每天10分鐘學(xué)習(xí)LNG廠站安全系列（5）-LNG事故危害：窒息及低溫凍傷
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系列文章每天10分鐘學(xué)習(xí)LNG廠站安全前幾節(jié)介紹了LNG裝置事故泄漏后發(fā)生閃火、池火或是噴射火及在封閉或是半封閉空間內(nèi)的蒸氣云爆炸和快速相變等，本節(jié)介紹下LNG的事故危害中的最后兩項(xiàng)：窒息及低溫凍傷。
(4)窒息
當(dāng)LNG蒸氣將空氣中氧氣含量稀釋至15%以下時(shí)，人員行動(dòng)會受損；當(dāng)?shù)陀?0%時(shí)，會發(fā)生惡心、嘔吐；而當(dāng)氧含量低于6%以下時(shí)會造成人員死亡。以下表1列出了各種最小含氧濃度（MOC）水平的生理效果；表2為造成窒息危害的LNG蒸氣濃度差。
表 1 各種最小含氧濃度（MOC）水平的生理效果
最小含氧量Vol% | LNG蒸氣mol% | 生理癥狀及效果 |
20.9 | 0 | 正常 |
20.9-19.5 | 0-6.7 | 負(fù)面生理效應(yīng)，但無覺察 |
19.5 | 6.7 | 美職業(yè)安全健康（OSHA）對進(jìn)入封閉空間的低限 |
19.5-16.0 | 6.7-23.4 | 脈搏、呼吸次數(shù)增加，肌肉協(xié)調(diào)受損 |
16.0 | 23.4 | 美勞動(dòng)部礦井安全健康局（MSHA）認(rèn)定潛在生命威脅 |
16.0-15.0 | 23.4-28.2 | 思維、注意力受損，協(xié)調(diào)性降低 |
15.0-10.0 | 28.3-52.2 | 判斷錯(cuò)誤、快速疲勞，對痛覺不敏感，呼吸受損可能導(dǎo)致永久性心臟損傷、惡心、嘔吐 |
10.0-6.0 | 52.2-71.3 | 無法正常移動(dòng)、惡心、嘔吐、昏倒，永久性大腦受損 |
< 6.0 | > 71.3 | 痙攣、呼吸停止、死亡 |
工程上可用以下方程來計(jì)算氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)與LNG蒸氣摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系：
YO2 = 0.209 (1 – Y LNG) 式中Y代表氣體的摩爾分?jǐn)?shù)。
表2 造成窒息危害的LNG蒸氣濃度
最小含氧量mol% | LNG蒸氣mol% | 逃生受損 | 受損概率% | 生理效果 |
14.0 | 33.3 | 是 | 70-99 | 判斷錯(cuò)誤，快速疲勞 |
16.0 | 23.8 | 是 | 10-50 | 思考及注意力受損，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤決定 |
19.5 | 7.1 | 不 | 1-10 | 有負(fù)面效果，但不會覺察 |
（5）低溫灼傷
低溫”與“灼傷”看似兩個(gè)完全相反的事物?！暗蜏刈苽边@一術(shù)語其實(shí)是基于人體低溫傷害的后果而言的：人體組織暴露于低溫環(huán)境下的傷害與高溫灼傷的組織破壞是十分相似的。與火災(zāi)灼傷一樣，低溫灼傷會對人體組織造成永久性傷害。早在1977年阿爾及利亞的Arzew曾發(fā)生帶壓LNG低溫介質(zhì)泄漏造成人員死亡的案例[1,2]。在LNG裝置中，低溫灼傷通常是由皮膚直接接觸低溫液體、低溫氣體或是被低溫液體或是蒸氣冷卻的金屬表面所導(dǎo)致。其中尤以直接接觸低溫液體的后果作為嚴(yán)重，這是因?yàn)榧捌淇焖俚睦鋮s過程導(dǎo)致人體組織凍結(jié)，從而在人員采取措施之前快速造成機(jī)體損傷。低溫氣體的冷量傳遞速度減慢很多，從而使人員可以在嚴(yán)重受傷之前撤離低溫環(huán)境。但是長時(shí)間暴露于低溫蒸氣下會使得裸露的皮膚凍傷及呼吸受損。此外，噴射狀泄露的低溫蒸氣可能含有低溫液滴，此種泄露比靜態(tài)的低溫蒸氣云的低溫灼傷后果嚴(yán)重，這是因?yàn)榈蜏匾旱蔚拇嬖陲@著增大了傳熱速率。相比于暴露于蒸氣下人員直接接觸低溫金屬表面（如梯子、扶手等）會更快的對皮膚組織造成損害。同時(shí)“濕”的皮膚接觸低溫金屬表面時(shí)會造成皮膚粘連，當(dāng)移開時(shí)造成肌肉組織撕裂受傷。低溫痛、麻木及低溫凍傷等的發(fā)生與所接觸表面的屬性及暴露時(shí)間有關(guān)。對非金屬表面而言，-15℃的溫度在5秒內(nèi)會產(chǎn)生低溫疼痛；-35℃的表面會在15-65秒中開始感覺麻木。以下表3為低溫風(fēng)險(xiǎn)的建議閾值。
圖1 低溫凍傷
表3 低溫風(fēng)險(xiǎn)的建議閾值[3]
影響實(shí)體 | 暴露溫度 ℃ | 相態(tài) | 逃生受損 | 受損概率 | 接觸效果 |
人員 | -160 | 液體池 | 是 | 99% | 立即發(fā)生低溫灼傷、皮膚永久性損傷 |
-160 | 蒸氣 | 是 | 50-70% | 低溫吸入、短時(shí)暴露會造成皮膚損傷 | |
