液化天然氣儲(chǔ)罐蒸發(fā)率的試驗(yàn)和計(jì)算

液化天然氣儲(chǔ)罐蒸發(fā)率的試驗(yàn)和計(jì)算接收站工藝四班高學(xué)謙摘要:介紹了LNG儲(chǔ)罐的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù)一一儲(chǔ)罐蒸發(fā)率的定義及標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)實(shí)際的操作情況，通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算2種方法對(duì)儲(chǔ)罐蒸發(fā)率進(jìn)行了測(cè)試和研究。關(guān)鍵詞：液化天然氣儲(chǔ)罐；蒸發(fā)率；靜態(tài)蒸發(fā)率；試驗(yàn)；計(jì)算液化天然氣簡(jiǎn)稱LNG(LiquefiedNaturalGas)，是天然氣的液態(tài)形式。它充分利用了天然氣在常壓和-162°C下液化后，體積可縮小到氣態(tài)時(shí)的1/600這一性質(zhì)，為天然氣的高效輸送提供了新的途徑，也擴(kuò)大了天然氣的利用領(lǐng)域。在液化天然氣(LNG)工業(yè)鏈中，其儲(chǔ)存是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，液化后的天然氣都要儲(chǔ)存在站內(nèi)儲(chǔ)罐或儲(chǔ)槽中。在衛(wèi)星型液化站和LNG接收站，都有一定數(shù)量和不同規(guī)模的儲(chǔ)罐或儲(chǔ)槽。LNG槽船、槽車、罐式集裝箱是主要的運(yùn)輸工具。天然氣是易燃易爆的燃料，而LNG的儲(chǔ)存溫度很低，因此對(duì)其儲(chǔ)存設(shè)備的安全、高效有嚴(yán)格要求。隨著LNG技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)許多相關(guān)設(shè)備制造廠和科研單位在LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和制造中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。但是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有給出LNG儲(chǔ)罐蒸發(fā)率的上限，文中介紹了對(duì)其試驗(yàn)和計(jì)算進(jìn)行分析的結(jié)果。1、LNG儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率LNG儲(chǔ)罐的主要性能指標(biāo)有靜態(tài)蒸發(fā)率、封結(jié)真空度、真空夾層漏率、真空夾層放氣速率及真空夾層漏放氣速率等。儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率能較為直觀的反映儲(chǔ)罐在使用時(shí)的保冷性能。其定義為低溫絕熱壓力容器在裝有大于有效體積1/2低溫液體時(shí)，靜置達(dá)到熱平衡后，24h內(nèi)自然蒸發(fā)損失的低溫液體質(zhì)量和容器有效體積下低溫液體質(zhì)量的百分比，換算為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下(20C，101325Pa)的蒸發(fā)率值。LNG儲(chǔ)罐因用途、規(guī)模及地形等原因，選擇的結(jié)構(gòu)形式、絕熱方式各不相同，對(duì)儲(chǔ)罐蒸發(fā)率的要求也有不同。以中小城市LNG城市衛(wèi)星站大多采用的50m3及100m3帶壓LNG儲(chǔ)罐為例，文獻(xiàn)［1］和［2］對(duì)其靜態(tài)蒸發(fā)率的要求見(jiàn)表1。表1：液化天然氣儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率指標(biāo)絕麹介質(zhì)陳積/m3固定罐移動(dòng)罐（罐式集裝箱）500.150.15（液M0.24）曷其空多層絕熱1000.095真空粉末500.350.24（液說(shuō)！0.3S）1000.25注:固定建蒸發(fā)率標(biāo)準(zhǔn)取植氮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)罐蒸發(fā)率的性能指標(biāo)可以通過(guò)測(cè)試（試驗(yàn)法）得到，也可在實(shí)際運(yùn)行中根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算（工況計(jì)算法）求得。2、試驗(yàn)研究城市LNG氣化站儲(chǔ)罐蒸發(fā)率的試驗(yàn)通常在液氮預(yù)冷后、LNG進(jìn)液前進(jìn)行。