液化天然氣的儲存與安全

黃俊龍（長江大學 石油工程學院,湖北 武漢 430100）

液化天然氣的儲存與安全

黃俊龍（長江大學 石油工程學院,湖北 武漢 430100）

液化天然氣技術(shù)使得天然氣以液態(tài)形式存在，從而極大方便了天然氣的儲運與運輸，有力地推動了天然氣應(yīng)用的發(fā)展。LNG應(yīng)用技術(shù)還廣泛應(yīng)用于供氣調(diào)峰、交通運輸、冷能利用等方便，本文主要介紹了關(guān)于LNG的儲存特性和儲存中遇到的問題，以及相應(yīng)提出了解決方案。

液化天然氣；儲存；安全

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對清潔能源的需求日益提高，液化天然氣在新形勢下得到了很好的利用，LNG工業(yè)從起步到發(fā)展，各個環(huán)節(jié)都有顯著進步。LNG的儲存是產(chǎn)業(yè)鏈中至關(guān)重要的一環(huán)，對于儲存多采用LNG儲罐，它不僅僅是鏈接上游生產(chǎn)和下游用戶的設(shè)備，而且對于液化廠和接收站而言是一種投資。儲罐大型化的走勢在天然氣利用的增長和儲罐建造技術(shù)的成熟前提下已然是勢不可擋，與此同時也伴隨著或多或少的問題出現(xiàn)，我們必須關(guān)注問題的來源，采取相應(yīng)的措施，避免事故的發(fā)生以及帶來的損失。

1　儲罐的形式和選型

1.1儲罐的形式

低溫常壓LNG儲罐按照儲罐的設(shè)置形式以及結(jié)構(gòu)可以分成：地下儲罐和地上儲罐。對于地下罐而言主要有池內(nèi)式和埋置式兩種；地上罐的類型比較多，有球形罐、單容罐、雙容罐和膜式罐，單容罐和雙容罐為雙層罐（分別有內(nèi)外罐組成，中間填充保冷材料）。

1.2儲罐比較

對于LNG儲罐要求投資低、壽命長、安全可靠、技術(shù)先進，結(jié)構(gòu)須高度完整，且便于制造，方便經(jīng)濟，操作簡單。

地下罐的建設(shè)投資高昂，交付周期長，一般不選用。地下罐中雙容罐和全容罐，投資和交付周期相近，但安全水平低，單容罐投資少，結(jié)余費用可用于增加其他設(shè)備和安全裝置。全容罐和膜式罐投資都很高，但是安全性有保障，膜式罐優(yōu)勢很明顯，但是制造加工難度大。單容罐、雙容罐與全容罐相對來說，罐體自身的投資低，交付周期短，但是，雙、單容罐的設(shè)計壓力和操作壓力均較低，需處理的BOG量就相應(yīng)較多，BOG壓縮機及冷凝器的處理能力要求就變高，卸料時還需增加返回氣風機。因此LNG儲罐與相應(yīng)配套設(shè)備投資和操作費用角度出發(fā)，單容、雙容罐卻高于全容罐。

2　LNG儲存特性

（1）分層

由于LNG是多組分混合物，因溫度和組分，液體密度的差異使儲罐內(nèi)LNG發(fā)生分層。研究發(fā)現(xiàn)，儲罐內(nèi)的瑞利數(shù)Ra大于2000，液體自然對流抑制了分層現(xiàn)象。實際運行中，導(dǎo)致液體分層的原因有兩種：一個是LNG的氮含量過高，一個是沖入LNG與原罐內(nèi)液體密度差過大。

（2）老化

在儲存過程中，LNG各組分的蒸發(fā)量有差異，便會導(dǎo)致LNG的密度和組分變化，這個過程便叫做老化，該過程受液體初始氮含量影響甚大。因為氮組分是揮發(fā)性最強的成分，它先于其他成分先行揮發(fā)。多數(shù)情況下氮含量較低，老化LNG密度將隨時間減小。因為層間的密度差時產(chǎn)生分層和翻滾的關(guān)鍵，需了解液體組分和溫度對LNG密度的影響。

