黃俊龍（長(zhǎng)江大學(xué) 石油工程學(xué)院,湖北 武漢 430100）

液化天然氣的儲(chǔ)存與安全

黃俊龍（長(zhǎng)江大學(xué) 石油工程學(xué)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(chǔ)運(yùn)與運(yùn)輸，有力地推動(dòng)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(yùn)輸、冷能利用等方便，本文主要介紹了關(guān)于LNG的儲(chǔ)存特性和儲(chǔ)存中遇到的問(wèn)題，以及相應(yīng)提出了解決方案。

液化天然氣；儲(chǔ)存；安全

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)清潔能源的需求日益提高，液化天然氣在新形勢(shì)下得到了很好的利用，LNG工業(yè)從起步到發(fā)展，各個(gè)環(huán)節(jié)都有顯著進(jìn)步。LNG的儲(chǔ)存是產(chǎn)業(yè)鏈中至關(guān)重要的一環(huán)，對(duì)于儲(chǔ)存多采用LNG儲(chǔ)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(duì)于液化廠和接收站而言是一種投資。儲(chǔ)罐大型化的走勢(shì)在天然氣利用的增長(zhǎng)和儲(chǔ)罐建造技術(shù)的成熟前提下已然是勢(shì)不可擋，與此同時(shí)也伴隨著或多或少的問(wèn)題出現(xiàn)，我們必須關(guān)注問(wèn)題的來(lái)源，采取相應(yīng)的措施，避免事故的發(fā)生以及帶來(lái)的損失。

1　儲(chǔ)罐的形式和選型

1.1儲(chǔ)罐的形式

低溫常壓LNG儲(chǔ)罐按照儲(chǔ)罐的設(shè)置形式以及結(jié)構(gòu)可以分成：地下儲(chǔ)罐和地上儲(chǔ)罐。對(duì)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(chǔ)罐比較

對(duì)于LNG儲(chǔ)罐要求投資低、壽命長(zhǎng)、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)須高度完整，且便于制造，方便經(jīng)濟(jì)，操作簡(jiǎn)單。

地下罐的建設(shè)投資高昂，交付周期長(zhǎng)，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(fèi)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(shì)很明顯，但是制造加工難度大。單容罐、雙容罐與全容罐相對(duì)來(lái)說(shuō)，罐體自身的投資低，交付周期短，但是，雙、單容罐的設(shè)計(jì)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(jī)及冷凝器的處理能力要求就變高，卸料時(shí)還需增加返回氣風(fēng)機(jī)。因此LNG儲(chǔ)罐與相應(yīng)配套設(shè)備投資和操作費(fèi)用角度出發(fā)，單容、雙容罐卻高于全容罐。

2　LNG儲(chǔ)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(chǔ)罐內(nèi)LNG發(fā)生分層。研究發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)罐內(nèi)的瑞利數(shù)Ra大于2000，液體自然對(duì)流抑制了分層現(xiàn)象。實(shí)際運(yùn)行中，導(dǎo)致液體分層的原因有兩種：一個(gè)是LNG的氮含量過(guò)高，一個(gè)是沖入LNG與原罐內(nèi)液體密度差過(guò)大。

（2）老化

在儲(chǔ)存過(guò)程中，LNG各組分的蒸發(fā)量有差異，便會(huì)導(dǎo)致LNG的密度和組分變化，這個(gè)過(guò)程便叫做老化，該過(guò)程受液體初始氮含量影響甚大。因?yàn)榈M分是揮發(fā)性最強(qiáng)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(shí)間減小。因?yàn)閷娱g的密度差時(shí)產(chǎn)生分層和翻滾的關(guān)鍵，需了解液體組分和溫度對(duì)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(huì)升高，隨蒸發(fā)進(jìn)行，密度增大。而下層的液體密度會(huì)逐漸減小，當(dāng)二者密度十分接近時(shí)，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(zhǎng)的且充滿LNG的豎直管路，由于LNG受熱，管內(nèi)蒸發(fā)氣會(huì)不定時(shí)發(fā)生噴發(fā)現(xiàn)象。這是由于蒸發(fā)出的氣體不能及時(shí)上升到液面，溫度升高使得氣體密度減小，當(dāng)浮力足以克服高度產(chǎn)生的壓力時(shí)，氣體會(huì)發(fā)生噴射，每過(guò)一段時(shí)間就會(huì)重復(fù)，形成間歇泉現(xiàn)象。當(dāng)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(chǔ)存技術(shù)

（1）儲(chǔ)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(qiáng)度，以適應(yīng)建造大容量罐的需要；同時(shí)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(chǔ)罐的充注

儲(chǔ)罐的充注管路應(yīng)設(shè)計(jì)成為罐底和罐頂均可充注，防止LNG分層。首次充注前，儲(chǔ)罐須經(jīng)過(guò)惰化處理（用惰性氣體置換空氣，以達(dá)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(lái)，這個(gè)過(guò)程叫做純化。

（3）最大充裝量

LNG儲(chǔ)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(chǔ)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?yàn)闅怏w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(shí)的LNG情況來(lái)確定，儲(chǔ)罐需安裝液位測(cè)量和高液位報(bào)警器。

（4）儲(chǔ)罐壓力控制

LNG儲(chǔ)罐的內(nèi)部壓力控制是最重要的防護(hù)措施之一，必須控制在允許壓力范圍之內(nèi)。罐內(nèi)壓力過(guò)高或過(guò)低都有潛在的危機(jī)，影響因素有充注時(shí)液體的快速閃蒸、大氣壓下降、熱量進(jìn)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(hù)裝置，且需要具備足夠的排放能力，同時(shí)安裝真空安全裝置，感受罐壓和當(dāng)?shù)卮髿鈮?，判斷罐?nèi)是否出現(xiàn)真空，即需充注LNG。

（5）儲(chǔ)罐安全防護(hù)

除壓力控制系統(tǒng)以外，LNG儲(chǔ)罐還需配備密度檢測(cè)設(shè)備來(lái)監(jiān)控潛在的翻滾和層化的問(wèn)題，以便及早采取措施，同時(shí)在內(nèi)壁和罐底設(shè)溫度儀表來(lái)監(jiān)測(cè)溫度情況。所有的進(jìn)出口管線均需在罐頂，附屬儀表需設(shè)置足夠多的停機(jī)和報(bào)警裝置。

4　結(jié)語(yǔ)

LNG工業(yè)作為新興工業(yè)，我國(guó)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(shì)，需要有更多的熟悉了解液化天然技術(shù)的經(jīng)營(yíng)管理、運(yùn)行方面的知識(shí)。足夠重視LNG的儲(chǔ)存環(huán)節(jié)所出現(xiàn)的問(wèn)題方能保障LNG技術(shù)的蓬勃發(fā)展和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的安全，同時(shí)我國(guó)應(yīng)該多借鑒外國(guó)的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)來(lái)提高自身水平，加大對(duì)LNG液化存儲(chǔ)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(jī)械工業(yè)出版

社，2003.

［2］黃帆.我國(guó)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）.