這樣可充分利用預(yù)冷與保冷階段的液氮，節(jié)省投資。另外，在LNG進(jìn)液前對(duì)儲(chǔ)罐的保冷性能有充分地了解，可以減少運(yùn)營(yíng)后因儲(chǔ)罐問(wèn)題帶來(lái)的負(fù)面影響，保證氣化站正常的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。文中以江蘇省姜堰市天然氣有限公司LNG氣化站內(nèi)1#儲(chǔ)罐的靜態(tài)蒸發(fā)率試驗(yàn)為例作一介紹。2.1試驗(yàn)方法按照文獻(xiàn)［3］，LNG儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)量的試驗(yàn)方法主要規(guī)定如下：（1）試驗(yàn)儀器所用計(jì)量器具必須經(jīng)過(guò)計(jì)量部門檢定合格，并在有效期內(nèi)；濕式氣體流量計(jì)或質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量不確定度＜2%；溫度計(jì)的測(cè)量誤差＜0.1r；氣壓計(jì)的測(cè)量誤差＜150Pa（2）測(cè)量程序①幾何體積的測(cè)定按GB/T18443.1進(jìn)行，有效體積根據(jù)幾何體積計(jì)算;②低溫液體充裝量應(yīng)為50%以上，靜置時(shí)間不少于48h；③打開(kāi)與流量計(jì)相連的氣體蒸發(fā)出口管道閥門，同時(shí)關(guān)閉各氣、液管道上其他閥門，當(dāng)內(nèi)容器表壓力為零時(shí)，連接流量計(jì)；④觀察蒸發(fā)氣體流量穩(wěn)定后，每個(gè)一定時(shí)間記錄一次流量計(jì)示值，按時(shí)記錄環(huán)境溫度、大氣壓力、流量計(jì)入口溫度；⑤穩(wěn)定連續(xù)測(cè)量不少于24h。2.2實(shí)例測(cè)試測(cè)試實(shí)例：姜堰天然氣公司LNG氣化站1#儲(chǔ)罐，體積為50m3，結(jié)構(gòu)型式為立式圓筒形帶壓罐，絕熱形式為真空粉末。測(cè)試前的準(zhǔn)備測(cè)試前已向LNG儲(chǔ)罐內(nèi)充裝液氮約22t(27m3)，符合標(biāo)準(zhǔn)充裝量大于50%的規(guī)定。充裝完畢后，將該儲(chǔ)罐氣相管路上的閥門完全打開(kāi)，儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力基本降至零壓(約600Pa)。液氮的靜置時(shí)間為106h，超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所要求的48h。測(cè)試儀器及裝置測(cè)試采用的儀器有：濕式流量計(jì)型號(hào)SB，精度2%；玻璃棒溫度計(jì)型號(hào)WBG，精度士0.2°C；秒表精度1S；大氣壓表型號(hào)DYM-3。與濕式氣體流量相連的氣體蒸發(fā)出口管道可有多種途徑選擇，測(cè)試中，應(yīng)盡量選擇口徑較大的氣相管路，防止儲(chǔ)罐因蒸發(fā)氣體放散不暢造成的憋壓現(xiàn)象而影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在姜堰儲(chǔ)罐蒸發(fā)率的試驗(yàn)中，選擇罐氣相出口安全閥(爆破片拆除)作為氣體蒸發(fā)出口管道與流量計(jì)相連。測(cè)試數(shù)據(jù)處理根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，如果采用濕式流重計(jì)測(cè)量，靜態(tài)蒸發(fā)率鳳由下式計(jì)算：式中：K為蒸發(fā)的氣陣體積流量日平均值，皿尋獨(dú)仃為氣體■修正系數(shù)，所用流重計(jì)的技術(shù)說(shuō)明書(shū)給定值；再為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)T(0.101325MPa,[PC)液化氣體■的氣液體積比，液氮為643；F為被測(cè)容器的有效體積，F(xiàn)為被測(cè)氣體的絕對(duì)壓力，MPa；7為流重計(jì)入口溫度；再為環(huán)境溫度；務(wù)為低溫液體溫度；烏為溫度修正值，液氮為216K.通過(guò)再h的連續(xù)測(cè)試數(shù)據(jù)得出，在測(cè)試過(guò)程中，液氮每小時(shí)的靜態(tài)蒸發(fā)率基本保持在0.16%-O.lS^o24h的平均靜態(tài)蒸發(fā)率為0.17%,見(jiàn)圖1。依據(jù)文獻(xiàn)[1],5口面真空粉末低溫絕熱壓力容器內(nèi)液氮的靜態(tài)蒸發(fā)率上限值為每天0.35%o由此得出，姜堰l^LNG儲(chǔ)罐的絕熟指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。