Bài viết này, CNG Việt Nam sẽ cung cấp cho bạn những thông về đặc tính, các mối nguy từ LNG và hướng dẫn an toàn trong sử dụng LNG, giúp bạn sử dụng LNG một cách an toàn và hiệu quả.
Đầu tiên, hãy cùng tìm hiểu về đặc tính của LNG.
1. Đặc tính của LNG
LNG (Liquefied Natural Gas) là khí thiên nhiên hóa lỏng. Quá trình hóa lỏng trước tiên cần phải xử lý loại bỏ các tạp chất như nitơ, carbon dioxide, hydrogen sulfide, các hợp chất lưu huỳnh khác và nước.
Sau đó khí thiên nhiên với thành phần chủ yếu là metan sẽ hóa lỏng ở nhiệt độ khoảng -160 oC, để sẵn sàng lưu trữ và vận chuyển. LNG chỉ chiếm 1/600 thể tích cần thiết cho một lượng khí thiên nhiên tương đương ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển.
Nói chung, LNG là một chất siêu lạnh, không độc, không ăn mòn, được vận chuyển và bảo quản ở áp suất thấp. Thay vì nén, nó được làm lạnh để hóa lỏng, cho phép LNG trở thành một phương pháp hiệu quả và tiết kiệm để vận chuyển khối lượng lớn khí thiên nhiên trên quãng đường dài.
LNG tự bản thân nó rất ít nguy hiểm khi được tồn chứa trong các bồn chứa, đường ống và thiết bị được thiết kế để sử dụng ở điều kiện siêu lạnh.
Tuy nhiên, một khi LNG hóa hơi, nếu không kiểm soát đúng cách và an toàn nó có thể trở nên dễ cháy nổ trong một số điều kiện nhất định.
Phạm vi dễ cháy nổ là phạm vi giữa nồng độ tối thiểu và tối đa của hơi LNG (% theo thể tích), trong đó không khí và hơi LNG tạo thành hỗn hợp dễ cháy nổ.
Hình trên chỉ ra rằng, khả năng cháy nổ của metan (thành phần chủ yếu của hơi LNG) có giới hạn trên và giới hạn dưới là 15% và 5% theo thể tích hỗn hợp với không khí. Khi nồng độ metan vượt quá giới hạn trên, nó không thể cháy được vì có quá ít oxy; ví dụ như trong một bể chứa kín và an toàn, nồng độ xấp xỉ 100% metan.
Khi nồng độ metan ít hơn giới hạn dưới, nó cũng không thể cháy vì quá ít metan; ví dụ cụ thể là rò rỉ một lượng nhỏ LNG ở khu vực có thông gió tốt, khi đó hơi metan sẽ nhanh chóng hòa trộn với
không khí và phân tán xuống dưới mức 5% về nồng độ.
Như vậy, metan sẽ chỉ có thể cháy nếu tỷ lệ hỗn hợp với không khí nằm trong phạm vi dễ cháy nổ (5-15%). Mối nguy hiểm thường thấy là nó sẽ bắt cháy khi tiếp xúc ngọn lửa hoặc tia lửa.
Nhiệt độ tự cháy là nhiệt độ thấp nhất tại đó hơi dễ cháy sẽ bốc cháy một cách tự phát, chỉ sau vài phút tiếp xúc, không cần nguồn đánh lửa. Nếu nhiệt độ càng cao hơn nhiệt độ tự cháy, thời gian tiếp xúc càng ngắn hơn.
Thử nghiệm metan sinh ra từ LNG, với tỉ lệ hỗn hợp khoảng 10% metan trong không khí (nằm trong phạm vi dễ cháy nổ 5-15%) và trong điều kiện áp suất khí quyển, nhiệt độ tự cháy là trên 540
oC.
Trong trường hợp LNG bị tràn ra trên mặt đất hoặc trên mặt nước, nếu hơi dễ cháy không gặp phải nguồn bắt lửa (ngọn lửa, tia lửa hoặc nguồn nhiệt 540 oC trở lên), hơi sẽ khuếch tán vào bầu khí quyển và không còn khả năng cháy nổ.
Bảng so sánh đặc tính của các loại nhiên liệu:
Từ bảng trên cho thấy, phạm vi dễ cháy nổ của LNG có giới hạn dưới (LEL) cao nhất so với LPG và xăng, tức là cần nhiều lượng hơi LNG hơn để có thể gây ra cháy nổ. Hơn nữa, nhiệt độ tự cháy của LNG cũng cao nhất so với các nguyên liệu khác.
Ngoài ra, hơi LNG không dễ bắt lửa như các loại nhiên liệu thông thường khác và hơi LNG khuếch tán vào không khí dễ dàng hơn, đồng nghĩa các mối nguy tiềm ẩn sẽ có thời gian tồn tại ngắn hơn so với các nhiên liệu khác.
