液化天然气运输中翻滚现象及预防.docx

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1、液化天然气运输中翻滚现象及预防引言目前，国际石油价格仍处于高位，各国将能源消费纷纷转向自然气, 不少国家准备大量进口自然气。因此，对自然气的海上运输工具-液化 自然气（LNG）船的需求量将显著增加，对液化自然气船舶管理的要求 也越来越高。自然气液态储存是将经过脱水、脱烧和脱酸等净化处理的 自然气，在常压下通过制冷降温至-162C左右进行液态储存。液态储存 自然气可以将自然气的体积缩小600多倍。1LNG在充注和储存过程 中，由于其中组分密度的不同，就有可能显现翻滚（rollover现象。发 生翻滚现象时，依据现有装备力量，应当可以将汽化气输出，而现实上， 由于这种汽化是在瞬间产生的，并且量极大

2、，很难将其按时排出，这样 就会造成储罐瞬间超压，对装备造成损害，影响其运用寿命。所以，预 防翻滚现象的发生，对保障船舶安全营运具有很大的意义。1翻滚现象及产生的原因1.1 翻滚现象分析及分类翻滚现象是指两层不同密度的LNG在储罐内快速上下翻动混合， 瞬间产生大量的汽化气的现象。在发生翻滚现象时，罐内LNG的汽化 量为平常自然蒸发量的1050倍，这样将会导致储罐内的气压快速上 升并超过设定的安全压力，使储罐显现超压现象。假如不按时通过安全释放阀排放，就有可能造成贮槽的机械损伤，对装备造成损坏，同时大 量排放蒸发气，不仅造成经济上的损失，对环境也造成污染。2一般LNG的组分为氮气、甲烷、乙烷、丙烷

3、、正丁烷、异丁烷、 正戊烷、异戊烷。因产地不同，其成分可能略有改变。翻滚从现象来看分成两类：LNG贮罐在长期贮存中，因其中较 轻的组分（主要是N2和CH4）优先蒸发，而自发形成翻滚现象。LNG 贮罐中原来留有液化自然气，在充装密度不同、温度不同的新LNG 一 段时同（几个小时甚至几十天）后，突然产生翻滚的现象。34翻滚是一种热不稳定性现象，这种热不稳定性是由密度改变引起 的，其产生的必要条件是分层界面受到扰动。界面扰动既包括“边界层 穿透”，也包括界面的“泯旋混合”。分层界面的破坏首先显现在流淌边 界层，由于此处的流淌最为活泼，但是由于边界层流淌只局限在分界面 附近，因此它对分层界面的直接破坏

4、仅仅发生在流淌边界层内。除边界 层穿透破坏之外，上层液体的射流作用也会破坏分层循环流淌，由于上 层液体的射流冲击作用既可以直接破坏分层界面，又可通过“涡漩混合” 不断扩大其破坏范围。也就是说,LNG的翻滚事实上是一种猛烈蒸发的过程。在储罐中， 密度小的液体会集聚在密度大的液体之上，抑制了下层液体的挥发。当 储罐内的LNG显现明显的分层现象时，由于上层LNG静压的抑制作 用，使得外界传人的热量无法通过下层的LNG液体的蒸发而散失，导 致下层LNG处于过饱和状态，下层液体就会温度上升，少量的N2就 会首先汽化，破坏两层液体的界面，使得LNG储罐内显现扰动，也就 是翻滚现象。假如储罐内上层的LNG密

5、度大于下层，下层LNG突然 上升，导致边界层破坏，液体挥发，产生猛烈扰动，储罐内的温度上升， 压力也急剧上升，使翻滚现象进一步加剧。1.2 翻滚现象产生的原因(1)储罐内LNG由于各组分密度不同，导致密度大的组分在下， 密度小的组分在上，密度差会形成分层，有时即使仅差lkg/m3也会分 层，而分层是引发翻滚的第一步。有关资料介绍，假如储罐内LNG有 两层，当其密度差为6.9kg/m3时，存放72h后就会产生翻滚现象。1(2)LNG进储罐的温度有微小改变,引起LNG的密度稍有改变， 温度高的LNG密度较小，温度低的LNG密度较大，密度小的液体上 浮，密度大的液体在下，产生分层的现象。一般的，当温

