低溫儲罐
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淺析液化天然氣(LNG)儲運的安全技術及管理

發布日期:2018-09-20 作者: 點擊:

近年來,我國的天然氣產業也取得了長足的發展,其中主要表現在天然氣的開采、液化儲運以及氣化銷售等環節。但同時也出現了一系列的安全問題,如液化天然氣的泄露引發的火災甚至爆炸,吸入過量的天然氣導致的人員傷亡等。
 
  一、 液化天然氣的主要特性
 
  天然氣的主要成分為 CH4,CH4是一種可壓縮且易燃的氣體,具有無毒無腐蝕相對密度較小等特性。CH4常溫常壓下沸點-162℃,其在液態的形式下的相對密度為0.43~0.48,氣液體積比625∶1,空氣中的爆炸極限為5%~15%。天然氣中除了CH4外,還存在少量的乙烷、丙烷和N2等。根據歐洲標準,液態天然氣中CH4的含量應高于75%且氮含量少于5% 。
 
  1、 易燃性
 
  液態天然氣同樣具有易燃的特性,其在約-160℃的低溫環境下,燃燒體積比為6%~13%,燃燒速度大約在0.3m/s。因此,大空間情況下,LNG及BOG氣體不易燃燒爆炸。在遇到火源后,天然氣會處于低速燃燒的狀態,且燃燒會擴散到氧氣所及的地方。但若周圍空間有限,天然氣與周圍空氣混合達到爆炸極限時,也會發生爆炸事故。
 
  2、低溫性
 
  液化天然氣可以實現常壓低溫存儲,常壓下其沸點約為-162℃,正是液化天然氣的這個低溫特性,使得其在存儲、運輸、使用均是在低溫下進行的。另外,針對這一特性,要特別注意在對液化天然氣進行低溫處理時,首先要注意系統在這一環境下其設備和管道材料的低溫性能,避免低溫造成材料的硬脆斷裂和收縮等問題;其次,要注意低溫環境下產生的翻騰問題(同一個儲氣罐中,不同成分的超低溫液體在吸熱蒸發作用下,兩個液層之間傳質傳熱,從而發生上下劇烈對流混合,短時間內急劇產生大量蒸汽,造成罐內壓力急劇增加,罐體受損);最后要注意系統的冷溫控制、BOG處理以及低溫泄露(針對金屬罐體出現的熱脹冷縮,在超低溫的環境下,罐體的一些金屬部件由于出現冷縮問題。
 
  3、快相變性
 
  液化天然氣由于其低溫特性,在與周圍介質如水接觸時,難免會出現快速的相態轉變。當兩種溫度相差十分懸殊的液體接觸時(通常情況下高溫的液體是低溫液體沸點溫度的111倍以上),低溫液體表面層溫度急速上升,高溫液體在極短的時間內產生大量蒸汽,就像水落在燒紅的鐵塊上的狀況。當液化天然氣發生泄漏與水發生接觸時,就會出現這種現象。
 
  二、液化天然氣儲運中安全性的問題
 
  上文中對液化天然氣的基本特性以及液化天然氣儲運實際過程展開了分析和說明,我們在此基礎上總結出幾個關于液化天然氣安全的問題。
 
  1、 液化天然氣氣化超壓爆炸
 
  這樣一種狀況的發生與液化天然氣處于沸騰狀態有著極大的關系,一般來說,液化天然氣儲槽當中LNG是處于沸騰狀態的,因此當外界有熱量傳入的時候就將直接導致液化天然氣氣化并使壓力超高最終導致泄漏、火災和爆炸,后果非常嚴重,因此從消防安全的角度上來看我們就必須要采取一定的措施:一是輕化天然氣從槽底進料而重化天然氣從槽頂進料;二是在槽內安裝自動密度儀;三是采用泵來將液體從底部抽送至頂部;四是控制好液化天然氣的含氮量。
 
  2、液化天然氣低溫凍傷
 
  液化天然氣是深冷液體,如果在操作的過程中使得皮膚直接與其接觸的話將產生程度極大的傷害,直接接觸時皮膚表面上的潮氣就會直接凝結并粘附在低溫物體的表面之上,此時強行將皮膚撕開的話就會將皮膚撕裂,這樣一種實際的狀況就要求相關工作人員在進行操作的過程中要特別的注意好自我?;?。
 
