1、第七章 液化气体的危害特性 每一种液化气体货品可具有一个或同时具有多个危害特性。这些危害特性包括：易燃易爆性 毒性 腐蚀性 化学反应性 低温危害性。7.1 液化气体的燃烧爆炸危害 液化气体大都是易蒸发和易燃、易爆货品，它的燃烧爆炸会对人员、船舶及周围环境造成巨大的破坏。一、易燃易爆性 液化气与油类等其他可燃物质相比，燃烧爆炸的可能性和危险性更大 与油类等其他可燃物质相比，液化气货品的沸点低，蒸气压高，非常易于蒸发。点燃烃类等液化气货品所需的能量很低，液化气货品非常易于被点燃 液化气货品一般都在等于或高于沸点温度下载运的，而闪点一般都比沸点低许多，液化气体本身沸点很低，液化气体的载运温度必然高于
2、其闪点温度。因此，液化气体在载运温度和环境温度下都具有燃烧性和爆炸性。7.2 液化气体对人体健康的危害 液化气船载运的液化气货品，大都具有以下几种或全部的特性，即刺激性、腐蚀性、麻醉性、毒性、窒息性和可燃性等 可对人体的危害6 种 中毒 窒息 麻醉 冻伤 化学烧伤 燃烧爆炸 每种货品对人体都可能有以上 6 种危害中的几种或全部。一、中毒（一）毒性的概念 有毒物是指那些人体摄入、吸人或接触后会造成伤害甚至死亡的物质 所谓“有毒”和“安全”都有一个程度问题方法和足够的剂量（二）毒性的表示法 1.工作环境中有害物质容许浓度 阈限值“Threshold limit value”，指有毒气体、蒸气、烟雾
3、、液雾等有毒物质在工作环境空气中允许的最大浓度，在此浓度下与之接触的大多数人的健康不会受到损害。允许浓度 短时允许浓度 危险浓度 最高容许浓度 2.短期受害允许剂量，是指不得超过规定接触时间的毒物在环境空气中的浓度，用其在空气中所占体积百万分数 ppm 浓度表示。3.中毒极限值（toxic limit）是指在这个毒性物质浓度的环境中呼吸时间超过 30 min 就会导致持久的和致命的伤害。4.气味阈值，即气味临界值，是指能被大多数人闻到气味的最低蒸气浓度 5.致死剂量（LD）和致死浓度（LC)，是指可引起实验动物死亡的剂量和浓度。常用 mg/g 或 ppm 浓度表示。（三）液化气货品引起中毒的途
4、径 液化气货品引起人体中毒的途径有 3 种，即 通过呼吸道 皮肤 消化道进人人体（四）液化气中毒对人体健康的影响 肺、咽喉、眼睛或皮肤发炎 麻醉性 短期或长期甚至永久性损害人体组织或神经系统（五）防止液化气货品中毒的措施 1 在货物作业或其他可能接触有毒液化气液体或蒸气的作业中，应正确穿着防护服和其他人体保护用品。2.在进入有毒蒸气的危险处所时，必须佩戴好适当的呼吸器具。3 船上的毒性气体检测装置必须按规定配置并妥善维护，保证随时可用。二、窒息 在正常的大气压力下，一般人体所需的空气最小含氧量应为 18%（体积）几乎是所有的液化气货品，不论是否有毒，当它们在空气中的浓度足够高时，都会造成窒息
5、防止液化气窒息伤害的措施 1 正确维护保养货物系统及相关的设备，防止液化气泄漏。发生液化气泄漏后应及时采取有效措施堵漏，并用水雾驱散货物蒸气和加强通风。2 进入可能存在液化气泄漏的危险处所前，应提前 15 min 通风，并且在工作期间保持有效通风。3 进入通风不良处所、很久未开启过的舱室或其他有理由认为可能会缺氧的封闭处所，必须经过可燃气体、毒性气体和氧气的含量检测，证明合格后方能进入。4 需要进入缺氧处所或进入液化气大规模泄漏所产生的气雾中抢险时，必须得到许可并正确佩戴呼吸器。三、麻醉（一）麻醉概念、症状和危害 麻醉是麻醉物质影响人的神经系统，对人的正常反应和控制能力产生抑制和干扰的作用结果
