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  • LNG常压罐返修的风险评估及对策措施

  • 1 概述

    某市LNG应急气源站于2012年投运,兼具城市应急气源、城市调峰补气、LNG转运以及汽车加气功能。站内总储存量4950 m3,折合标准状态(压力为101.325 kPa,温度为0 ℃)下天然气约300×104m3,储存设备包括1台4 500 m3常压罐与3台150 m3真空粉末罐,总供气规模80×104 m3/d,高压(4.0 MPa)和中压(0.4 MPa)供气高峰小时流量均为4×104 m3/h。其中4 500 m3 LNG常压罐自投运以来在储罐夹层持续检测到甲烷存在,分析认为内罐、内部管道或仪表管道焊缝存在泄漏的可能性。为确保安全运行,建设单位决定对常压罐进行开罐检漏和返修,同步完成部分功能优化的技改。

    2 案例概况

    本次返修的4 500 m3常压罐为平底拱顶、立式双层壁单容罐,主要由内罐、外罐、绝热层、平台梯子、阀门仪表及基础平台等组成。夹层采用珠光砂粉末堆积绝热。返修前建设单位分两次对夹层中上部、中部、中下部、下部共4个取样点检测甲烷体积分数。两次检测液位都在1 m以下,检测结果相对稳定。

    本次技改主要工作内容包括前期方案准备、LNG外运、常压罐检漏返修、部分功能优化技改、储罐油漆刷新、储罐试压、吹扫、置换、预冷和投运等,计划工期约7个月。前期方案准备包括组织编制技改停产方案、常压罐返修专项方案及实施方案、应急预案等,建设单位委托专业评估机构对技改方案进行风险评估,并组织相关单位和外部专家全面评审。

    ①停产方案

    技改工作中由建设单位负责组织的工作内容涉及停产查漏、现场交接与施工、预冷恢复投产3个阶段。

    a.真空罐出液至常压罐

    3个真空罐存量合计141 m3,先将真空罐液位、压力与进出阀门的联锁解除,然后将真空罐的液倒灌至常压罐,清空后停止作业。该操作计划4 d时间。真空罐清空后,将压力控制在0.5 MPa以内,用于配合常压罐检漏工作。

    b.常压罐出液

    常压罐存量约400 m3,加上真空罐合计约541 m3。出液前先将液位与进出阀门的联锁解除,因常压罐的出液方式为底部出液,预计液体能基本出完。

    c.实施内罐检漏

    将储罐内剩余液体按查漏方案要求进行复温,通过BOG管路排出;做好常压罐的内罐温度、底部夹层温度的监视;保持常压罐内罐压力为12~15 kPa。当内罐温度高于-40 ℃时,内罐复温工作结束。夹层珠光砂泄放工作按照专项方案实施。内罐检漏工作是在进入夹层检漏之前,确认关闭氮气系统,确认在氮气流量计处加装盲板。根据检漏需要,将真空罐内天然气补至常压罐,控制常压罐内罐压力在规定范围内。

    d.内罐置换

    待施工单位对常压罐第一阶段检漏完成后,进行内罐置换,实施储罐、管道氮气置换。

    e.停产过程应急预案

    停产清罐过程中如出现异常泄漏情况,参照LNG站应急处置预案实施。根据重点作业工序的专项安全措施,同步制定相应的应急预案。

    ②常压罐返修方案

    施工单位编制了《常压罐返修专项方案》、《返修现场安全规程》、《脚手架搭设专项方案》、《珠光砂排放专项方案》、《常压罐复温方案》、《干燥、吹扫、预冷方案》、《检修专项应急预案》等。施工单位成立返修项目专项工作小组,建立施工组织管理体系,制定劳动力组织配备计划,配备返修主要工具。

    a.返修前的准备工作

    建设单位对罐内的LNG进行排液,至雷达液位计数字显示液位为0 mm,停止排液。内罐清空后,建设单位分两次对夹层中上部、中部、中下部、下部共4个取样点检测甲烷浓度。夹层充氮气并置换合格。

    b.返修流程

    3 风险识别和评估

    建设单位委托专业评估机构对技改方案进行了风险识别和评估,主要评估方法见文献[1]。经评估,常压罐返修方案涉及的危险有害物质主要有:天然气、油漆、氮气、溶解乙炔、氧气、珠光砂等。依据《危险化学品目录(2015版)》(国家安全监管总局等10部门公告2015年第5号),天然气、油漆、乙炔为危险化学品。其中天然气为首批重点监管危险化学品。不同作业的危险有害因素见表2。其中最主要的危险有害因素为:火灾、爆炸、坍塌、窒息和起重伤害,主要危险有害因素造成后果及主要存在部位。