6、差为0.79K时， 存放72h后将产生翻滚现象。(3)由于不同阶段添加的LNG的组分不同，导致新日LNG的两 层液体密度不同，罐内液体存在密度差，产生分层现象，在存储和运输 过程中就会有扰动现象，猛烈的扰动就是翻滚现象。2翻滚现象的预防2.1 LNG分层的检测由于LNG分层是引发翻滚的前提，因此，在实际操作过程中如何 检测LNG分层非常重要。一般可以实行以下方法检测LNG分层情况：(1)沿LNG储罐高度设置测温点，间距可为2.8m左右，一般当 温差高达-14C左右时，就有可能显现翻滚现象。这时为防止翻滚事故， 就应当对储罐进行冷却。(2)监测新灌入的LNG与储罐内盈余LNG的密度差，也可以通

7、过两者的热值差来监测。假如差值较大，应考虑显现翻滚的可能性。一 般当密度差达5kg/m3时，就要引起留意，应当采纳进行循环的方法来 消退密度差。(3)监测LNG的蒸发速度。LNG分层会抑制LNG的蒸发速度， 使得显现翻滚前的蒸发速度比通常情况下的蒸发速度低。采纳压力表 监测罐内压力时，大气压的改变会影响对LNG蒸发速度时监测，可以 采纳肯定压力监测或记录大气压的改变。2.2 LNG分层和翻滚的预防依据翻滚产生的机理，可以实行以下方法防止LNG分层和翻滚:(1)分别贮存。这是防止分层的较好方法，即将密度不同的LNG 储存于不同的储罐中。但这需要多个储罐，使营运不仅经济，而且操作 便利。(2)充足

8、搅拌全部灌入储罐的LNG,消退密度差，防止LNG的 分层。一般采纳循环泵进行循环(即用LNG泵由储罐下部到上部打回 流)的方法来使储罐中的组分充足混合。(3)掌握灌入储罐LNG组成成分的密度改变范围，尽可能减小 组分的密度差。对于大型LNG储罐，充足搅和比拟困难。一旦发生LNG翻滚， 汽化后的大量自然气难以按时通过安全释放阀排放。为了防止发惹事 故，设置安全释放阀、放散火炬、回收压缩系统等，防止LNG蒸发、 翻滚造成储罐超压。一般同时采纳上述两个措施，并且尽量使一个储罐 仅用来储存同一产地的LNG,掌握其组分的改变范围，从而防止LNG 的翻滚现象。一般灌入储罐的LNG的密度差尽量掌握在15kg

9、/m3以 内。(4)选择正确的充注方法。依据需要装载的LNG与货舱内原有 的LNG密度有差异，正确选择充注方法，可有效地防止分层。充注方 法的选择一般应遵循以下原则密度相近时，一般底部充注。将密度 小的LNG充注到密度大的LNG货舱中时,应当采纳底部充注的方法。 将密度大的LNG充注到密度小的LNG货舱中时，应当采纳顶部充 注的方法。采纳多孔管充注。多孔管即在充液管上开有肯定数目的小 孔，运用多孔管充注可使充注的新LNG和原有的LNG充足混合，从 而壁面分层。依据经验，为了防止分层现象，在液化过程中，应留意分析进料自 然气组分，不要有较大的密度差（密度差应尽量小于15kg/m3）o否则 实行L

10、NG不进储罐，直接进入汽化器。汽化后再输到外界管网进行循 环的方式。进液过程中，选择将温度较低的LNG从罐顶部灌入。将温 度较高的LNG从罐底部灌入，使充液过程也成为不同密度的LNG混 合的过程，从而防止LNG分层，防止翻滚现象的产生。3结束语LNG罐船营运实践说明，LNG在货舱内因液体组分的密度不同, 造成LNG的猛烈混合蒸发，即“翻滚”的非稳性现象。发生翻滚时，伴 随LNG大量蒸发，舱内压力快速上升，对LNG船舶的安全产生很大 的威逼。假如在发生翻滚现象时将储罐的安全释放阀打开，就会造成大 量自然气放空，污染环境，影响LNG船营运的经济性。因此对翻滚现 象必需引起充足重视，实行主动有效的方法加以防范。