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LNG加气站储气罐安全评价方法研究1、选题意义国家“十五”规划期间，天然气汽车推广进展顺利，相应的配套产业LNG（LiquefiedNaturalGas，液化天然气）、L-CNG加气合建站（LiquefiedNaturalGas-CompressedNaturalGas，液化天然气-压缩天然气，既能对LNG汽车加气，又能对CNG汽车加气）的推广及发展也在逐渐成熟。LNG的主要成分是甲烷（CH4）和乙烷（C2H6），均为易燃易爆物质，属甲类火灾危险品，爆炸极限为5%~15%，对空气的相对密度为0.675，扩散系数为0.196。（朱世敏：《LNG汽车加气站消防安全设计》）LNG属于低温深冷储存，所以加气站中的LNG一旦从储罐或加气管道中泄漏，小部分立即急剧汽化成天然气蒸汽，剩下的泄漏到地面，沸腾汽化后与周围的空气混合成冷蒸气雾，在空气中冷凝形成白烟，再稀释受热后与空气形成爆炸性混合物。LNG泄漏冷气体在初期比周围空气浓度大，易形成云层或层流。汽化量取决于土壤、大气的热量供给，刚泄漏时汽化率很高，一段时间后趋近于一个常数，这时的LNG泄漏到地面上会形成一种液态流体。就物理特性而言，由于天然气的易燃性，LNG一旦泄漏很容易产生爆炸和火灾，超低的温度更增加了LNG的危险性。（《浅析液化天然气的消防安全》）如2008年，浙江省一座LNG接收站的天然气的外输管线在试压运行后不久发生了泄漏爆炸，最终造成2人死亡、8人不同程度受伤；2009年中国石油江苏分公司的一座液化天然气接收站内的一座LNG储罐发生特大安全事故，最终造成9人死亡，14人受到不同程度的伤害；2004年1月19日，阿尔及利亚的斯基克达一个LNG生产厂的蒸气锅炉发生爆炸,引发了一系列大规模蒸气云爆炸和火灾，持续了8小时。爆炸和火灾摧毁了部分工厂，并造成了工厂周边区域的死伤及财产损失。（黄睿：《LNG_L_CNG加气合建站重大危险源辨识与评价》）LNG加气站是专为LNG燃气汽车加气的专用加气站，可分成标准式加气站、撬装式加气站。标准式LNG加气站把站内设备平铺安装在地面，LNG储罐容积大（一般在50m3以上），可配置多台加气机，能满足较多LNG汽车加气。北京、乌鲁木齐、长沙、贵阳等地建成了标准式LNG加气站并投入营运。标准式LNG加气站设备加土地等成本约在800-1000万。撬装式LNG加气站可分为地面式和移动式撬装LNG加气站，储罐总容积一般不大于50m3，较标准式建设更灵活。移动式撬装LNG加气站将以上各系统集中安装在撬体内，可整站移动。相较标准式加气站，撬装式加气站具有工艺流程简单、建设周期短、投资少的优点。撬装式加气站单就设备成本来看，约200万元。根据相关统计和预测，2013年、2015年、2020年中国LNG加气站分别为达到2000座、5000座、10000座，LNG加气站的增长速度可见一斑。随着LNG的普及和运用，其事故风险率也随之增加，LNG加气站都建于市县规划建成区边缘，一旦泄漏将造成严重的后果，所以对LNG加气站建设进行全面的安全评价，并对LNG加气站的事故进行定量分析预测是非常重要的。2、该领域国内外研究动态着近年来国内LNG加气站的长足发展，科研人员也进行了更加深入的技术研究。在清华大学学术信息发现平台上，搜索关键字“LNG加气站”，共有54篇文献，无学位申请论文，2010年以后的文献有31篇（如表1）；搜索关键字“LNGfillingstation”，没有相关文献。在中国知网上搜索主题词“LNG加气站”，共有4,451条结果，在结果中搜索“安全评价”，仅有10条记录（含LNG船的相关文献）。黄睿（《LNG、L-CNG加气合建站重大危险源辨识与评价》）在硕士学位论文中对典型LNG、L-CNG加气合建站的特性、设备和关键技术进行了简要介绍，然后对站内的危险、有害因素进行了初步的辨识。通过文中所用到的危险源辨识和评价方法的介绍，提出了适合加气站重大危险源辨识和评价的辨识评价模式图。