    返修场所未构成GB18218—2009《危险化学品重大危险源辨识》规定的危险化学品重大危险源。采用矩阵法对常压罐返修作业各环节进行风险识别,常压罐返修作业各环节风险程度见表4。其中珠光砂泄放、脚手架搭建、漏点检修、内罐、夹层管道附件改造、脚手架拆卸、珠光砂回填涉及动火作业、有限空间作业、高处作业、吊装作业等高风险作业,易发生火灾、爆炸、坍塌、窒息、起重伤害等重大事故。表中有关安全方面的作业包括高处作业、动火作业、电气作业、有限空间作业、吊装作业、交叉作业;有关职业健康方面的作业包括粉尘作业、有毒有害作业、辐射作业、噪声作业、低温作业;有关环境方面的作业为废物处理。

    4 对策措施

    针对上述施工关键环节存在的危险有害因素和高风险作业提出对策措施。

    ①内罐复温

    根据《常压罐复温方案》控制温度上升速率(罐壁下端温度测点):温度上升速率平均10 ℃/h,不可超过15 ℃/h;如上升速率超过控制要求,立即关闭阀门停止常温天然气进气。压力控制(罐顶压力测点):5~15 kPa;如超过压力控制要求,立即关闭阀门停止常温天然气进气。最终目的为将内罐温度控制到-40 ℃以上。

    ②夹层珠光砂泄放

    a. 珠光砂泄放流程

    LNG罐珠光砂泄放及夹层内脚手架搭建见图2。夹层厚度1 m。

    将常压罐水泥平台以下四周全部用彩条布封闭,彩条布上部固定在水泥平台护栏栏杆处,下部用脚手管固定,维护成一个封闭的空间,珠光砂的泄放工作将在该封闭空间内进行,可以有效控制珠光砂意外泄漏飘散。沿常压罐外罐底部圆周均布3处珠光砂泄放口,在相应的水泥平台处用水磨钻钻取等径洞口。平台上方泄放口周围采用彩钢板设置密封防护罩。拆除泄放口管口盲板上的螺栓,用布袋筒套在泄放口上,用铁丝扎紧,将珠光砂引流到下层灌装。操作卸砂人员注意操控节奏,让珠光砂缓慢流下,防止喷砂。珠光砂用防潮编织袋灌装,灌装完成后就地用封口机封口,就近整齐堆放,用防潮塑料布遮盖。珠光砂泄放至底部时在相邻的两个泄放口中间会有约300~500 mm的珠光砂无法放出,打开外罐底部人孔盖,确保夹层内气体安全后,人员穿着防护服进入夹层内,将珠光砂向泄放口推挤排出,直至排光。

    b. 泄放时安全防护

    因珠光砂在基础内施工,珠光砂有吸附、易飘散的特性,夹层内介质为氮气,属于惰性气体,可能会存在聚集情况,故施工人员必须每组随身佩戴测氧仪、眼罩、防护口罩,外面设置看护人员,定期观察施工人员安全。

