达25Mpa，LNG储供系统压力较低，安全性较高。

2LNG加气站主要危险因素

2.1加液时的危险因素

当潜液泵的出口压力过高时，潜液泵出口管路的压力过大，导致危险发生。加气机故障、车辆气瓶压力过高、气嘴发生冰堵都会造成潜液泵出口压力的增高。潜液泵出口流量增大时也会导致爆炸发生。当泵出口管路出现泄漏，潜液泵的变频器出现故障时将会出现此种事故。LNG进入加气机产生两相流，很容易导致加液管道发生整冻，导致流量无法准确计算，这与没有提前预冷，低温的LNG直接出现汽化有关。加液时产生泄露也很容易遇到明火爆炸，或者导致气温冻伤等事故，主要与加液软管断裂、加液枪头阀门失灵、各个接头或者链接部位发生缺损有关。

2.2储存中的危险因素

工作人员没有认真检查储存罐的上限或者储存罐的液位计损坏导致储罐储存过量甚至溢出。此种情况出现时，液化天然气会出现泄漏，遇到明火后很容易发生爆炸。当安全阀失灵时不能及时排泄过量的液化天然气，在遇明火时也会产生爆炸，这与工作人员没有按时检查维修有很大的关系。当储存罐出现爆冷问题时，很容易导致储存罐内的液化天然气因为超压而泄露，爆冷问题的出现是因为储存罐的真空被破坏，绝热能力下降，气温的液化天然气受热而发生膨胀，导致储罐泄露，此种安全问题遇到明火也会发生爆炸。当温度不均时，储存罐内的LNG很容易产生分层现象，管内分层的液体密度差别大，造成上下层发生对流现象并且不断换热，换热导致储存罐内的温度达到均衡，但会产生大量的BOG使罐内的压力升高，存在遇到明火爆炸的危险。

2.3卸车时的危险因素

①卸车过程中发生LNG的泄露，此过程的泄露可能与软管爆裂、阀门漏液或者车辆没有让天然气稳定后再进行卸载等因素有关；②槽车到达运输地点后，没有按照规定停放车辆，可能会造成汽车滑动的事故，事故的发生可能会导致管道破裂或者LNG泄漏等问题；③在卸车时，工作人员不仔细观察现场的情况，没有很高的注意力，很容易忽视潜在的危险，或者已经存在的微小隐患，不能及时补救即将发生的恶化事故。

3基于可拓理论的LNG加气站安全评价

3.1可拓理论及评价方法

目前常用的安全评价方法，如灰色关联分析法、安全检察表法等是从定量或定性的角度进行分析，在城市CNG加气站安全性评价方面取得了一定的成果。但LNG加气站的定性与定量指标因素错综复杂且相互影响，存在矛盾与复杂性，而可拓理论的研究对象就是这类矛盾问题。

可拓理论是一门与数学系统相关的新兴交叉性学科。可拓理论有两个支柱，一个是研究物元及其变换的物元理论，一个是作为定量化工具的可拓集合论，它们构成了可拓理论的硬核。这两个支柱与其他领域的理论相结合，产生了相应的新知识，形成了可拓理论的软体。物元模型在可拓理论中是一种动态的模型，参变量既可以是速度，也可以是其他变量，如工作人员的年龄、设备故障率及零部件使用寿命等。动态模型能够很好地拟合实际评价单元系统，尤其是动态变化的、复杂的评价单元系统。以可拓理论为基础，发展出了一些特有的可拓方法，如物元可拓方法、物元变换方法和优度评价方法等，这些方法与其他领域的方法相结合，产生了相应的可拓工程方法。基于可拓理论的LNG加气站安全评价步骤包括：利用可拓学理论对与LNG加气站安全相关的一系列影响因素进行分析，进而建立关于LNG加气站安全的可拓物元模型；考虑构成LNG加气站安全系统的因素，在确定各安全指标熵权系数的基础上建立关联函数；运用建立的可拓模型对LNG加气站进行安全综合评价。

3.2可拓安全评价体系建立

1）火灾、爆炸。LNG加气站中的天然气泄漏是引发爆炸和火灾的主要因素。由于物料往往是造成火灾的危险源，物料的储存或操作场所常被认为是甲类爆炸的危险场地。火灾的成因主要有人为因素、设备因素、物料因素、环境因素、管理因素。

2）物理破裂。LNG站内有许多压力容器，如储气罐、增压器等，这些容器若处于不正常的环境（高温、静电等）便会出现物理破裂的现象。

3）车辆伤害。车辆在加气过程中未能按照指定的行驶路线出入时可能会引发事故。

4）机械、电器危害。站内的设备和器械结构通常比较复杂，而且长期处于高压运作状态下，容易引发事故，或对维护人员造成伤害。

5）中毒危害。天然气轻微泄漏是站内作业的常见现象，长期处于这样的工作环境中，人体机能难免会受到不同程度的影响。

6）低温危害。加气站物料具有低温、深冷的特点，容易对机械设备和工作人员造成损害。通过对LNG加气站的运作系统进行调研并对其安全隐患进行系统分析，充分了解LNG加气站的工作原理、工艺特征及实际工作中常见的安全隐患，同时借鉴国内外相关研究结果，构建了与我国加气站特征相符的安全评价指标体系，见图1。根据LNG加气站的工艺流程和设备设施特点，从设备、卸车流程、管路系统、环境安全、管理安全5个方面进行分析。

图1LNG加气站安全评价指标体系

结语

根据LNG加气站的工艺流程和设备设施特点，结合加气站的实际情况建立了LNG加气站安全评价指标体系，建立不同的LNG加气站安全综合评价物元模型，分别与设备、物料、工艺流程等加气站的危险因素相对应，利用该评价指标体系进行计算具有可行性。

参考文献：

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[2]李庞，冯良，王昱.LNG加气站主要危险因素及防护措施[J].油气储运，2017，36（07）：855-860.

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