6、。麻醉程度较轻时使人感觉迟钝、行动反应不灵和判断出错，程度较重时会使人丧失身体感觉和知觉。一般而言，当受害人脱离产生麻醉作用的物质和环境后，身体会得到完全恢复。但危险的是，当人处在这种麻醉的影响下，有可能对正常刺激丧失反应并明显地失去记忆，时间长会失去知觉，极难唤醒。四、冻伤 由于液化气液体汽化会吸热，所以从理论上来讲，只要在环境温度压力下呈气体状态的液化气，不管是以常压全冷还是常温加压方式贮存，当它的液体喷到人体皮肤或眼睛时，都会对人体造成冻伤 防止液化气货品冻伤的措施 1 货物作业期间，按规定穿着防护服和戴防护目镜，避免液化气喷溅到人体和眼睛造成冻伤。2 穿戴手套等防护属具，避免直接与低温
7、的货物管线设备等直接接触。3 留意甲板上的液货承滴盘内是否有液货，避免受到伤害。7.3液化气体的低温、腐蚀和软化溶解的危害 一、低温危害（一）低温效应 1 低温脆性断裂 低温会使金属材料的晶粒结构发生变化，大多数金属和合金在低温下会迅速减少韧性和延伸性，材料变脆。常规造船钢材在 0 以下时就会迅速失去韧性，变硬变脆。同时由于低温骤冷使金属内部收缩不一致而产生较大的热应力，这些热应力连同原来金属内部存在的应力及其他静力、动力共同作用就会导致金属在低温区域破裂，这种破裂称为脆性断裂，在断裂面上有明显的晶粒状痕迹，带有非常小的塑性变形。当低温液货泄漏出来时，不可避免会对耐低温性差的船体金属片材料造成
8、低温冷脆断裂的危害。2 结冰货物系统中的水分，如潮湿的气体和露点温度较高的惰性气体中携带的水分以及溶解在货物中的水分，都会由于液化气货物的低温而结冰。结冰的危害同水合物一样，都会对液货泵、阀门、传感器管路、喷淋管路和液位测量设备等造成损坏或堵塞。（二）防止低温危害的措施 1 防止材料低温脆性断裂(1）与低温液货直接接触的货舱等地方，应选用在低温下仍能保持较好韧性和强度的材料，如铝、铜、铝或铜的各种合金钢、奥氏体钢、镍钢等。(2）低温液货舱都应设置次屏壁，以便主屏壁破损时它可以临时容纳低温液货，使之不与船体、船壳相接触，从而避免灾难性的脆性断裂。在非常紧急情况下，次屏壁必须能容纳货物至少 15
9、天，以便船舶能驶往合适的码头将货物卸掉。(3）低温液货的货物围护系统装设有保温绝热材料，防止相邻的船体钢材受到低温损害。(4）防止低温液货突然充注造成过大的温差而引起金属材料骤冷产生过大热应力。同时对货物系统的预冷也应逐渐地进行，降温太快也会产生过大的热应力而使材料冷脆断裂。(5）防止液化气货物溢漏，以免其液体对人体造成伤害和引起金属材料低温冷脆断裂。装货时必须按照 IGC 规则规定的充装极限装货 2 防止结冰 (1）加入防冻剂：甲醇（木精）、甘醇（乙二醇）、二甘醇、乙醇、丙醇等。要注意防冻剂的有效温度，甲醇仅用作温度为-48 以上的货物防冻剂，而丙醇可用作温度低达-108 的货物防冻剂。(2