    c. 泄放时安全技术措施

    确认内罐复温结束,夹层珠光砂压力为零,无风、无雨适合泄放作业。确认所有的工艺过程已经停止,填写工作票进行工作申请。在水泥平台钻孔前应先确认储罐内LNG和天然气已全部置换排空,具备在此处动火作业条件,做好防护措施。泄放前应切断密封气源,执行锁定挂牌程序,密封气为氮气,应物理隔离。确定参与操作人员数量并分组,每组不少于两人。确认监护人员按规定配备并在现场就位。进入夹层内作业前必须经现场安全交底,并确认内部氧气浓度适合人员进入时,方可进去施工作业,作业过程中外部人孔和放空口处有专人进行监护施工,并随时和夹层内施工人员保持联系。操作人员应全程佩戴便携式测氧仪和甲烷仪,泄放过程中发现含氧量低或甲烷含量高报警,应立即停止工作,撤离工作现场,待原因查清并排除后方可继续工作。泄放过程中派专人监测夹层内密封气压力、基础温度。一旦发现压力有异常升高现象或有砂从排放口喷出的现象,泄放人员应迅速从安全通道撤离现场。泄放不应速度过快,防止出现大量泄出现场失控。如发生砂爆情况,则迅速由看护人员用切断插板阀切断珠光砂泄放通道,基础底部排砂人员迅速从基础围栏接缝处或通行通道撤出,待确认安全后方可继续施工。珠光砂卸完之后,操作人员仔细检查夹层各个部位,确保无板结的珠光砂滞留在夹层内,防止在后续施工时脱落,给操作人员带来危险和影响后续绝热效果。彻底清理夹层中的珠光砂,在未清理合格之前不能进行下一步的工作,更不能拆开工艺管道,以免珠光砂进入管道内,造成堵塞或爆炸危险。

    ③夹层内脚手架搭建

    夹层内脚手架搭建须制定专项方案,通过审批后方可实施。扣件式钢管脚手架施工前,按规范规定对结构构件与立杆地基承载力进行计算。

    a.搭建方法

    夹层内脚手架搭建方法见图2。根据图纸尺寸放样,采用6 m长脚手管作为立柱,立柱和横档可以直接从人孔进入搭设,搭设宽度700 mm,可布满整个夹层,夹层内脚手管搭设高度14.5 m,每层间隔1.8 m,立柱间隔3 m。斜拉杆与地面的夹角应在45°~60°,接长距离应大于400 mm,并采用回转扣件连接。上下通行梯的斜度一般不应大于60°,防护栏杆下道不低于500mm。根据罐体每1.5 m一条焊缝的布置,焊缝距离每层脚手架平台高度均在100~1 300 mm范围内,以满足现场焊缝检漏要求。

    在脚手架搭建过程中会遇到夹层内各种管路,需要避让,并根据现场情况采取相应的加固措施,在管路上捆绑橡皮垫防护。严禁将脚手架固定捆绑在管路上,以管路作为脚手架稳定支撑。

    b.施工安全技术措施

    在夹层内施工应有足够和可靠的照明,在危险部位和紧急疏散通道宜设置应急照明。对登高作业用的脚手架、脚手板保持完好,搭设符合规程,经专管部门及专管员验收后方能使用。在夹层的狭小环形空间施工时,应编制专门的应急预案,保证在紧急情况下能够把受困或受伤人员救出。高处或临边作业应采取可靠的防坠落保护措施。

    c.高处作业人员条件

    年满18周岁,初中以上文化程度,经过安全培训教育,具有高处作业知识和技能;高处作业人员应经安全技术培训考试合格,持有效证件上岗。

    ④内罐检漏

    a. 检漏方法

    在脚手架搭建前用可燃气体探测仪(激光式)对夹层空间进行排查扫描,确定泄漏区域。脚手架搭建完成,人员进入内部后,对检漏区域进行区域划分,保证检漏不留死角。用可燃气体探测仪(激光式)对夹层内的所有内罐、管道焊缝进行初步检测,确定泄漏范围后,用探测仪(泵吸式)对泄漏范围进行重点查漏,检测到漏点后,做好记号并用封泥临时封堵,然后用探测仪(泵吸式)对该范围再进行一次排查,看是否已将所有漏点找出。最终将内罐、夹层内部管道泄漏点全部查出。

    b.施工安全技术措施

    检漏前必须切断密封氮气管道,在过滤器处与氮气管道脱开。在整个查漏、检修过程中,人员需随身佩戴测氧仪,需配备外部看护一人,并间隔5 min对夹层内进行呼叫、喊话,确认夹层内人员安全,如发现测氧仪出现异常报警,人员必须马上撤出。作业中不得以任何理由离开工作面,离岗、窜岗和擅自进入有限空间深处,作业工具落入有限空间内不准私自下有限空间拾取,应重新领取使用。作业人员进入夹层前和离开夹层时,应清点人数。内罐顶盖焊缝、罐壁检查时,除需佩戴安全带外,还需悬挂安全绳,顶上设置安全看护,防止坠落危险。

    c. 高处作业人员条件

    内罐检漏高处作业人员条件同夹层内脚手架搭建高处作业人员条件。

    ⑤内罐置换

    对常压罐进行氮气置换,将储罐内、管道内天然气全部置换成氮气,以达到内罐施工条件。置换过程中控制罐内压力不超过15 kPa。必须确保罐内和相连管道的天然气置换完全。分析点检测不到甲烷。并确保后续罐内和相连管道的氮气置换完全,达到施工条件要求。

