LNG儲存中的安全問題

LNG儲存中的安全問題液化天然氣在儲存期間，無論隔熱效果如何好，總要產(chǎn)生一定數(shù)量的蒸發(fā)氣體。儲罐容納這些氣體的數(shù)量是有限的，當儲罐內(nèi)的工作壓力達到允許最大值時，蒸發(fā)的氣體繼續(xù)增加，會使儲罐內(nèi)的壓力上升。LNG儲罐的壓力控制對安全儲存有非常重要意義。涉及到LNG的安全充注數(shù)量，壓力控制與保護系統(tǒng)和儲存的穩(wěn)定性等諸多因素。液化天然氣儲存安全技術(shù)主要有以下幾方面：1）儲罐材料。材料的物理特性應(yīng)適應(yīng)在低溫條件下工作，如材料在低溫工作狀態(tài)下的抗拉和抗壓等機械強度、低溫沖擊韌性和熱膨脹系數(shù)等。2）LNG充注。儲罐的充注管路設(shè)計應(yīng)考慮在頂部和底部均能充灌，這樣能防止LNG產(chǎn)生分層，或消除已經(jīng)產(chǎn)生的分層現(xiàn)象。3）儲罐的地基。應(yīng)能經(jīng)受得起與LNG直接接觸的低溫，在意外情況下萬一LNG產(chǎn)生漏泄或溢出，LNG與地基直接接觸，地基應(yīng)不會損壞。4）儲罐的隔熱。隔熱材料必須是不可燃的，并有足夠的牢度，能承受消防水的沖擊力。當火蔓延到容器外殼時，隔熱層不應(yīng)出現(xiàn)熔化或沉降，隔熱效果不應(yīng)迅速下降。5）安全保護系統(tǒng)。儲罐的安全防護系統(tǒng)必須可靠，能實現(xiàn)對儲罐液位、壓力的控制和報警，必要時應(yīng)該有多級保護。7.1LNG儲罐的充注條件對于任何需要充注LNG或其它可燃介質(zhì)的儲罐（或管路），如果儲罐（或管路）中是空氣，不能直接輸入LNG，需要對儲罐（或管路）進行惰化處理，避免形成天然氣與空氣的混合物。如儲罐（包括管路系統(tǒng)）在首次充注LNG之前和LNG儲罐在需要進行內(nèi)部檢修時，修理人員進去作業(yè)之前，也不能直接將空氣充入充滿天然氣氣氛的儲罐內(nèi)，而是在停止使用以后，先向儲罐內(nèi)充入惰化氣體，然后再充入空氣。操作人員方能進入儲罐內(nèi)進行檢修。惰化的目的是要用惰性氣體將儲罐內(nèi)和管路系統(tǒng)內(nèi)的空氣或天然氣轉(zhuǎn)換出來，然后才能充注可燃介質(zhì)。儲罐在首次充注LNG之前，必須經(jīng)過惰化處理，惰化處理是將惰性氣體置換儲罐內(nèi)的空氣，使罐內(nèi)的氣體中的含氧量達到安全的要求。用于惰化的惰性氣體，可以是氮氣、二氧化碳等。通?？梢杂靡簯B(tài)氮或液態(tài)二氧化碳汽化來產(chǎn)生惰性氣體。LNG船上則設(shè)置惰性氣體發(fā)生裝置。通常采用變壓吸附、氨氣裂解和燃油燃燒分離等方法制取惰性氣體。表8-9列出了常見的氮氣制取方法。表8-9常見的氮氣制取方法制取方法原料氮所的體積分數(shù)（%）空氣低溫分離空氣99.5以上膜分離空氣99.0變壓吸附分離空氣99.0氨氣裂解氨氣99.4燃油燃燒分離燃油99.7充注LNG之前，還有必要用LNG蒸氣將儲罐中的惰化氣體置換出來，這個過程稱為純化。具體方法是用氣化器將LNG氣化并加熱至常溫狀態(tài)，然后送入儲罐，將儲罐中的惰性氣體置換出來，使儲罐中不存在其它氣體。純化工作完成之后，方可進入冷卻降溫和LNG的加注過程。為了使惰化效果更好，惰化時需要考慮惰化氣體密度與儲罐內(nèi)空氣或可燃氣體的密度，以確定正確的送氣部位。天然氣各組分與空氣的相對密度見表8-10。表8-10天然氣各組分與空氣的相對密度介質(zhì)名稱相對分子質(zhì)量相對密度（以空氣為基準）著火溫度/℃燃燒范圍（%）甲烷160.556325～15乙烷301.044723～12.5丙烷441.524922.2～9.5丁烷582.014081.9～8.5有關(guān)LNG的管路等設(shè)備也同樣需要進行惰化處理，處理方法是一樣的。7.2LNG儲罐的最大充裝容量低溫液化氣體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。充灌低溫液體的數(shù)量與介質(zhì)特性，與設(shè)計的工作壓力有關(guān)，LNG儲罐的最大充注量對安全儲存有著非常密切的關(guān)系?？紤]到液體受熱后的體積將會膨脹，可能引起液位超高，而液位超高容易引起LNG溢出，因此，必須留有一定的空間。