液化天然氣儲運中的翻滾現象分析及處理

陳崗

摘要：液化天然氣具有使用便利、清潔、經濟等多方面優勢，在能源消費中占比不斷提升，也形成了較為完整的液化天然氣生產供應鏈。文章主要對液化天然氣儲運環節中的翻滾現象進行分析，并提出幾點具體的處理方法，以期提高液化天然氣儲運管理的安全性。

關鍵詞：液化天然氣;儲運管理;翻滾現象;處理方法

在全球能源危機的壓力下，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，目前已經成為能源市場的主流產品。為方便存儲和運輸，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管理中，也需要控制好各方面影響因素，避免發生安全事故。

1 液化天然氣儲運中的翻滾現象及原因分析

1.1 翻滾現象

液化天然氣在零下160到155攝氏度的條件下進行存儲和運輸。由于儲罐內的液化天然氣會受到外部熱源侵襲，產生汽化現象。再加上儲罐內熱對流不同、液化天然氣各組分的汽化速率也不同，會導致其組成及溫度不斷變化，進而出現老化分層的現象。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，產生充注分層現象。在不同層次液化天然氣的質量和熱量交換過程中，因儲罐壁漏熱，兩層液體密度接近時，會因快速混合出現翻滾現象。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，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發生汽化，導致儲罐內的壓力急劇升高。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，還會引發沸騰液蒸汽膨脹爆炸現象，造成嚴重的安全事故。

1.2 原因分析

為了深入分析液化天然氣儲運過程中的翻滾現象及產生原因，國外學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，根據組分數、分層間傳熱和傳質方式等，研究其詳細變化過程。后來該模型被證實與實際情況的出入較大，由該模型推算出的翻滾出現時間遠比實際出現時間晚，不具有事故防范方面的分析價值。后來又有學者在該模型的基礎上，將液化天然氣分解為甲烷、乙烷等五種組分的混合液，采用特定算法推導其分層演化過程，但由于保留了分層界面靜止不動的假設，導致算法仍然存在缺陷。后經證實，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動下降現象。相比之下，分層界面的下降運動對其翻滾現象影響更大。可以基于這些已有研究成果，制定液態天然氣儲運管理中的翻滾現象應對措施。

2 液化天然氣儲運中的翻滾現象處理

2.1 規范進出料操作

基于已有研究成果，防止液化天然氣儲運中出現翻滾現象的關鍵是防止其在儲罐內出現分層現象。介于翻滾現象可能引發的嚴重后果，在對翻滾現象處理時，只能采取預防措施，減小翻滾現象的發生幾率。為防止儲罐內出現液化天然氣分層現象，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℃，即可保證不會出現分層現象。要達到這一條件，首先應對液化天然氣的進出料操作加以規范。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分層，因此在充注過程中應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，應從儲罐頂部進料，相反，如果新充注液化天然氣密度相對較小，則應從儲罐底部進料。如果兩者的密度較為相近，一般也采用底部進料方式，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，人為促進新舊液化天然氣的混合。

2.2 優化儲罐內部結構

優化液化天然氣儲罐的內部結構，也是防止出現分層和翻滾現象的有效措施。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泡料、玻璃纖維氈等。也可以將儲罐上部結構設計為雙壁夾套形式，通過采用雙層罐壁進行保護，避免液化天然氣發生二次外泄露。目前使用的雙壁金屬罐和預應力混凝土罐等，都具有較好的隔熱保冷效果。此外還可以在儲罐內安裝循環裝置，比如攪拌器、潛液循環泵等，促進液化天然氣的循環。但使用內部循環裝置時，也容易產生熱量，要對其工作頻率進行控制。

2.3 改進儲運管理方法

最后，應對液化天然氣的儲運管理方法進行改進。從以往翻滾事故的發生情況來看，液化天然氣的老化現象會引起密度變化，這主要是由于液化天然氣產地、存儲時間、密度不同等導致的。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密度分層的幾率，從而保證液化天然氣儲運過程的安全性。

綜上所述，液化天然氣在儲運過程中出現的翻滾現象會引發嚴重后果，其主要原因是液化天然氣密度不均、產生分層現象導致的。通過針對翻滾現象的形成原因，采取有效的儲運管理方法，可以降低翻滾現象的產生幾率，提高液化天然氣儲運安全性。

參考文獻：

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