LNG储存中的安全问题.doc

LNG储存中的安全问题液化天然气在储存期间，无论隔热效果如何好，总要产生一定数量的蒸发气体。储罐容纳这些气体的数量是有限的，当储罐内的工作压力达到允许最大值时，蒸发的气体继续增加，会使储罐内的压力上升。LNG储罐的压力控制对安全储存有非常重要意义。涉及到LNG的安全充注数量，压力控制与保护系统和储存的稳定性等诸多因素。液化天然气储存安全技术主要有以下几方面：1）储罐材料。材料的物理特性应适应在低温条件下工作，如材料在低温工作状态下的抗拉和抗压等机械强度、低温冲击韧性和热膨胀系数等。2）LNG充注。储罐的充注管路设计应考虑在顶部和底部均能充灌，这样能防止LNG产生分层，或消除已经产生的分层现象。3）储罐的地基。应能经受得起与LNG直接接触的低温，在意外情况下万一LNG产生漏泄或溢出，LNG与地基直接接触，地基应不会损坏。4）储罐的隔热。隔热材料必须是不可燃的，并有足够的牢度，能承受消防水的冲击力。当火蔓延到容器外壳时，隔热层不应出现熔化或沉降，隔热效果不应迅速下降。5）安全保护系统。储罐的安全防护系统必须可靠，能实现对储罐液位、压力的控制和报警，必要时应该有多级保护。7.1 LNG储罐的充注条件对于任何需要充注LNG或其它可燃介质的储罐（或管路），如果储罐（或管路）中是空气，不能直接输入LNG，需要对储罐（或管路）进行惰化处理，避免形成天然气与空气的混合物。如储罐（包括管路系统）在首次充注LNG之前和LNG储罐在需要进行内部检修时，修理人员进去作业之前，也不能直接将空气充入充满天然气气氛的储罐内，而是在停止使用以后，先向储罐内充入惰化气体，然后再充入空气。操作人员方能进入储罐内进行检修。惰化的目的是要用惰性气体将储罐内和管路系统内的空气或天然气转换出来，然后才能充注可燃介质。储罐在首次充注LNG之前，必须经过惰化处理，惰化处理是将惰性气体置换储罐内的空气，使罐内的气体中的含氧量达到安全的要求。用于惰化的惰性气体，可以是氮气、二氧化碳等。通常可以用液态氮或液态二氧化碳汽化来产生惰性气体。LNG船上则设置惰性气体发生装置。通常采用变压吸附、氨气裂解和燃油燃烧分离等方法制取惰性气体。表8-9列出了常见的氮气制取方法。表8-9 常见的氮气制取方法制取方法原料氮所的体积分数（%）空气低温分离空气99.5以上膜分离空气99.0变压吸附分离空气99.0氨气裂解氨气99.4燃油燃烧分离燃油99.7充注LNG之前，还有必要用LNG蒸气将储罐中的惰化气体置换出来，这个过程称为纯化。具体方法是用气化器将LNG气化并加热至常温状态，然后送入储罐，将储罐中的惰性气体置换出来，使储罐中不存在其它气体。纯化工作完成之后，方可进入冷却降温和LNG的加注过程。为了使惰化效果更好，惰化时需要考虑惰化气体密度与储罐内空气或可燃气体的密度，以确定正确的送气部位。天然气各组分与空气的相对密度见表8-10。表8-10 天然气各组分与空气的相对密度介质名称相对分子质量相对密度（以空气为基准）着火温度/燃烧范围（%）甲烷160.55632515乙烷301.04472312.5丙烷441.524922.29.5丁烷582.014081.98.5有关LNG的管路等设备也同样需要进行惰化处理，处理方法是一样的。7.2 LNG储罐的最大充装容量低温液化气体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。充灌低温液体的数量与介质特性，与设计的工作压力有关，LNG储罐的最大充注量对安全储存有着非常密切的关系。考虑到液体受热后的体积将会膨胀，可能引起液位超高，而液位超高容易引起LNG溢出，因此，必须留有一定的空间。究竟留多大的膨胀空间，需要根据储罐安全排放阀的设定压力和充注时LNG的具体情况来确定。