并以邛名LNG、L-CNG加气合建站为例，利用所建立的重大危险源辨识与评价模式对加气站进行辨识和评价。史文文（《LNG气化站的风险评价及预警系统的构建》）在硕士论文中从LNG自身危害、LNG储罐和管道设施有害因素、人力和安全管理危险因素和环境因素四个方面分析得出了LNG气化站可能存在的风险因素。利用故障树分析法，建立了LNG气化站内各关键设备的故障树系统，并进行了故障树分析，求得了各自的最小割集，提出了一些避免事故产生的措施；最后是LNG气化站安全预警模型的建立，包括建立预警指标管理系统、构建综合安全风险预警模型、设计警情演示系统和制定应急救援体系。针对加气站的安全评价方法，杨晓欣（在硕士学位论文《CNG加气站储气罐安全评价方法研究》一中）通过对目前CNG加气站安全评价方法的比较，从CNG加气站的实际运行情况出发，建立了基于故障树/安全检查表分析的安全评价模型。最后开发了CNG加气站储气罐安全评价软件，实现了CNG加气站储气罐安全评价的自动化。尽管目前国内对天然气汽车和加气站的研究成果比较多，但是其中的大部分都是针对天然气汽车或CNG加气站的研究，对于LNG加气站中整个流程（包括卸车过程、储罐的增压过程以及加气过程等）的详细的分析和研究较少，并且大部分对设备仅有所涉及，没有进行详细的描述。同时，LNG加气站型式是多样的，对于加气站型式的选择和加气站规模的设计更多的是根据经验来确定，缺乏理论依据。在LNG加气站的安全性方面，国内的研究比较少。欧美和日本对LNG的研究较为深入，法律、法规、标准、规范自成体系、相对完善先进。美国消防协会（NFPA）制定的国家标准NFPA59A《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》已经等同转化成为我国标准GB/T20368；欧洲标准委员会（CEN）制定的欧洲标准EN1473已等同转化为我国标准GB/T22724《液化天然气设备与安装陆上装置设计》。两个标准对LNG工厂的设计、选址、建造、安装、维护、防火、安全等方面做了详细的规定。国外对这方面的研究大多是出于安全性角度考虑的法律法规，专门针对LNG加气站的研究也比较少。这些都是急需要解决的问题，从而为天然气汽车产业化发展和LNG加气站技术的提高打下良好的基础。（LNG加气站工艺技术、安全及经济性分析宋振兴）3、本课题研究的目的LNG加气站凭借其各方面的优势必将成为今后清洁能源的一个发展趋势，具有非常良好的发展前景。作为一类新兴的加气站，其站内设备种类增多，工艺流程较为复杂，在站内布置安全措施、进行设备安装及生产过程控制时，应对站内重大危险源进行辨识和评价，同时应该进行事故预测。对LNG加气站重大危险源辨识和评价并对事故进行预测，是LNG加气站安全设计、施工、管理的一项重要的基本工作，是依靠现有的科技技术来预防LNG加气站重大事故的具体表现。大量实践证明，将重大危险源辨识和评价技术应用到各大易燃易爆场所，可以实现对安全生产情况的掌握，提高设施及设备本身运行安全水平，最终实现安全与生产的协调发展。因此，研究LNG加气站安全评价方法对于今后LNG加气站的建设、管理和发展都具有非常重要的意义，同时也为制定相关技术规范提供相关的理论支撑。4、预期成果寻找一种适合LNG加气站安全评价的科学办法并编制成简便易操作的VB软件程序，为LNG加气站的选址设计、工程建设、日常管理提供理论依据，减少日常工作量，将安全评价工作常态化。用贝叶斯网络预测泄漏事故的结果表明，“执行”失误是LNG泄漏最主要的事故原因，而个人层的CPC会对执行失误产生较大的影响。通过对LNG加气站的物—人—环境及操作流程进行深入研究，建立基于FTA（故障树分析）和SCA（安全检查表分析）的安全评价模型，从而对LNG加气站进行重大危险源的辨识和评价；利用层次分析法（AHP）、贝叶斯网络为工具，对LNG加气站进行危险性评价，用于LNG加气站的安全评价。再将上述过程进行VB编程，使界面简单、使用方便。最后将计算结果与ALOHA软件计算结果进行对比。