液化天然氣儲運(yùn)中的翻滾現(xiàn)象分析及處理

陳崗

摘要：液化天然氣具有使用便利、清潔、經(jīng)濟(jì)等多方面優(yōu)勢，在能源消費(fèi)中占比不斷提升，也形成了較為完整的液化天然氣生產(chǎn)供應(yīng)鏈。文章主要對液化天然氣儲運(yùn)環(huán)節(jié)中的翻滾現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出幾點(diǎn)具體的處理方法，以期提高液化天然氣儲運(yùn)管理的安全性。

關(guān)鍵詞：液化天然氣;儲運(yùn)管理;翻滾現(xiàn)象;處理方法

在全球能源危機(jī)的壓力下，各國家積極尋找能夠代替是由和煤炭資源的新能源。天然氣儲量豐富，而且屬于清潔能源，目前已經(jīng)成為能源市場的主流產(chǎn)品。為方便存儲和運(yùn)輸，天然氣通常以液化天然氣形式存在，體積可縮小600倍左右。但在液化天然氣儲運(yùn)管理中，也需要控制好各方面影響因素，避免發(fā)生安全事故。

1 液化天然氣儲運(yùn)中的翻滾現(xiàn)象及原因分析

1.1 翻滾現(xiàn)象

液化天然氣在零下160到155攝氏度的條件下進(jìn)行存儲和運(yùn)輸。由于儲罐內(nèi)的液化天然氣會受到外部熱源侵襲，產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。再加上儲罐內(nèi)熱對流不同、液化天然氣各組分的汽化速率也不同，會導(dǎo)致其組成及溫度不斷變化，進(jìn)而出現(xiàn)老化分層的現(xiàn)象。如果向盛有液化天然氣的儲罐中加入新品，也會因新老液化天然氣的溫度、密度不同，產(chǎn)生充注分層現(xiàn)象。在不同層次液化天然氣的質(zhì)量和熱量交換過程中，因儲罐壁漏熱，兩層液體密度接近時，會因快速混合出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象。此時下層液化天然氣的密度大、溫度高，而且液體處于過熱狀態(tài)，在翻滾到上層的過程中，由于壓力變化，會使大量液體短時間內(nèi)發(fā)生汽化，導(dǎo)致儲罐內(nèi)的壓力急劇升高。此時容易因壓力安全閥的頻繁開閉，造成較大的液化天然氣損失。如果泄露的天然氣與周圍空氣混合成可爆炸云團(tuán)，還會引發(fā)沸騰液蒸汽膨脹爆炸現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的安全事故。

1.2 原因分析

為了深入分析液化天然氣儲運(yùn)過程中的翻滾現(xiàn)象及產(chǎn)生原因，國外學(xué)者嘗試采用建模方法，模擬分析液化天然氣翻滾過程。早期的模型有分層界面靜止不動模型，根據(jù)組分?jǐn)?shù)、分層間傳熱和傳質(zhì)方式等，研究其詳細(xì)變化過程。后來該模型被證實(shí)與實(shí)際情況的出入較大，由該模型推算出的翻滾出現(xiàn)時間遠(yuǎn)比實(shí)際出現(xiàn)時間晚，不具有事故防范方面的分析價值。后來又有學(xué)者在該模型的基礎(chǔ)上，將液化天然氣分解為甲烷、乙烷等五種組分的混合液，采用特定算法推導(dǎo)其分層演化過程，但由于保留了分層界面靜止不動的假設(shè)，導(dǎo)致算法仍然存在缺陷。后經(jīng)證實(shí)，液化天然氣同時具有初期的分層界面靜止特性以及后期的分層界面運(yùn)動下降現(xiàn)象。相比之下，分層界面的下降運(yùn)動對其翻滾現(xiàn)象影響更大。可以基于這些已有研究成果，制定液態(tài)天然氣儲運(yùn)管理中的翻滾現(xiàn)象應(yīng)對措施。

2 液化天然氣儲運(yùn)中的翻滾現(xiàn)象處理

2.1 規(guī)范進(jìn)出料操作

基于已有研究成果，防止液化天然氣儲運(yùn)中出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象的關(guān)鍵是防止其在儲罐內(nèi)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。介于翻滾現(xiàn)象可能引發(fā)的嚴(yán)重后果，在對翻滾現(xiàn)象處理時，只能采取預(yù)防措施，減小翻滾現(xiàn)象的發(fā)生幾率。為防止儲罐內(nèi)出現(xiàn)液化天然氣分層現(xiàn)象，因盡量使不同位置、處于不同高度的液化天然氣密度保持均勻。通常情況下，液化天然氣的上下密度差小于0.5kg/m3，溫度差小于0.2℃，即可保證不會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。要達(dá)到這一條件，首先應(yīng)對液化天然氣的進(jìn)出料操作加以規(guī)范。在充注新液化天然氣時，容易因與剩余液化天然氣存在密度差而出現(xiàn)分層，因此在充注過程中應(yīng)使兩者盡可能充分混合。如果新充注液化天然氣密度相對較大，應(yīng)從儲罐頂部進(jìn)料，相反，如果新充注液化天然氣密度相對較小，則應(yīng)從儲罐底部進(jìn)料。如果兩者的密度較為相近，一般也采用底部進(jìn)料方式，利用液柱靜壓，減小汽化量。此外還可通過采用射流器、多孔分布管等等措施，人為促進(jìn)新舊液化天然氣的混合。

2.2 優(yōu)化儲罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)

優(yōu)化液化天然氣儲罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也是防止出現(xiàn)分層和翻滾現(xiàn)象的有效措施。具體可采用高性能隔熱保冷材料，避免液化天然氣受到環(huán)境熱量侵襲，從而降低其氣化速率。常用的隔熱保冷材料包括聚氨酯發(fā)泡料、玻璃纖維氈等。也可以將儲罐上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙壁夾套形式，通過采用雙層罐壁進(jìn)行保護(hù)，避免液化天然氣發(fā)生二次外泄露。目前使用的雙壁金屬罐和預(yù)應(yīng)力混凝土罐等，都具有較好的隔熱保冷效果。此外還可以在儲罐內(nèi)安裝循環(huán)裝置，比如攪拌器、潛液循環(huán)泵等，促進(jìn)液化天然氣的循環(huán)。但使用內(nèi)部循環(huán)裝置時，也容易產(chǎn)生熱量，要對其工作頻率進(jìn)行控制。

2.3 改進(jìn)儲運(yùn)管理方法

最后，應(yīng)對液化天然氣的儲運(yùn)管理方法進(jìn)行改進(jìn)。從以往翻滾事故的發(fā)生情況來看，液化天然氣的老化現(xiàn)象會引起密度變化，這主要是由于液化天然氣產(chǎn)地、存儲時間、密度不同等導(dǎo)致的。因此，對于不同類型或不同存儲時間的液化天然氣，必須采取分開存儲方式，最大限度的降低出現(xiàn)密度分層的幾率，從而保證液化天然氣儲運(yùn)過程的安全性。

綜上所述，液化天然氣在儲運(yùn)過程中出現(xiàn)的翻滾現(xiàn)象會引發(fā)嚴(yán)重后果，其主要原因是液化天然氣密度不均、產(chǎn)生分層現(xiàn)象導(dǎo)致的。通過針對翻滾現(xiàn)象的形成原因，采取有效的儲運(yùn)管理方法，可以降低翻滾現(xiàn)象的產(chǎn)生幾率，提高液化天然氣儲運(yùn)安全性。

參考文獻(xiàn)：

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