10、）使用低露点的惰性气体，对货舱空气除湿干燥，并尽量确保液化气货品无水分。二、液化气腐蚀性和软化溶解性的危害（一）液化气的腐蚀性 有些液化气货品，在有水分存在的情况下，会大大增加它的腐蚀性和反应性。硫分、金属盐和水分等杂质，货物系统的金属材料会与这些杂质起腐蚀氧化反应，从而降低材料性能，破坏结构强度。特别像硫分和水，在缺氧状态下会与铁质材料生成氧化铁、硫化亚铁等物质，使铁质材料发生腐蚀，并且当货物系统修理需要开舱通风时，硫化亚铁等会与空气中的氧发生剧烈的氧化反应，产生自燃，并可能会导致爆炸等危险。为防止货物发生聚合反应或生成水合物或结冰，往往需往货物内添加抑制剂或防冻剂，而这些抑制剂或防冻剂是可
11、能有腐蚀性的，需小心对待。（二）液化气的软化性和溶解性 液化气货品除对金属材料有腐蚀性外，对橡胶材料和垫片材料等还有软化性或腐蚀溶化性。LPG 对于橡胶、生橡胶、加硫橡胶等材料，虽不能溶解却能溶胀，会使橡胶管、橡胶垫片等材料软化，所以在 LPG 货物系统中必须使用合成橡胶和聚四氟乙烯等耐油材料。某些烃类液化气还能溶于润滑油中，使润滑油稀释而使货物压缩机等货物机械润滑不足。有些液化气味口 LPG 等，对油脂的溶解作用会使机件脱脂，阀门失去润滑，并能使油漆和脂膏溶解，在实际中应注意避免受到这些影响。7.4液化气的压力、翻滚、冷凝和热膨胀等危害性 一、压力特性及危害性 货舱压力要求及特性：液化气体都
12、是在封闭系统内贮运的，液货都处于沸腾状态，液体上方是货物蒸气并呈现与之相应的饱和蒸气压力。为防止空气漏入，货物系统内都是正压的。在载运过程中，外界热量会不可避免渗入液货舱内时，使液体温度升高，液体蒸发量增大，舱内的蒸气压力增加。压力危害性形式（一）高压的危害（二）压力叠加（三）液货舱负压（一）高压的危害：防范 在操作时，如在打开阀门、盲板等设备前，应利用仪表等来检查判断系统内是否存在高压的蒸气或液体 应对压力释放阀保持良好的维护与校正，定期将积聚在出口侧会影响压力释放阀工作的液体排放掉，使之处于有效工作状态。（二）压力叠加 对于某些不相容的液体，它们混装后其蒸气压力并不等于它们各自的分压之和，
13、而是近乎是各自原来的蒸气压力叠加。例如：将蒸气压力为 4 kgf/cm2的氨液与蒸气压力为 6 kgf/cm2的丙烯液相混合，结果混合液的蒸气压力为 10 kgf/cm2。某些互不相容的蒸气，例如 LPG 和氨，其压力也同样是近乎叠加的。防范：在贮运过程中，应注意避免货物系统中的任何部位出现这种不相容的液体和蒸气混合的现象；当同时装载不相同货品时应注意货物的绝对分隔；在换装货品时应注意充分地扫舱和净化（三）液货舱负压的危害 危害 可能会渗入空气 会破坏货舱结构。对于压力式容器货舱，设计上是可以承受一定负压的，但对于屏壁材料很薄的薄膜式和半薄膜式货舱则要特别小心，因为较小的负压或压力差就极易损坏
14、它的结构。在进行预冷、复温、装货、卸货等货物作业时，或者由于气候变化和日夜温差等影响，都可能改变货舱内和屏壁间处所内的压力。为了防止货舱内出现负压，可以利用以下办法来维持货舱内正压力：(1）接通装载相同货物的货舱气相管线；(2）将装载相同液货的货舱内的液货或蒸气进行循环；(3）用液货泵将货舱内液货进行循环；(4）将货物升温（一）典型翻滚事故 1971 年发生在意大利 La Spezia LNG储配站的事故。在储槽充注后18小时，罐内压力突然上升，安全阀门开1.25小时，放气阀高速放气3.25小时，有318m3液化了然气被汽化放空；1993年10月,英国燃气公司(British Gas)一处LN