Như vậy, để xem xét liệu LNG có phải là mối nguy hay không, chúng ta cần phải hiểu rõ các đặc tính của LNG, cũng như các điều kiện cần thiết để các mối nguy tiềm ẩn có thể xảy ra.
2. Các mối nguy từ LNG
Dưới đây là 6 mối nguy phổ biến từ LNG:
a. LNG có thể gây cháy
Hơi LNG, chủ yếu là metan, chỉ cháy trong phạm vi hẹp của hỗn hợp metan với không khí từ 5% đến 15%.
- Nếu nồng độ metan thấp hơn 5%, nó không thể cháy vì không đủ nhiên liệu.
- Nếu nồng độ nhiên liệu cao hơn 15%, nó không thể cháy vì không đủ oxy.
Để LNG cháy được, nó phải thoát ra, hóa hơi, hòa trộn với không khí theo tỷ lệ nằm trong phạm vi dễ cháy nổ, và tiếp xúc với nguồn bắt lửa.
b. LNG có thể gây nổ
Sự cố nổ xảy ra khi một chất thay đổi nhanh chóng trạng thái hóa học của nó hoặc được giải phóng một cách không kiểm soát được từ trạng thái chịu áp suất. Cháy nổ là một nguy cơ khó có thể xảy ra với các hoạt động của LNG.
Bản thân LNG ở dạng lỏng sẽ không phát nổ khi ở trong các bồn chứa, vì nó được bảo quản ở nhiệt độ -160 oC và áp suất thấp. Nếu không có áp suất cao hoặc không gian kín thì LNG không thể nổ được.
Sự cố nổ do hơi LNG chỉ có thể xảy ra nếu đồng thời xảy ra các điều kiện sau:
- Nồng độ hơi ở trong phạm vi dễ cháy nổ.
- Hơi ở trong không gian kín.
- Có nguồn gây cháy.
c. Đám mây hơi LNG
Khi LNG rò rỉ ra môi trường, nó bắt đầu nóng lên, hóa hơi chuyển trở lại trạng thái khí. Lúc đầu, chất khí lạnh hơn và nặng hơn không khí xung quanh, nó tạo ra sương mù (đám mây hơi) ở bên trên chất lỏng.
Sau đó, khí càng nóng lên, nó hòa trộn với không khí xung quanh và bắt đầu phân tán. Đám mây hơi chỉ bốc cháy nếu nó gặp nguồn bắt lửa và nồng độ hơi metan nằm trong phạm vi dễ cháy nổ.
d. LNG là chất lỏng siêu lạnh
Nếu LNG được giải phóng, sự tiếp xúc trực tiếp của con người với chất lỏng ở nhiệt độ cực âm sẽ làm đóng băng điểm tiếp xúc. Do đó, tất cả nhân sự khi làm việc với LNG phải đeo găng tay, khẩu trang và quần áo bảo hộ để bảo vệ khỏi tổn thương khi đi vào các khu vực nguy hiểm. Hơn nữa, các hệ thống đê bao xung quanh bồn chứa LNG phải được thiết kế để chứa tới 110% lượng chứa trong bồn.
e. LNG có thể gây chuyển pha đột ngột (Rapid Phase Transition – RPT)
Khi LNG tiếp xúc với nước, do nhẹ hơn nó sẽ nổi lên trên cho đến khi hóa hơi. Nếu một lượng lớn LNG tràn ra trên nước, việc tiếp xúc trực tiếp với nước LNG có thể dẫn đến sự bùng nổ quá trình truyền nhiệt và hóa hơi LNG đột ngột.
Sự chuyển pha đột ngột này có thể gây ra những vụ nổ nhỏ đến những vụ nổ vừa phải, và đủ lớn để có khả năng làm hỏng các cấu trúc vừa và nhẹ. Mối nguy của RPT trong vận chuyển LNG có thể coi là rất ít, do khối lượng LNG tương đối nhỏ và tỷ lệ LNG tiếp xúc với vùng nước lớn như sông, hồ, hoặc biển là rất thấp.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng để giải phóng năng lượng có thể gây ra RPT, tốc độ rò rỉ phải vượt quá 38 m3/phút.
f. LNG có thể gây ngạt
Cũng như các loại nhiên liệu khác, hơi LNG có thể gây ngạt khi lưu trữ và sử dụng ở những nơi hạn chế hoặc không có oxi.
3. Bức tường an toàn trong sử dụng LNG
Sau khi hiểu rõ được đặc tính của LNG cũng như các mối nguy tiềm ẩn từ LNG, làm sao để đảm bảo được an toàn trong sử dụng LNG?
