液化天然氣儲(chǔ)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(shì)，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(duì)液化天然氣儲(chǔ)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(chǔ)運(yùn)管理的安全性。

關(guān)鍵詞：液化天然氣;儲(chǔ)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(guó)家積極尋找能夠代替是由和煤炭資源的新能源。天然氣儲(chǔ)量豐富，而且屬于清潔能源，目前已經(jīng)成為能源市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。為方便存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)和運(yùn)輸。由于儲(chǔ)罐內(nèi)的液化天然氣會(huì)受到外部熱源侵襲，產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。再加上儲(chǔ)罐內(nèi)熱對(duì)流不同、液化天然氣各組分的汽化速率也不同，會(huì)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(chǔ)罐中加入新品，也會(huì)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(guò)程中，因儲(chǔ)罐壁漏熱，兩層液體密度接近時(shí)，會(huì)因快速混合出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象。此時(shí)下層液化天然氣的密度大、溫度高，而且液體處于過(guò)熱狀態(tài)，在翻滾到上層的過(guò)程中，由于壓力變化，會(huì)使大量液體短時(shí)間內(nèi)發(fā)生汽化，導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力急劇升高。此時(shí)容易因壓力安全閥的頻繁開(kāi)閉，造成較大的液化天然氣損失。如果泄露的天然氣與周?chē)諝饣旌铣煽杀ㄔ茍F(tuán)，還會(huì)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(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的翻滾現(xiàn)象及產(chǎn)生原因，國(guó)外學(xué)者嘗試采用建模方法，模擬分析液化天然氣翻滾過(guò)程。早期的模型有分層界面靜止不動(dòng)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(guò)程。后來(lái)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(shí)間遠(yuǎn)比實(shí)際出現(xiàn)時(shí)間晚，不具有事故防范方面的分析價(jià)值。后來(lái)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(guò)程，但由于保留了分層界面靜止不動(dòng)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(shí)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(dòng)下降現(xiàn)象。相比之下，分層界面的下降運(yùn)動(dòng)對(duì)其翻滾現(xiàn)象影響更大?？梢曰谶@些已有研究成果，制定液態(tài)天然氣儲(chǔ)運(yùn)管理中的翻滾現(xiàn)象應(yīng)對(duì)措施。

2 液化天然氣儲(chǔ)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(chǔ)運(yùn)中出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象的關(guān)鍵是防止其在儲(chǔ)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(duì)翻滾現(xiàn)象處理時(shí)，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(chǔ)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(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。要達(dá)到這一條件，首先應(yīng)對(duì)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(shí)，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(guò)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(duì)較大，應(yīng)從儲(chǔ)罐頂部進(jìn)料，相反，如果新充注液化天然氣密度相對(duì)較小，則應(yīng)從儲(chǔ)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(guò)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(chǔ)罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)

優(yōu)化液化天然氣儲(chǔ)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(chǔ)罐上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙壁夾套形式，通過(guò)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(chǔ)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(shí)，也容易產(chǎn)生熱量，要對(duì)其工作頻率進(jìn)行控制。

2.3 改進(jìn)儲(chǔ)運(yùn)管理方法

最后，應(yīng)對(duì)液化天然氣的儲(chǔ)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(lái)看，液化天然氣的老化現(xiàn)象會(huì)引起密度變化，這主要是由于液化天然氣產(chǎn)地、存儲(chǔ)時(shí)間、密度不同等導(dǎo)致的。因此，對(duì)于不同類型或不同存儲(chǔ)時(shí)間的液化天然氣，必須采取分開(kāi)存儲(chǔ)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(chǔ)運(yùn)過(guò)程的安全性。

綜上所述，液化天然氣在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的翻滾現(xiàn)象會(huì)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(guò)針對(duì)翻滾現(xiàn)象的形成原因，采取有效的儲(chǔ)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(chǔ)運(yùn)安全性。

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