究竟留多大的膨脹空間，需要根據(jù)儲罐安全排放閥的設(shè)定壓力和充注時LNG的具體情況來確定。LNG充灌數(shù)量最主要通過儲罐內(nèi)的液位來控制。在LNG儲罐中設(shè)置了液位指示裝置，是觀測儲罐內(nèi)部液位的“眼睛”，對儲罐的安全至關(guān)重要。液化天然氣儲罐應(yīng)當裝備有二套獨立的液位測量裝置時，應(yīng)考慮密度變化對液位的影響。液位計的更換應(yīng)在不影響儲罐正常運行的情況下進行。以保證隨時可以對儲罐內(nèi)的液位進行檢測。除了液位測量裝置以外，儲罐還應(yīng)裝備高液位報警器，使操作售貨員有充足的時間停止充注，不致于使液位超過允許的最大淤高度。報警器應(yīng)安裝在操作人員能夠聽到的地方。NFPA—59A規(guī)定：對于容量比較小的儲罐（265m3以下），允許裝備一個液位測試閥門來代替液位報警器，通過人工手動的方法來控制，當液位達到淤測試閥門時，手動切斷進料。LNG儲罐的壓力控制LNG儲罐的內(nèi)部壓力是最重要的防護措施之一，必須控制在允許的壓力范圍之內(nèi)。罐內(nèi)壓力高或過低（出現(xiàn)負位），對儲罐都是潛在的危險。影響儲罐壓力的因素很多，諸如熱量進入引起液體的蒸發(fā)、充注期間液體的快速閃蒸、大氣壓下降或錯誤操作，都可能引起罐內(nèi)壓力上升。另外，如果以非?？斓乃俣葟膬尴蛲馀乓夯虺闅?，有可能使罐內(nèi)形成負壓。LNG儲罐內(nèi)壓力的形成主要是液態(tài)天然氣受熱引起蒸發(fā)所致，過多的蒸發(fā)氣體（BOG）會使儲罐內(nèi)的壓力上升。必須有可靠的壓力控制裝置和保護裝置來保障儲罐的安全。使罐內(nèi)的壓力在允許范圍之內(nèi)。在正常操作時，壓力控制裝置將儲罐內(nèi)過多的蒸發(fā)氣體輸送到儲蓄所管網(wǎng)、再液體系統(tǒng)或燃料供應(yīng)系統(tǒng)。但在蒸發(fā)氣體驟增或外部無法消耗這些蒸發(fā)氣體的意外情況下，壓力安全保護裝置應(yīng)能自動開啟，將蒸發(fā)氣體送到火炬燃燒或放空。因此，LNG儲罐的安全保護裝置必須具備足夠的排放能力。此外，有些儲罐還應(yīng)安裝有真空安全裝置。真空安全裝置能感受儲罐內(nèi)的壓力和當?shù)氐拇髿鈮?，能夠判斷罐?nèi)是否出現(xiàn)真空。如果出現(xiàn)真空，安全裝置應(yīng)能及時地向儲罐內(nèi)部補充LNG蒸氣。安全裝置（安全閥）不僅用于LNG儲罐的防護，在LNG系統(tǒng)中，LNG管路、LNG泵、氣化器等所有可能產(chǎn)生超壓的地方，都應(yīng)該安裝足夠的安全閥。安全閥的排放能力應(yīng)滿足設(shè)計條件下的排放要求。安全排放所需的排放按下式計算：Qv=49.5*A/r*式中，Qr為相對于空氣的流量（m3/h）（在15.5℃、101.35KPa條件下）；A為總熱流量（KW）;r為儲存液體的氣化潛熱（KJ/KG）；T為氣體在安全閥進口處的熱力學(xué)溫度（K）；Mr為氣體的相對分子質(zhì)量。為了維修或其它目的，在安全閥和儲罐之間安裝有截止閥，將LNG儲罐和壓力安全閥、真空安全閥等隔開。但截止閥必須處在全開位置，并有鎖定裝置和鉛封。只有在安全閥需要檢修時，截止閥才能關(guān)閉，而且必須由有資質(zhì)的專管人員操作。7．4間歇泉和水錘現(xiàn)象如果儲罐底部有很長的而且充滿LNG的豎直管路，由于管內(nèi)流體受熱，管內(nèi)的蒸發(fā)氣體可能會定期地產(chǎn)生LNG突然噴發(fā)。產(chǎn)生這種突然噴發(fā)的原因，是由于管路蒸發(fā)的氣體不能及時地上升到液面，溫度不斷升高，氣體的密度減小，當氣體產(chǎn)生浮力足以；克服LNG液柱高度產(chǎn)生的壓力時，氣體會突然噴發(fā)。氣體上升時，將管路中的液體也推到儲罐內(nèi)，由于這部分氣體溫度比較高，上升時與液體進行交換，液體大量的閃蒸。使儲罐內(nèi)的壓力的壓力迅速升高。如果豎直管路的底部又是比較長的水平管路，這種現(xiàn)象更為嚴重。在管內(nèi)液體被推到儲罐的過程中，管內(nèi)部分窨被排空，儲罐中的液體迅速補充到管內(nèi)，又重新開始氣泡的積聚，過一段時間以后，再次形成噴發(fā)。這