An toàn trong sử dụng LNG được đảm bảo bởi bốn “bức tường phòng ngự”, nhằm cung cấp nhiều lớp bảo vệ cho sự an toàn của các nhân sự làm việc trực tiếp, cũng như sự an toàn của các công trình lân cận.
Thiết bị chứa chính là lớp phòng ngự đầu tiên và quan trọng nhất dùng để tồn chứa sản phẩm LNG. Lớp bảo vệ đầu tiên này yêu cầu sử dụng các vật liệu thích hợp, cũng như thiết kế kỹ thuật phù hợp cho các thiết bị tồn chứa LNG.
“Bức tường phòng ngự” thứ hai là đảm bảo nếu có rò rỉ hoặc tràn xảy ra tại công trình, LNG có thể được ngăn chặn hoàn toàn và cách ly với các cộng trình lân cận. Lớp phòng ngự này đòi hỏi phải
xây dựng đê bao ngăn tràn, bố trí bao quanh khu vực bồn chứa LNG, máy hóa hơi và các thiết bị liên quan. Ngoài ra, tại các điểm có khả năng cao rò rì hoăc tràn LNG, phải có hệ thống thu gom để tập trung xử lí.
“Bức tường phòng ngự” thứ ba là các hệ thống bảo vệ. Mục tiêu chính là giảm thiểu tần suất và lượng LNG thải ra và ngăn ngừa tác hại từ các mối nguy tiềm ẩn liên quan, chẳng hạn như cháy nổ, hỏa hoạn… Lớp phòng ngự này đòi hỏi sử dụng các công nghệ như hệ thống cảnh báo phát hiện lửa & khí, hệ thống dừng khẩn cấp (ESD), hệ thống chữa cháy…. Từ đó, xây dựng các quy trình, hướng dẫn cần thiết về vận hành, đào tạo và định kỳ bảo dưỡng để bảo vệ con người, tài sản và môi trường khi có sự cố xảy ra.
“Bức tường phòng ngự” cuối cùng là khoảng cách an toàn. Các công trình LNG bắt buộc phải tuân theo các qui định để duy trì khoảng cách an toàn giữa các thiết bị tồn chứa LNG cũng như khoảng cách an toàn, tách biệt với các công trình lân cận xung quanh.
Theo tiêu chuẩn TCVN 11278:2015, khoảng cách giữa các bồn chứa với nhau và với các công trình lân cận như bảng sau:
Bảng 3: Khoảng cách giữa các bồn chứa nổi với nhau và các công trình lân cận.
| TT | Dung tích nước (m3) | Khoảng cách tối thiểu từ mặt ngoài đê bao bể chứa (hoặc đầu thoát nước thải bể chứa đê bao) đến các công trình lân cận xung quanh (m) | Khoảng cách tối thiểu giữa các bồn chứa (m) |
| 1 | Từ 3,8 đến nhỏ hơn 7,6 | 4,6 | 1,5 |
| 2 | Từ 7,6 đến nhỏ hơn 56,8 | 7,6 | 1,5 |
| 3 | Từ 56,8 đến 400 | 10,0 | ¼ tổng đường kính của hai bồn lân cận (tối thiểu 1,5 m) |
Bảng 4: Khoảng cách giữa các bồn chứa ngầm với nhau và các công trình lân cận.
| TT | Dung tích nước (m3) | Khoảng cách tối thiểu từ các công trình lân cận xung quanh và đường ranh giới có thể xây dựng (m) | Khoảng cách tối thiểu giữa các bồn chứa (m) |
| 1 | Nhỏ hơn 15,8 | 4,6 | 4,6 |
| 2 | Từ 15,8 đến 114,0 | 7,6 | 4,6 |
| 3 | Lớn hơn 114,0 | 12,2 | 4,6 |
Tạm kết về an toàn trong sử dụng LNG
Như vậy, trong bài viết này, CNG Việt Nam đã giới thiệu về đặc tính của LNG và các mối nguy từ LNG. Bên canh đó, CNG Việt Nam cũng đã giới thiệu cho bạn về “4 bức tường an toàn”
giúp bạn hiểu thêm về an toàn trong sử dụng LNG. Hy vọng nội dung hữu ích với công việc của bạn.
> CNG Việt Nam là đơn vị hàng đầu cung cấp LNG và giải pháp chuyển đổi năng lượng sang LNG cho doanh nghiệp
Tài liệu tham khảo:
- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11278:2015 Khí thiên nhiên hóa lỏng LNG – Hệ thống thiết bị và lắp đặt – Kho chứa LNG có sức chứa đến 200 Tấn;
- NFPA 59A Standard for the Production, Storage, and Handling of Liquefied Natural Gas (LNG);
- ISO 16924:2016 LNG station for fuelling vehicles;
- https://www.youtube.com/watch?v=h-EY82cVKuA
- Article: LNG safety and security, Michelle Michot Foss, Rice University.