5、研究方案、研究方法及其论证（1）研究方案：简述国内LNG加气站标准式加气站和撬装式加气站的基本工作流程，将两个系统中物—人—环境各要素作为研究对象，明确相互关系，进行重大危险源的辨识和评价，分别对两类加气站进行安全等级划分归类，将相关数据简化处理，用VB语言编出简易程序，将结果与ALOHA软件计算结果进行对比，验证程序效果。建立基于故障树/安全检查表的安全评价模型，运用该方法分别对标准式和撬装式LNG加气站进行安全评价。针对储罐爆炸危险性：首先建立LNG加气站爆炸故障树，找出影响LNG加气站储气罐安全的主要隐患，然后尽量充分地考虑设备、人员、规章制度、环境四方面的因素，从而确定安全评价指标。再运用改进的层次分析法确定各个指标的权重，同时运用聚类分析法对权重系数进行修正，从而使安全评价指标的权重分配更加客观。再对安全评价指标科学赋值，依照相关的标准规范和事故案例建立安全检查表。依照同样的方法对加气站内的其他关键设备和工作流程建立故障树。针对储罐泄漏：先将认知可靠性与失误分析方法（CREAM）的共同绩效条件（CPC）分成3层，即组织层、技术系统层和个人层。以贝叶斯网络（BN）为工具，利用其因果推理和诊断推理的功能，进行人因失误预测和追溯的双向分析。将考虑组织因素的人员操作失误概率引入加气站装卸过程LNG泄漏的BN中，进行LNG泄漏的安全评价以及泄露事故原因的重要度分析。在上述基础上，建立起LNG加气站的模糊综合评价体系，针对各个评价单元进行模糊评价，得出模糊综合评价结果，最后得出整个LNG气化站的安全等级；归纳总结出LNG气化站各类事故的危害模型：LNG和气态天然气的泄漏量、天然气扩散模型、火灾热辐射模型以及爆炸冲击波模型，针对每种危险事故归纳出了其后果模型，并以某气化站为研究对象，采用实际调研数据，着重分析了蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸气爆炸和池火火灾的事故后果。（2）研究方法：FTA（故障树分析）和SCA（安全检查表分析）、层次分析法（AHP）、贝叶斯网络预测法、VB语言。（3）论证：通过对某市标准式加气站、衡水市华润燃气公司LNG加气站工程对研究成果（VB语言）进行检验，并对比ALOHA软件检测成果。6、关键难点拟采取的解决措施（1）LNG加气站现阶段更多采用的是撬装设备，对标准站基础数据的取得有一定的困难；拟针对已建成的LNG加气站进行分析，通过系统内部联系取得相关数据；（2）对事故预测理论和方法需熟练掌握。本文运用了大量的事故预测的理论和方法，要求作者有足够的数学功底和相关专业知识，在下一个阶段需要进一步加强相关内容的学习；（3）计算机专业知识仍有待提高。拟在当地学校学习计算机及相关知识，争取编制出界面更友好、使用更方便、操作性更强的实用程序。7、本论文的特色与创新（1）针对LNG加气站进行全面的安全评价。以往国内外对LNG的研究大多是针对储罐区和气化站进行的，针对两类LNG加气站的安全评价并不多；（2）ALOHA软件已经较为成熟，但因其系统较为完善，并无LNG专项安全评价软件，本文将根据实际算例将自主研发的VB软件同ALOHA软件计算结果进行比较；8、论文工作总体日程安排、预计答辩时间论文开题：2013年4月LNG重大危险源辨识：2013年5月-2013年12月安全评价方法的各类计算：2014年1月-3月算例验证：2014年4月-2014年6月论文初稿：2014年7月至2014年10月论文修改：2014年11月论文答辩：2014年12月参考文献和进一步阅读文献[1]杨玉峰,安琪,韩文科.2010年全球LNG市场形势及2011年展望[J].国际石油经济,2010(12):27-30.[2]杨晓欣.CNG加气站储气罐安全评价方法研究[D].新疆大学,2012.5.26.[3]黄睿.LNG、L—CNG加气合建站重大危险源辨识与评价[D].西南石油大学,2012.5.[4]史文文.LNG气化站的风险评价及预警系统的构建[D].哈尔滨工业大学,2010.5.[5]马维林,余建星.考虑组织因素的液化天然气泄