每天10分钟学习LNG厂站安全系列（5）-LNG事故危害：窒息及低温冻伤
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系列文章每天10分钟学习LNG厂站安全前几节介绍了LNG装置事故泄漏后发生闪火、池火或是喷射火及在封闭或是半封闭空间内的蒸气云爆炸和快速相变等，本节介绍下LNG的事故危害中的最后两项：窒息及低温冻伤。
(4)窒息
当LNG蒸气将空气中氧气含量稀释至15%以下时，人员行动会受损；当低于10%时，会发生恶心、呕吐；而当氧含量低于6%以下时会造成人员死亡。以下表1列出了各种最小含氧浓度（MOC）水平的生理效果；表2为造成窒息危害的LNG蒸气浓度差。
表 1 各种最小含氧浓度（MOC）水平的生理效果
最小含氧量Vol% | LNG蒸气mol% | 生理症状及效果 |
20.9 | 0 | 正常 |
20.9-19.5 | 0-6.7 | 负面生理效应，但无觉察 |
19.5 | 6.7 | 美职业安全健康（OSHA）对进入封闭空间的低限 |
19.5-16.0 | 6.7-23.4 | 脉搏、呼吸次数增加，肌肉协调受损 |
16.0 | 23.4 | 美劳动部矿井安全健康局（MSHA）认定潜在生命威胁 |
16.0-15.0 | 23.4-28.2 | 思维、注意力受损，协调性降低 |
15.0-10.0 | 28.3-52.2 | 判断错误、快速疲劳，对痛觉不敏感，呼吸受损可能导致永久性心脏损伤、恶心、呕吐 |
10.0-6.0 | 52.2-71.3 | 无法正常移动、恶心、呕吐、昏倒，永久性大脑受损 |
< 6.0 | > 71.3 | 痉挛、呼吸停止、死亡 |
工程上可用以下方程来计算氧气的摩尔分数与LNG蒸气摩尔分数的关系：
YO2 = 0.209 (1 – Y LNG) 式中Y代表气体的摩尔分数。
表2 造成窒息危害的LNG蒸气浓度
最小含氧量mol% | LNG蒸气mol% | 逃生受损 | 受损概率% | 生理效果 |
14.0 | 33.3 | 是 | 70-99 | 判断错误，快速疲劳 |
16.0 | 23.8 | 是 | 10-50 | 思考及注意力受损，可能导致错误决定 |
19.5 | 7.1 | 不 | 1-10 | 有负面效果，但不会觉察 |
（5）低温灼伤
低温”与“灼伤”看似两个完全相反的事物。“低温灼伤”这一术语其实是基于人体低温伤害的后果而言的：人体组织暴露于低温环境下的伤害与高温灼伤的组织破坏是十分相似的。与火灾灼伤一样，低温灼伤会对人体组织造成永久性伤害。早在1977年阿尔及利亚的Arzew曾发生带压LNG低温介质泄漏造成人员死亡的案例[1,2]。在LNG装置中，低温灼伤通常是由皮肤直接接触低温液体、低温气体或是被低温液体或是蒸气冷却的金属表面所导致。其中尤以直接接触低温液体的后果作为严重，这是因为及其快速的冷却过程导致人体组织冻结，从而在人员采取措施之前快速造成机体损伤。低温气体的冷量传递速度减慢很多，从而使人员可以在严重受伤之前撤离低温环境。但是长时间暴露于低温蒸气下会使得裸露的皮肤冻伤及呼吸受损。此外，喷射状泄露的低温蒸气可能含有低温液滴，此种泄露比静态的低温蒸气云的低温灼伤后果严重，这是因为低温液滴的存在显著增大了传热速率。相比于暴露于蒸气下人员直接接触低温金属表面（如梯子、扶手等）会更快的对皮肤组织造成损害。同时“湿”的皮肤接触低温金属表面时会造成皮肤粘连，当移开时造成肌肉组织撕裂受伤。低温痛、麻木及低温冻伤等的发生与所接触表面的属性及暴露时间有关。对非金属表面而言，-15℃的温度在5秒内会产生低温疼痛；-35℃的表面会在15-65秒中开始感觉麻木。以下表3为低温风险的建议阈值。
图1 低温冻伤
表3 低温风险的建议阈值[3]
影响实体 | 暴露温度 ℃ | 相态 | 逃生受损 | 受损概率 | 接触效果 |