LNG充灌数量最主要通过储罐内的液位来控制。在LNG储罐中设置了液位指示装置，是观测储罐内部液位的“眼睛”，对储罐的安全至关重要。液化天然气储罐应当装备有二套独立的液位测量装置时，应考虑密度变化对液位的影响。液位计的更换应在不影响储罐正常运行的情况下进行。以保证随时可以对储罐内的液位进行检测。除了液位测量装置以外，储罐还应装备高液位报警器，使操作售货员有充足的时间停止充注，不致于使液位超过允许的最大淤高度。报警器应安装在操作人员能够听到的地方。NFPA59A规定：对于容量比较小的储罐（265m3以下），允许装备一个液位测试阀门来代替液位报警器，通过人工手动的方法来控制，当液位达到淤测试阀门时，手动切断进料。7.3 LNG储罐的压力控制LNG储罐的内部压力是最重要的防护措施之一，必须控制在允许的压力范围之内。罐内压力高或过低（出现负位），对储罐都是潜在的危险。影响储罐压力的因素很多，诸如热量进入引起液体的蒸发、充注期间液体的快速闪蒸、大气压下降或错误操作，都可能引起罐内压力上升。另外，如果以非常快的速度从储罐向外排液或抽气，有可能使罐内形成负压。LNG储罐内压力的形成主要是液态天然气受热引起蒸发所致，过多的蒸发气体（BOG）会使储罐内的压力上升。必须有可靠的压力控制装置和保护装置来保障储罐的安全。使罐内的压力在允许范围之内。在正常操作时，压力控制装置将储罐内过多的蒸发气体输送到储蓄所管网、再液体系统或燃料供应系统。但在蒸发气体骤增或外部无法消耗这些蒸发气体的意外情况下，压力安全保护装置应能自动开启，将蒸发气体送到火炬燃烧或放空。因此，LNG储罐的安全保护装置必须具备足够的排放能力。此外，有些储罐还应安装有真空安全装置。真空安全装置能感受储罐内的压力和当地的大气压，能够判断罐内是否出现真空。如果出现真空，安全装置应能及时地向储罐内部补充LNG蒸气。安全装置（安全阀）不仅用于LNG储罐的防护，在LNG系统中，LNG管路、LNG泵、气化器等所有可能产生超压的地方，都应该安装足够的安全阀。安全阀的排放能力应满足设计条件下的排放要求。安全排放所需的排放按下式计算： Qv=49.5*A/r*式中，Qr为相对于空气的流量（m3/h）（在15. 5、101.35KPa条件下）； A为总热流量（KW）;r为储存液体的气化潜热（KJ/KG）；T为气体在安全阀进口处的热力学温度（K）；Mr为气体的相对分子质量。为了维修或其它目的，在安全阀和储罐之间安装有截止阀，将LNG储罐和压力安全阀、真空安全阀等隔开。但截止阀必须处在全开位置，并有锁定装置和铅封。只有在安全阀需要检修时，截止阀才能关闭，而且必须由有资质的专管人员操作。74 间歇泉和水锤现象如果储罐底部有很长的而且充满LNG的竖直管路，由于管内流体受热，管内的蒸发气体可能会定期地产生LNG突然喷发。产生这种突然喷发的原因，是由于管路蒸发的气体不能及时地上升到液面，温度不断升高，气体的密度减小，当气体产生浮力足以；克服LNG液柱高度产生的压力时，气体会突然喷发。气体上升时，将管路中的液体也推到储罐内，由于这部分气体温度比较高，上升时与液体进行交换，液体大量的闪蒸。使储罐内的压力的压力迅速升高。如果竖直管路的底部又是比较长的水平管路，这种现象更为严重。在管内液体被推到储罐的过程中，管内部分窨被排空，储罐中的液体迅速补充到管内，又重新开始气泡的积聚，过一段时间以后，再次形成喷发。这种间歇式的喷发，称这为间歇泉现象。储罐内的压力骤然上升，有可能导致安全阀的开启。因此，储罐底部竖直管路比较长时，有可能出现间歇泉。上面提及的系统被周期性的减压和增压，则该处形成液体不断地排空和充注。管路中产生的甲烷蒸气被重新注入的液体冷凝。形成水锤现象，产生很大的瞬间高压。这种高压有可能造成管路中的垫圈和阀门损坏。