-113 | 蒸氣 | 不 | 小于 10% | 長時(shí)間暴露會造成低溫吸入傷害 | |
-73 | 蒸氣 | 不 | 小于 1% | 會有部分的低溫吸入傷害 | |
支撐結(jié)構(gòu)、逃生扶手、梯子 | -160 | 液體池 | 是 | 99% | 鋼結(jié)構(gòu)變脆、長時(shí)間暴露導(dǎo)致失效可能 |
-15 | 蒸氣 | 不 | 小于 10% | 裸露皮膚在鋼或是鋁材表面開始感覺麻木 |
表4 PHAST模擬的LNG接收站小型事故泄漏的窒息及低溫傷害距離[3]。
25mm LNG泄漏 | 釋放率（kg/s） | 窒息危害距離（米） | 低溫危害距離（米） | |||||
MOC | MOC | MOC | 液體 | 氣體 | ||||
19.5% | 16% | 14% | -160℃ | -160℃ | -113℃ | -73℃ | ||
裝卸料臂低壓LNG | 6.1 | 70 | 16 | 12 | 4 | 23 | 37 | 51 |
LNG船低壓BOG | 7.0 | 34 | 8 | 6 | 4 | 8 | 18 | 26 |
低壓LNG泵 | 89 | 31 | 14 | 5 | 25 | 38 | 53 | |
高壓LNG泵 | 28 | 48 | 17 | 11 | 8 | 22 | 34 | 49 |
圖2 人體失溫的癥狀
除低溫灼傷外，與低溫暴露相關(guān)的另外一個(gè)威脅生命的危險(xiǎn)因素是機(jī)體失溫，即：人體長時(shí)間在無足夠保暖措施的情況下暴露于低于10℃以下的環(huán)境中。當(dāng)人體核心區(qū)溫度低于27℃時(shí)會導(dǎo)致心臟功能紊亂，體溫繼續(xù)降低時(shí)可導(dǎo)致死亡。有關(guān)失溫的判斷及后果如圖片所示。
圖3 人體失溫的后果
（6）低溫灼傷及窒息的防護(hù)
如所有的事故應(yīng)對措施，LNG廠站的工作人員最佳的實(shí)踐是防止事故傷害的發(fā)生。萬一事故已經(jīng)發(fā)生，以下的事先防范及事故應(yīng)對措施有助于將事故傷害降到最低。
1）保證在LNG廠站的任何工作時(shí)間都應(yīng)該穿戴合適的工作服，如長衣，長褲，安全鞋，服裝應(yīng)該不吸收或可能“兜住”LNG液體；
2）LNG廠站服裝的面料應(yīng)避免合成纖維的材料，如聚酯，尼龍，人造絲,醋酸，晴綸等，這些材料在受熱時(shí)可能會粘結(jié)皮膚，加重灼傷的后果；
3）避免穿過緊的工作服，以免在事故發(fā)生時(shí)難以快速脫掉（廠站內(nèi)應(yīng)禁止穿緊身褲），如穿高腰的工裝靴，應(yīng)該將長褲套在工裝鞋外部；
4）LNG廠站工作的女性員工應(yīng)禁止佩戴首飾，項(xiàng)鏈及手鐲等可能被工廠的動(dòng)設(shè)備纏住，此外，當(dāng)LNG噴濺并接觸到這些首飾時(shí)會粘連住皮膚；
5）廠站人員需在任何已知或是可能的LNG泄露的區(qū)域工作時(shí)需佩戴個(gè)人防護(hù)用具（PPE）如安全帽，護(hù)目鏡，面罩（需是能耐低溫的材料），低溫手套，低溫防護(hù)服等；
6）關(guān)于人體失溫的救治，需要遵照正確的升溫節(jié)奏，可用溫?zé)岬臒崴蛩瓕π杈戎叩暮诵膮^(qū)（頸部，腋窩，大腿根等）恢復(fù)體溫；在沒有條件的時(shí)候最直接的辦法是人體傳溫，即肌膚接觸，避免一些錯(cuò)誤的想當(dāng)然做法（可能會致命！）；
圖4 對人體失溫的錯(cuò)誤救助
7）最后強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)關(guān)于LNG廠站的窒息救助的問題：永遠(yuǎn)不要嘗試不帶SCBA呼吸器的情況下進(jìn)入缺氧環(huán)境中救助昏厥的人員，在缺氧環(huán)境中4-5下的呼吸即可使人失去知覺！進(jìn)入此類環(huán)境之前一定要佩戴SCBA或是使用其他供氧設(shè)施，你不是超人、蜘蛛俠或齊天大圣，會導(dǎo)致別人昏厥的環(huán)境也會對你產(chǎn)生一樣的效果......
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參考文獻(xiàn)
1. CH-IV (2009). "Safe History of International LNG Operations". Technical Document, TD-02109
2. Virginia L. Thorndike，LNG, A Level-Headed Look at the Liquefied Natural Gas Controversy，DownEastBooks, Distributed by National Book Network, 2007, p 241
3. Sam Mannan. Lees loss prevention in the process industries, Elsevier Butterworth Heineman 3rd edition, Oxford, 2005.