0.20.180.160.140.120.10.0.20.180.160.140.120.10.080.060.040.0210:0014:0013:0022:002:006:00t/h3、蒸發(fā)率實(shí)例計(jì)算在城市LNG氣化站建設(shè)投產(chǎn)初期，用戶還未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，當(dāng)用量足夠低以致完全可以用儲(chǔ)罐自蒸發(fā)的氣體供應(yīng)時(shí)，儲(chǔ)罐出液閥門關(guān)閉，汽化器不開(kāi)啟。此時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)液位的降低（液態(tài)體積的減少）完全來(lái)自罐內(nèi)液體的蒸發(fā)，據(jù)此，可根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)液位（體積）的變化計(jì)算儲(chǔ)罐的蒸發(fā)率。據(jù)此，筆者對(duì)通達(dá)九江天然氣公司氣化站內(nèi)2個(gè)LNG儲(chǔ)罐的蒸發(fā)率進(jìn)行了計(jì)算。九江天然氣公司氣化站LNG儲(chǔ)罐其結(jié)構(gòu)和絕熱形式與上文中姜堰LNG1#罐相同，體積為98m3。根據(jù)該氣化站內(nèi)投產(chǎn)3個(gè)月來(lái)儲(chǔ)罐內(nèi)液位的數(shù)據(jù)記錄，可以很方便的計(jì)算出儲(chǔ)罐在3個(gè)月內(nèi)運(yùn)行的平均蒸發(fā)率。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算，1#罐平均每天蒸發(fā)的液體量為0.265m3,2#罐平均每天蒸發(fā)的液體量為0.289m3，根據(jù)儲(chǔ)罐蒸發(fā)率的定義得：根據(jù)以上計(jì)算，站內(nèi)2個(gè)儲(chǔ)罐每天平均放散LNG液體體積為0.554m3,在0.5MPa下，LNG的密度為394kg/m3，而LNG氣化后標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為0.6959kg/m3。由此，可以得出，每天放散的氣態(tài)天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為313.66m3，可滿足約600戶居民的用氣。采用工況計(jì)算的方法能夠非常方便快速地計(jì)算出儲(chǔ)罐在運(yùn)行時(shí)的保冷性能，并能直接應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，可為運(yùn)營(yíng)者合理進(jìn)行用戶的拓展、氣源的調(diào)度以及站內(nèi)的運(yùn)營(yíng)提供有力的數(shù)據(jù)支持。但此方法仍受一定的限制，只有當(dāng)汽化器不開(kāi)啟時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)液位的降低完全來(lái)自液體的自身蒸發(fā)，才能根據(jù)儲(chǔ)罐液位的降低計(jì)算液體的蒸發(fā)量。因此，只適用于氣化站投產(chǎn)的初期。4、兩種方法的區(qū)別與聯(lián)系2種方法都是對(duì)儲(chǔ)罐的絕熱性能一一蒸發(fā)率指標(biāo)進(jìn)行判定，但方法不同，得出的結(jié)果有所區(qū)別：試驗(yàn)法是嚴(yán)格遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，對(duì)試驗(yàn)工況進(jìn)行了修正，測(cè)試的是儲(chǔ)罐的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)率；而計(jì)算法是在運(yùn)行工況下進(jìn)行的計(jì)算，得到的是平均運(yùn)行工況下的儲(chǔ)罐實(shí)際蒸發(fā)率。試驗(yàn)法通常采用液氮作為介質(zhì)，而計(jì)算法中針對(duì)的是LNG介質(zhì)。介質(zhì)不同，蒸發(fā)率也不同。試驗(yàn)法適用于預(yù)冷保冷階段，計(jì)算法適合于投產(chǎn)的初期，且對(duì)日用氣量有要求。試驗(yàn)法需一定的費(fèi)用(液氮、測(cè)試單位、儀表等)和時(shí)間，操作較為繁瑣。計(jì)算法只需取站內(nèi)日常記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，操作簡(jiǎn)單方便，試驗(yàn)法與實(shí)際情況有一定的差距，而工況計(jì)算法更為接近實(shí)際情況，對(duì)日常工作的