15、G储配站-在发生事故时，压力迅速上升，两个工艺阀门首先被开启，随后紧急放散阀也被开启，大约150t天然气被排空 据不完全统计，从 1970 年至 1982 年的 13 年中，在 22 个 LNG 货舱内发生过 41 次翻滚事故，这还不包括那些蒸发量较小未引起操作者注意的翻滚事故。就发生的原因来看，绝大多数是由于充注所引起的，也有 4 次是由于氮优先蒸发而引起的。二、LNG翻滚及其危害（二）翻滚现象 翻滚现象是指两层不同密度的LNG在储罐内迅速上下翻动混合，瞬间产生大量的汽化气的现象 表现：表面蒸发率的骤增。由于 LNG 是一种低温液体，贮存时一般处于过热状态，内部积聚了大量的热量，液层的迅速混
16、合加快了液体内流动，为积聚的热量通过表面蒸发提供了条件 货舱内压力骤升和蒸气流量的大幅度增加：由于发生翻滚时货舱内液化气大量蒸发，舱内压力突然升高，对货舱的安全产生很大威胁，并且安全阀被迫打开 LNG在充注和储存过程中 LNG贮罐在长期贮存中，因其中较轻的组分(主要是N2和CH4)优先蒸发，而自发形成翻滚现象。LNG贮罐中原来留有液化天然气，在充装密度不同、温度不同的新LNG一段时同(几个小时甚至几十天)后，突然产生翻滚的现象 危害1.经济性2.安全性3.环境污染 （三）翻滚的机理和特性 两个必要条件 液化天然气分层 分层界面受到扰动 液化天然气分层：在储罐中，密度小的液体会集聚在密度大的液体
17、之上，抑制了下层液体的挥发。当储罐内的LNG出现明显的分层现象时，由于上层LNG静压的抑制作用，使得外界传入的热量无法通过下层的LNG液体的蒸发而散失，导致下层LNG处于过饱和状态，下层液体就会温度升高 翻滚是一种热不稳定性现象，这种热不稳定性是由密度变化引起的，其产生的必要条件是分层界面受到扰动。下层液体会温度升高，少量的N2就会首先汽化，破坏两层液体的界面，使得LNG储罐内出现扰动 界面扰动既包括“边界层穿透”，也包括界面的“涡旋混合”。边界层穿透：分层界面的破坏首先出现在流动边界层，因为此处的流动最为活跃，但是由于边界层流动只局限在分界面附近，因此它对分层界面的直接破坏仅仅发生在流动边界
18、层内。“涡漩混合”不断扩大其破坏范围。当上下层密度近似相等时，分层界面消失，发生翻滚和液层的混合引起分层的原因1.密度储罐内LNG有时即使仅差1 kg/m3也会分层有关资料介绍，如果储罐内LNG有两层，当其密度差为6.9kg/m3时，存放72h后就会产生翻滚现象。2.温度一般的，当温差为0.79 K时，存放72 h后将产生翻滚现象。3.组分由于不同阶段添加的LNG的组分不同，导致新旧LNG的两层液体密度不同，罐内液体存在密度差，产生分层现象，在存储和运输过程中就会有扰动现象，剧烈的扰动就是翻滚现象（四）翻滚的预防措施 翻滚是由分层引起的，因此必须采取一些措施来防止分层的产生。(1）分舱贮存 这
19、是防止分层的较好方法，即将不同密度的 LNG 贮存于不同的 LNG 货舱中，但这需要多个货舱，而且操作不够灵活。(2）选择正确的充注方法 根据需装卸的 LNG 与贮槽中原有的 LNG 密度的差异，正确选择充注方法，可有效地防止分层。选择时一般应遵循下列原则：密度相近时一般底部充注；将轻质 LNG 充注到重质 LNG 贮槽中时，宜采用底部充注；将重质 LNG 充注到已含有轻质 LNG 贮槽中时，一般采用顶部充注。(3）采用混合喷嘴或多孔管充注 使用混合喷嘴和多孔管充注可使充注的新 LNG 和原有的 LNG 充分混合，从而避免分层。（4）LNG分层的检测与防范 检测：LNG 贮槽的分层探测器，测量