（3）翻滾

LNG屬于低溫液體，不可避免的可從環(huán)境中吸熱，已分層的液化天然氣，上層液體的溫度將會升高，隨蒸發(fā)進行，密度增大。而下層的液體密度會逐漸減小，當二者密度十分接近時，分界面消失，液層迅速混合并伴有大量液體蒸發(fā)，這就是翻滾。

（4）間歇泉和水錘現(xiàn)象

罐底有較長的且充滿LNG的豎直管路，由于LNG受熱，管內(nèi)蒸發(fā)氣會不定時發(fā)生噴發(fā)現(xiàn)象。這是由于蒸發(fā)出的氣體不能及時上升到液面，溫度升高使得氣體密度減小，當浮力足以克服高度產(chǎn)生的壓力時，氣體會發(fā)生噴射，每過一段時間就會重復(fù)，形成間歇泉現(xiàn)象。當該處液體不斷排空和充注，使得甲烷蒸氣被重新冷凝，形成水錘現(xiàn)象。

3　LNG安全儲存技術(shù)

（1）儲罐材料

所用鋼材必須具有良好的低溫韌性、抗裂紋能力；并且具有較高的強度，以適應(yīng)建造大容量罐的需要；同時具有良好的焊接性能。目前多采用9%鎳鋼、鋁合金、珠光體不銹鋼。

（2）LNG儲罐的充注

儲罐的充注管路應(yīng)設(shè)計成為罐底和罐頂均可充注，防止LNG分層。首次充注前，儲罐須經(jīng)過惰化處理（用惰性氣體置換空氣，以達到氣體的氧含量安全要求），避免形成天然氣和空氣混合物。充注LNG之前，還需用LNG蒸氣將惰性氣體置換出來，這個過程叫做純化。

（3）最大充裝量

LNG儲罐必須留有一定的空間，作為介質(zhì)受熱膨脹之用，不得將儲罐充滿。液體數(shù)量與介質(zhì)特性，設(shè)備工作壓力緊密相關(guān)，因為氣體受熱膨脹引起液位超高，可能導(dǎo)致溢出?？臻g大小需根據(jù)安全閥的設(shè)定壓力和沖注時的LNG情況來確定，儲罐需安裝液位測量和高液位報警器。

（4）儲罐壓力控制

LNG儲罐的內(nèi)部壓力控制是最重要的防護措施之一，必須控制在允許壓力范圍之內(nèi)。罐內(nèi)壓力過高或過低都有潛在的危機，影響因素有充注時液體的快速閃蒸、大氣壓下降、熱量進入引起液體的蒸發(fā)或者誤操作，因此必須有可靠的壓力控制裝置和保護裝置，且需要具備足夠的排放能力，同時安裝真空安全裝置，感受罐壓和當?shù)卮髿鈮海袛喙迌?nèi)是否出現(xiàn)真空，即需充注LNG。

（5）儲罐安全防護

除壓力控制系統(tǒng)以外，LNG儲罐還需配備密度檢測設(shè)備來監(jiān)控潛在的翻滾和層化的問題，以便及早采取措施，同時在內(nèi)壁和罐底設(shè)溫度儀表來監(jiān)測溫度情況。所有的進出口管線均需在罐頂，附屬儀表需設(shè)置足夠多的停機和報警裝置。

4　結(jié)語

LNG工業(yè)作為新興工業(yè)，我國雖然起步較晚，但是發(fā)展迅速。為了適應(yīng)LNG工業(yè)的發(fā)展形勢，需要有更多的熟悉了解液化天然技術(shù)的經(jīng)營管理、運行方面的知識。足夠重視LNG的儲存環(huán)節(jié)所出現(xiàn)的問題方能保障LNG技術(shù)的蓬勃發(fā)展和儲運過程中的安全，同時我國應(yīng)該多借鑒外國的優(yōu)秀經(jīng)驗來提高自身水平，加大對LNG液化存儲技術(shù)的研究和開發(fā)。

［1］顧安忠，等.液化天然氣技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版

社，2003.

［2］黃帆.我國液化天然氣現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析［J］.天然氣技術(shù)，2007（1）.

［3］先智偉，謝箴.世界LNG裝置現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.天然氣與石油，2005（6）.