  三、液化天然氣的常見儲運方式
 
  由于天然氣的低溫特性,給其儲藏以及運輸帶來了極大的便利。液化天然氣的儲罐共分為四類:地上罐、半地下罐、地下罐和地下洞穴儲罐。液化天然氣的運輸主要有三種方式:車運、船運和管道運送。
 
  1、 液化天然氣儲罐
 
 ?。?)地上罐最常見的為雙層金屬罐,即外層為碳鋼外殼,內層為含鎳9%的鋼板,內外環形設計,充填氮氣的珍珠巖絕熱層。
 
 ?。?)半地下罐指介于地上和地下之間的儲罐。這類儲罐不需要在周圍建護堤,同時兼具地上和地下儲罐的優點。部分半地下罐的內罐采用含鎳9%的鋼板,外罐混凝土的建造方式。
 
 ?。?)地下罐通常采用先進的內部深挖以及泥土提升系統。通常采用高強度的混凝土填筑,鋼頂為預制好的且內壁為不銹鋼板。
 
  2、液化天然氣的槽車運輸。
 
  槽車運輸意義重大,它是連接天然氣液化工廠生產與使用的樞紐。對于運量不大、距離較近的液化天然氣輸送,一般采用槽車運輸的方式。隨著我國鐵路網鋪設的逐漸健全,鐵路槽車運輸將更優于公路運輸。
 
  3、液化天然氣的船舶運輸。
 
  一直以來,在液化天然氣貿易中,游輪的遠洋運輸為液化天然氣的主要運輸方式。其具有運量大、安全系數高、可操控性強等一系列優點,尤其近半個世紀來,造船工藝的進步以及國際航線準確規劃,使得液化天然氣的遠洋運輸成本大幅下降,運輸能力大幅提高。
 
  四、液化天然氣儲運中的安全技術及管理措施
 
  液態天然氣的儲運過程中,安全性最重要。針對這一要求,建議從儲罐類型、材料以及布局的選擇,罐內蒸汽壓力的控制,儲罐內安全配件的設置等方面一一重點考慮安排,不斷改進完善,將液化天然氣儲運事故率降到最低。
 
  1、液化天然氣儲運設施材料選擇。
 
  液化天然氣裝置本身的可靠性是保證液化天然氣設施安全運行的重要前提。針對液化天然氣的-162℃的超低溫,必須保證其儲運材料的耐超低溫性能,且要保證在極低的溫度下,不能失去韌性,并能克服由常溫降至低溫時的脹縮問題,防止因材質選擇不當而引起液化天然氣泄露。因此,無論是運輸液化天然氣的槽車、槽船、還有儲存液化天然氣的儲罐都必須能滿足超低溫的基本條件。
 
  2、液態天然氣儲運設施設計
 
 ?。?)隔熱處理。低溫絕熱一般有高真空隔熱、普通堆積隔熱、真空多空隔熱、有間隔物的高真空多層隔熱和無間隔物高真空多層隔熱五類。目前低溫儲槽主要采用真空粉末隔熱,部分槽車中也有使用高真空多層隔熱的方式。
 
 ?。?)安全控制設施。雖然對儲罐的材料以及隔熱等方面做了眾多的可行性設計,但是液化天然氣每天仍然會有0.15%~0.3%的蒸發量,這就會升高儲槽內的壓力值,產生了安全隱患。因此,為了保證存儲的安全,可采用再液化裝置來將蒸發的天然氣再液化以保證儲罐內的壓力值趨于正常。
 
  總之,隨著天然氣產業的迅速發展和繁榮,長距離運輸管道,復雜環境條件下的管道建設,以及管道網絡等基礎設施的建設和初成規模。以及建立地下儲氣庫,增加氣站的數目,合理布局運輸系統等可有效的促進我國天然氣行業健康持續的發展。因此,堅持市場定價為主,政府調控價格為輔的價格機制才能保證天然氣行業具有較強的競爭力,促進我國在該行業的發展中不斷與時俱進。


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