人员 | -160 | 液体池 | 是 | 99% | 立即发生低温灼伤、皮肤永久性损伤 |
-160 | 蒸气 | 是 | 50-70% | 低温吸入、短时暴露会造成皮肤损伤 | |
-113 | 蒸气 | 不 | 小于 10% | 长时间暴露会造成低温吸入伤害 | |
-73 | 蒸气 | 不 | 小于 1% | 会有部分的低温吸入伤害 | |
支撑结构、逃生扶手、梯子 | -160 | 液体池 | 是 | 99% | 钢结构变脆、长时间暴露导致失效可能 |
-15 | 蒸气 | 不 | 小于 10% | 裸露皮肤在钢或是铝材表面开始感觉麻木 |
表4 PHAST模拟的LNG接收站小型事故泄漏的窒息及低温伤害距离[3]。
25mm LNG泄漏 | 释放率（kg/s） | 窒息危害距离（米） | 低温危害距离（米） | |||||
MOC | MOC | MOC | 液体 | 气体 | ||||
19.5% | 16% | 14% | -160℃ | -160℃ | -113℃ | -73℃ | ||
装卸料臂低压LNG | 6.1 | 70 | 16 | 12 | 4 | 23 | 37 | 51 |
LNG船低压BOG | 7.0 | 34 | 8 | 6 | 4 | 8 | 18 | 26 |
低压LNG泵 | 89 | 31 | 14 | 5 | 25 | 38 | 53 | |
高压LNG泵 | 28 | 48 | 17 | 11 | 8 | 22 | 34 | 49 |
图2 人体失温的症状
除低温灼伤外，与低温暴露相关的另外一个威胁生命的危险因素是机体失温，即：人体长时间在无足够保暖措施的情况下暴露于低于10℃以下的环境中。当人体核心区温度低于27℃时会导致心脏功能紊乱，体温继续降低时可导致死亡。有关失温的判断及后果如图片所示。
图3 人体失温的后果
（6）低温灼伤及窒息的防护
如所有的事故应对措施，LNG厂站的工作人员最佳的实践是防止事故伤害的发生。万一事故已经发生，以下的事先防范及事故应对措施有助于将事故伤害降到最低。
1）保证在LNG厂站的任何工作时间都应该穿戴合适的工作服，如长衣，长裤，安全鞋，服装应该不吸收或可能“兜住”LNG液体；
2）LNG厂站服装的面料应避免合成纤维的材料，如聚酯，尼龙，人造丝,醋酸，晴纶等，这些材料在受热时可能会粘结皮肤，加重灼伤的后果；
3）避免穿过紧的工作服，以免在事故发生时难以快速脱掉（厂站内应禁止穿紧身裤），如穿高腰的工装靴，应该将长裤套在工装鞋外部；
4）LNG厂站工作的女性员工应禁止佩戴首饰，项链及手镯等可能被工厂的动设备缠住，此外，当LNG喷溅并接触到这些首饰时会粘连住皮肤；
5）厂站人员需在任何已知或是可能的LNG泄露的区域工作时需佩戴个人防护用具（PPE）如安全帽，护目镜，面罩（需是能耐低温的材料），低温手套，低温防护服等；
6）关于人体失温的救治，需要遵照正确的升温节奏，可用温热的热水袋或水杯对需救助者的核心区（颈部，腋窝，大腿根等）恢复体温；在没有条件的时候最直接的办法是人体传温，即肌肤接触，避免一些错误的想当然做法（可能会致命！）；
图4 对人体失温的错误救助
7）最后强调一点关于LNG厂站的窒息救助的问题：永远不要尝试不带SCBA呼吸器的情况下进入缺氧环境中救助昏厥的人员，在缺氧环境中4-5下的呼吸即可使人失去知觉！进入此类环境之前一定要佩戴SCBA或是使用其他供氧设施，你不是超人、蜘蛛侠或齐天大圣，会导致别人昏厥的环境也会对你产生一样的效果......
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参考文献
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.