20、液面高度、温度、密度等，判断是否存在分层。当分层液体之间的温度差大于0.2K，密度差大于0.5kg/m3是，即可认为已分层。防范 可采用内部搅拌或输出部分液体的方法来消除分层。为防止分层和翻滚，LNG 贮槽内一般都设计了一个专门的搅拌器，但内部搅拌会引起蒸发率的增加。快速输出部分液体是一种较好的消除分层的方法。对于在静止的海面上锚泊一段时间的液化气船，也完全可能发生翻滚的危险。如预见可能会有这种情况时，应将液货舱内的液货定期地用液货泵打循环以防止产生翻滚。（四）翻滚的处理 采取上述措施后，仍可能发生翻滚，必须采取下列措施来确保贮槽安全、经济地运行。（1）提高贮槽放空阀排放容量；（2）提高蒸气处
21、理能力；（3）初建贮槽时，提高设计压力与运行压力之比值。三、冷凝液化的特性及其危害性 当液化气货品蒸气压力大于饱和蒸气压力或温度低于露点温度时，液化气会液化或冷凝，从而可能损坏货物机械或影响系统运行。危害 1.对于货物压缩机，如果留在曲柄箱内的货物蒸气被冷凝液化，就会稀释润滑油从而影响它的冷却和润滑性能，从而造成轴承等运动部件过热、损坏甚至爆炸。2.如果液化气蒸气在气缸等部位内冷凝液化，甚至还可能造成机械损坏，因此，在起动压缩机前，应使用曲柄箱内的加热设备或采取其他措施使溶解在润滑油内的液化气蒸发并减少冷凝的可能。四、受热膨胀特性及其危害性 LPG受热膨胀系数很大 受热膨胀系数比水大 16 倍
22、，比石油大 4 倍。以丙烷为例：15 的容积为基准 100%，从15 降低到-20 时，体积为 91.4%，从15 升温到60 时，体积膨胀到119.3。换句话说夏天在北方装15 的 LPG 航行到赤道地区应留出膨胀仓容高达 15 以上，反之从赤道地区航行到温度 15 的北方，也要留出 2气罐容积作为蒸发处空间，使维持气液饱和共处，防止开航后突然事故引发火灾，使气罐温度再升高时，液体冲出安全阀而溢向甲板。这二个相反方向航次，充装体积不同，但液体货物的重量是相等的。装货时或用取样容器取样时都必须按规定充装，货舱或容器内要留有足够的空间，以保证在预计可能的最高温度内液体也不会完全充满容器。对于液货
23、舱的装货，IGC 规则第15章规定了充装极限。规定船舶的充装极限用下列式子来确定 VL 本航次的充装容积极限；V0 液货储气罐的容积；在基准温度下，液货对应的密度值；装船时液货温度条件下的液货相对密度。L例题 已知某船的储气罐容积为 577.647m3，装货时液体的温度为7，待装液化石油气密度15 为0.571，时值夏季，应取基准温度为 45 ，求本航次的充装极限的容积。根据卖方提供的液化气货品的密度及其体积换算系数查出产查出产 7 时，体积换算系数时，体积换算系数 p7 =1.016。45 时体积换算系数时体积换算系数 p45 =0.9344练习题 液化气货品低温危害性是什么?防止低温危害的措施 解释液化气的软化性和溶解性 论述液化气的压力危害性 翻滚的机理，翻滚的预防措施 液化气受热膨胀程度与其他油品和水相比较有什么不同