    ⑥漏点检修

    a. 漏点检修方法

    针对相应的漏点位置,出具相应的检修工艺,进行漏点检修,完成后进行着色检查和射线探伤,修复所有漏点焊缝。

    b.施工安全技术措施

    焊接或切割物件,如存在可能引发火灾爆炸等风险,应备有足够的灭火器材,专人监护,并实施动火许可程序;对储罐内作业,经通风换气测爆检查合格后才能进行;可燃气体体积分数须保持在爆炸下限值的10%以下。氧气瓶、乙炔气瓶应放置在通风良好地点,不得靠近热源和电气设备,与明火的距离不得小于10 m(高空作业时,此距离为距地面的垂直距离)。动火作业应执行双人监护制,设置足够的送排风设施,换气次数为3~5次/h。在整个检修过程中人员需随身佩戴测氧仪,需配备外部看护一人,并间隔5 min对夹层内进行呼叫、喊话,确认进入人员安全,如发现测氧仪出现异常报警,人员必须马上撤出。检修时除需佩戴安全带外,还需悬挂安全绳,顶上设置安全看护,防止坠落危险。

    c. 高处作业人员条件

    漏点检修高处作业人员条件同夹层内脚手架搭建高处作业人员条件。

    ⑦管道、附件等改造及外罐油漆修复

    内罐用氮气置换完成后,实施相关改造修复工作。高处或临边作业应采取可靠的防坠落保护措施。

    ⑧内罐压力试验

    密闭内罐,送入空气使压力升至25kPa(1.25倍设计压力),保持1 h,无泄漏、无可见变形为合格。

    ⑨封罐前检查

    对照图纸以及技术文件要求,检查是否已完成所有返修任务;对内罐充入天然气,再对夹层进行浓度检测,若检测甲烷浓度为0,确认返修成功。

    ⑩珠光砂回填

    珠光砂回填前必须对排出的珠光砂分批次取样,重点分析压实密度和含水率。压实密度为40~80 kg/m3,含水率应小于0.5%,根据含水率分析数据,再确认是否可以使用。通过储罐的起吊装置或吊车将装袋的珠光砂运至罐顶,采用人工回填。在回填时,把编织袋口放入回填口内,缓慢倾倒,且在回填口旁搭彩条棚,以防止回填时珠光砂四处飘散。监护人员适时清点人数,要密切关注操作人员的行为和人员状态,发现有人坠入或晕倒要及时抢救。设备使用半年后应打开顶部人孔查看珠光砂沉降情况,补充沉降部分。吊装作业编制专门的吊装计划,作业时应将吊装区域隔离,并由有资质的人员进行吊装作业。高处或临边作业应采取可靠的防坠落保护措施。

    ⑪内罐吹扫、夹层吹扫、内罐预冷、内罐进液

    内罐吹扫、夹层吹扫、内罐预冷、内罐进液的施工方法和技术安全措施与新建工程首次投产基本相同。常压罐液氮预冷完成后,在内罐进液过程中,应注意将氮气置换完全。施工过程中重点关注与站外已通气天然气管道要做到有效隔离。

    ⑫投产置换

    供气前持续两天检测向站外供气管道中的甲烷浓度,检测合格后方可向站外管网供气,防止外供燃气中氮气含量超标,影响正常燃烧。

    5 结语

    ①常压罐经全面检测共查得漏点9处,漏点为搭接焊角焊缝中的针状气孔,其中内罐顶盖上3处漏点,压环及筒体板处1处漏点,内罐底板焊缝上5处漏点。经过补焊后,在常温下进行天然气验证查漏效果,测得夹层的甲烷含量为0,达到预期效果。

    ②本次技改工作通过系统全面识别和评估风险,采取了有针对性的对策措施,全面排查漏点并修复,同步完成相关功能优化,施工过程确保人员安全。

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  • 2020.05.29