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液化天然气(LNG)的制备与储存运输

刘世民

鄂尔多斯市星星能源有限公司,内蒙古自治区鄂尔多斯市,017300

摘要: 液化天然气最大的优势就是能够方便运输和储存,通常情况下,天然气企业都会将开采出来的天然气经过一系列的操作将其转变为液态形式,以此来提高运输效率以及存储效率,避免造成不必要的资源浪费和经济损失,在极大水平上提高了企业的社会效益和经济效益。在使用液化天然气时,首先要将液化天然气转化为常温气体,在此过程中会产生大量的冷能,如果对产生的冷能有效利用,将会大大节省能源的消耗,从而提高社会经济效益。
关键词: 液化天然气(LNG);制备与储存;运输
DOI:10.12721/ccn.2021.157217
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一、液化天然气特性
1.易燃特性
天然气经过降温液化形成的液体便是液化天然气,所以液化天然气继承了天然气的易燃特征。在-162℃时,液化天然气的燃烧体积百分比将会达到6%~13%,而燃烧速度大约为0.3/s。在开放条件下,液化天然气通常并不会在燃烧期间出现爆炸问题,在遭遇火源时,由液化天然气形成的火焰将会在氧气的作用下实现快速扩散,云团中的天然气会进入低速燃烧状态,而在云团内部所产生的压力则会小于5kPa,所以并不会产生非常严重的爆炸问题。但是在附近空间有限的情况下,则会导致云团内部的压力问题出现大幅上升,当液化天然气与空气之间的混合浓度达到极限时,便会出现爆炸,进而引发较为严重的事故问题。除此之外。液化天然气的自燃温度并不是一成不变的,而是会随着组分的变化而自动出现改变,其中重烃含量的上升将会导致着火温度点下降。
2.低温特性
液化天然气在储存过程中,低温常压储存较为常见,即在储存期间维持饱和蒸气压与常压温度之间的平衡,常压下的液化天然气其沸点大约处于-162℃,在对其进行储运时,必须始终将温度控制在合理范围内,另外还要注意设备、材料的性能情况,避免在低温作用下出现脆性断裂、冷收缩等問题的发生。在储运期间,成分不同的低温液体将会储存在同一储罐中,因为吸热与蒸发能力的不同,将会出现密度、大小各不相同的双层液体。两个液体层在储罐内将会自行实现传质传热,并在液层表面实现液体蒸发。当分层液体相互之间的密度逐渐接近平衡时,就会产生对流、混合的情况,此时便会在短时间内形成大量气体,储罐则会在内部压力的急速变化下,将会出现超压、损坏的问题。在低温作用下,金属部件将会产生收缩。储槽系统中的焊缝、阀门等部位,此时便有可能出现沸腾蒸发、泄漏液化天然气的问题。在储运期间,储存容器的长时间振动将会促使泄漏问题的发生概率变得更高。因此在储运期间如果出现泄漏,天然气就有可能在扩散中遇到其他火源,进而引发火灾、爆炸等事故。液化天然气作为一种深冷液体,当人体皮肤直接与其进行接触时,将会直接产生低温冻伤,如果保护措施存在不足,就会对人体健康带来非常大的伤害。除此之外,液化天然气虽然并不具备毒性,但是因为其氧含量非常低,所以人们在吸入液化天然气蒸汽时,必须及时脱离,否则就会很快失去知觉,进而导致死亡。

二、天然气液化工艺

1. 阶式制冷工艺

此工艺技术最为成熟可靠,系统各部分之间相对独立干扰小,制冷剂获取容易无需配比,系统稳定易于操作,耗能相对较少,但系统较复杂造价高、不易维护。

2.混合冷剂工艺

混合冷剂工艺最初是受阶式制冷启发,为降低耗能而衍生出来的新型制冷工艺,其基本原理也是利用制冷剂逐步液化天然气,与阶式不同的是此种工艺的制冷剂并非纯组分,而是依据原料天然气的特性配置的多组分混合制冷剂,并以轻组分后冷凝,重组分先冷凝的原则依次得到制冷量在去液化天然气。根据以上原理衍生出多种液化流程:

1) CⅡ-2 工艺是一种新工艺,即保留了阶式制冷工艺易于操作、纯组分无需相分离的优点又包含混合冷剂系统设备简单,耗能相对较低的优势。其特点是在一体式冷箱中布置多个新型高效的换热器,因此系统结构相对简单、紧凑,冷箱可采用模块式设计批量生产后整体运输到现场安装、更为便捷,加快现场施工进度。

2) 法国研发的 Liquefin 天然气液化新技术为全球天然气市场奠定基础。系统采用两级密闭制冷循环,以混合冷媒代替纯组分作为冷源,进入液化段的温度点更低,便于制冷剂的全冷凝,避免传统混合剂需要相分离、不易控制动力平衡的缺点,同样设备布局紧凑,实践证明其生产能力较传统工艺提升近20%,而成本却降低 25% 左右。

3.膨胀循环工艺

其工作原理是利用膨胀机将高压的制冷剂进行等熵膨胀,此种技术能够满足频繁快速启停调节需求。而以天然气本身、氮气以及氮和甲烷组合气体为制冷剂的工艺各具特色,适用于不同条件下的天然气液化,但其总体特点是工艺设备简单、装置启停响应迅速,运行较为灵活,膨胀循环工艺原理图。

三、液化天然气的主要存储方式
1.常压低温存储

常压低温存储使用常压拱顶低温储罐,从结构上来看,通常是平底拱盖的立式双层壁结构,该结构既可以减少热量消散,有利于常压环境下的温度恒定,同时又能够增加存储容量。在存储容器安装时,应确保安装现场的地面平整,并且使用水泥砌筑平台,或是垫上平直钢板,以保证储罐的稳定性。此外,结合以往的经验可知,在常压低温储存环境下,储罐使用一段时间后容易出现底部变形的问题,分析原因主要是举升力的作用导致内槽变形。为了防止内槽凹陷、变形导致罐内锈蚀等问题,还需要向储罐中适当充入氮气,以保证其压力平衡。
2.高压储存技术
相比于常压低温存储技术,高压存储的特点是工艺相对简单,只需要在一定压力下将天然气压入储罐中即可。在高压作用下,天然气分子体积减小,会自动发生液化现象。此外,高压存储液化天然气,还可以提高储存罐的隔热性能,避免天然气的蒸发、泄露。高压环境下也对储罐质量、性能、使用寿命等提出了较高要求,安全性问题也需要重点关注。
3.液化天然气接收站的主要设备
液化天然气接收站的主要设备包括卸料臂、液化天然气储罐、液化天然气输送泵、液化天然气气化器、蒸发气压缩机和再冷凝器等。为了提升安全性能,卸料臂中旋转接头在低温下必须要有良好的密封性能,通常采用双层密封结构。液化天然气卸料臂的材质主要为不锈钢和铝合金两种材质。液化天然气的储罐属于常压大型储罐类型,通常有地下式和地上式两种类型结构,一般为双壁圆柱形,所有的开口均应设置在储罐的顶部,避免接口外泄漏。此外,在液化天然气接收时,还应该避免液体分层和储罐漏过热引起的翻滚现象。

结束语

随着社会经济水平的不断提高,科学技术不断完善和发展,市场竞争程度持续增强,我国工业进入了一个更为激烈的竞争环境。液化天然气的出现,在一定的程度上提高了天然气企业的经济效益和环境效益,在我国得到了广泛的推广,并迅速被广大人民群众认可和应用。在此背景之下,液化天然气作为清洁型能源会以其巨大的优势在未来的经济发展中占据着越来越重要的地位和作用,给人们的生产生活带来极大的便利和实惠。

参考文献
[1] 袁启明.液化天然气储存运输的安全技术分析[J].中国石油和化工标准与质量,2015,(12):437-439.
[2] 孙正强.关于液化天然气的储罐安全技术的分析[J].天然气与石油,2014,(23):292-293.
[3] 陈寅清.液化天然气(LNG)储运的安全技术及管理措施[J].经营管者,2014,(25):194-196.

刘世民,男,汉族,1982年11月出生于湖南常德,毕业于四川大学,本科学历,

目前就职于鄂尔多斯市星星能源有限公司,主要研究液化天然气的生产运营管理,中级工程师职称。