液化天然气的储存与安全

黄俊龙（长江大学 石油工程学院,湖北 武汉 430100）

液化天然气的储存与安全

黄俊龙（长江大学 石油工程学院,湖北 武汉 430100）

液化天然气技术使得天然气以液态形式存在，从而极大方便了天然气的储运与运输，有力地推动了天然气应用的发展。LNG应用技术还广泛应用于供气调峰、交通运输、冷能利用等方便，本文主要介绍了关于LNG的储存特性和储存中遇到的问题，以及相应提出了解决方案。

液化天然气；储存；安全

随着我国经济的飞速发展，对清洁能源的需求日益提高，液化天然气在新形势下得到了很好的利用，LNG工业从起步到发展，各个环节都有显著进步。LNG的储存是产业链中至关重要的一环，对于储存多采用LNG储罐，它不仅仅是链接上游生产和下游用户的设备，而且对于液化厂和接收站而言是一种投资。储罐大型化的走势在天然气利用的增长和储罐建造技术的成熟前提下已然是势不可挡，与此同时也伴随着或多或少的问题出现，我们必须关注问题的来源，采取相应的措施，避免事故的发生以及带来的损失。

1　储罐的形式和选型

1.1储罐的形式

低温常压LNG储罐按照储罐的设置形式以及结构可以分成：地下储罐和地上储罐。对于地下罐而言主要有池内式和埋置式两种；地上罐的类型比较多，有球形罐、单容罐、双容罐和膜式罐，单容罐和双容罐为双层罐（分别有内外罐组成，中间填充保冷材料）。

1.2储罐比较

对于LNG储罐要求投资低、寿命长、安全可靠、技术先进，结构须高度完整，且便于制造，方便经济，操作简单。

地下罐的建设投资高昂，交付周期长，一般不选用。地下罐中双容罐和全容罐，投资和交付周期相近，但安全水平低，单容罐投资少，结余费用可用于增加其他设备和安全装置。全容罐和膜式罐投资都很高，但是安全性有保障，膜式罐优势很明显，但是制造加工难度大。单容罐、双容罐与全容罐相对来说，罐体自身的投资低，交付周期短，但是，双、单容罐的设计压力和操作压力均较低，需处理的BOG量就相应较多，BOG压缩机及冷凝器的处理能力要求就变高，卸料时还需增加返回气风机。因此LNG储罐与相应配套设备投资和操作费用角度出发，单容、双容罐却高于全容罐。

2　LNG储存特性

（1）分层

由于LNG是多组分混合物，因温度和组分，液体密度的差异使储罐内LNG发生分层。研究发现，储罐内的瑞利数Ra大于2000，液体自然对流抑制了分层现象。实际运行中，导致液体分层的原因有两种：一个是LNG的氮含量过高，一个是冲入LNG与原罐内液体密度差过大。

（2）老化

在储存过程中，LNG各组分的蒸发量有差异，便会导致LNG的密度和组分变化，这个过程便叫做老化，该过程受液体初始氮含量影响甚大。因为氮组分是挥发性最强的成分，它先于其他成分先行挥发。多数情况下氮含量较低，老化LNG密度将随时间减小。因为层间的密度差时产生分层和翻滚的关键，需了解液体组分和温度对LNG密度的影响。

（3）翻滚

LNG属于低温液体，不可避免的可从环境中吸热，已分层的液化天然气，上层液体的温度将会升高，随蒸发进行，密度增大。而下层的液体密度会逐渐减小，当二者密度十分接近时，分界面消失，液层迅速混合并伴有大量液体蒸发，这就是翻滚。

（4）间歇泉和水锤现象

罐底有较长的且充满LNG的竖直管路，由于LNG受热，管内蒸发气会不定时发生喷发现象。这是由于蒸发出的气体不能及时上升到液面，温度升高使得气体密度减小，当浮力足以克服高度产生的压力时，气体会发生喷射，每过一段时间就会重复，形成间歇泉现象。当该处液体不断排空和充注，使得甲烷蒸气被重新冷凝，形成水锤现象。

3　LNG安全储存技术

（1）储罐材料

所用钢材必须具有良好的低温韧性、抗裂纹能力；并且具有较高的强度，以适应建造大容量罐的需要；同时具有良好的焊接性能。目前多采用9%镍钢、铝合金、珠光体不锈钢。

（2）LNG储罐的充注

储罐的充注管路应设计成为罐底和罐顶均可充注，防止LNG分层。首次充注前，储罐须经过惰化处理（用惰性气体置换空气，以达到气体的氧含量安全要求），避免形成天然气和空气混合物。充注LNG之前，还需用LNG蒸气将惰性气体置换出来，这个过程叫做纯化。

（3）最大充装量

LNG储罐必须留有一定的空间，作为介质受热膨胀之用，不得将储罐充满。液体数量与介质特性，设备工作压力紧密相关，因为气体受热膨胀引起液位超高，可能导致溢出。空间大小需根据安全阀的设定压力和冲注时的LNG情况来确定，储罐需安装液位测量和高液位报警器。

（4）储罐压力控制

LNG储罐的内部压力控制是最重要的防护措施之一，必须控制在允许压力范围之内。罐内压力过高或过低都有潜在的危机，影响因素有充注时液体的快速闪蒸、大气压下降、热量进入引起液体的蒸发或者误操作，因此必须有可靠的压力控制装置和保护装置，且需要具备足够的排放能力，同时安装真空安全装置，感受罐压和当地大气压，判断罐内是否出现真空，即需充注LNG。

（5）储罐安全防护

除压力控制系统以外，LNG储罐还需配备密度检测设备来监控潜在的翻滚和层化的问题，以便及早采取措施，同时在内壁和罐底设温度仪表来监测温度情况。所有的进出口管线均需在罐顶，附属仪表需设置足够多的停机和报警装置。

4　结语

LNG工业作为新兴工业，我国虽然起步较晚，但是发展迅速。为了适应LNG工业的发展形势，需要有更多的熟悉了解液化天然技术的经营管理、运行方面的知识。足够重视LNG的储存环节所出现的问题方能保障LNG技术的蓬勃发展和储运过程中的安全，同时我国应该多借鉴外国的优秀经验来提高自身水平，加大对LNG液化存储技术的研究和开发。

［1］顾安忠，等.液化天然气技术［M］.北京：机械工业出版

社，2003.

［2］黄帆.我国液化天然气现状及发展前景分析［J］.天然气技术，2007（1）.

［3］先智伟，谢箴.世界LNG装置现状及发展［J］.天然气与石油，2005（6）.