LNG储存特性与安全-液化天然气系统组成部分

液化天然气（LNG）的储存是液化天然气系统的一个重要组成部分。由于低温流体的广泛应用，相应储存LNG的低温容器已经相当规范与程序化。类似容器的设计尺寸小到在实验室中用于液氮的1L的烧瓶，大到用于即将被运往海外的LNG暂时存储的16000m³的双层储槽。这些存储低温液体的容器从类型上看，从用刚性的泡沫塑料、软木塞或纤维来绝热的低性能容器，到采用高真空多层绝热的高性能容器。选择采用何种容器的首要因素是经济性和安全性。很显然，采用高性能的容器来存储比较昂贵的低温流体是合理的，因为这样损失是最小的。

在LNG储存或装卸过程中，首要的是安全问题。

1.低温液体的溢出或泄露

在考虑LNG储罐的规划时，应充分考虑到储存和装卸LNG时，如果发生意外情况，LNG有可能泄漏或溢出，因此对附近人员和重要设备具有潜在的危害性。LNG的溢出或泄漏是属于一种比较严重的事故。如果出现LNG溢出或泄漏的情况，应严格防止LNG的流淌、扩散或流入下水道，产生急速的汽化，并与空气混合形成易燃、易爆的混合气体。为使LNG在万一发生泄漏时产生的危害尽可能地小，在储罐周围和装卸区，需要设置有阻隔LNG向四处流淌扩散的设施。对于小型LNG储罐，常见方法是在储槽周围设置屏障，如堤堰、护墙或蓄液坑等。对于有可能产生漏泄的阀门、接头处则须设置挡板，防止LNG的喷射；下方要设置集液盘，收集漏泄的LNG，并通过排液管引入蓄液坑。当LNG向外溢出或泄漏时，能将LNG阻止在堤堰、护墙或蓄液坑内，避免LNG四处流淌。对于大型LNG储罐，更好的方法是将储罐建在地下，使储罐内最高液面低于地平面。堤堰、护墙或蓄液坑的蓄液能力，主要根据储槽最大容量来考虑，同时还应充分考虑到在冬季由于积雪或其他因素的影响，使蓄液能力留有一定的裕度。蓄液能力应大于储罐满载时LNG的总体积。

2.蒸汽扩散现象

在出现LNG泄漏时，泄漏的LNG被收集在堤堰、护墙或蓄液坑内，LNG与堤堰、护墙或蓄液坑的表面直接接触，两者之间存在很大的温差，LNG会产生强烈的汽化；同时LNG表面也与空气直接接触，也会产生大量的蒸汽。在初始阶段，液体与固体表面接触汽化的速度远比液体与空气接触汽化速度要快，当LNG与固体表面之间的温差降低至初始温差的3%时，液体表面与空气的对流换热占主导地位。为防止LNG蒸气浓度太高引发爆炸，必须设法降低LNG的汽化速度，同时要设法加快蒸气弥散的速度。

3.热力成层效应

如果一个低温液体存储容器被无干扰地放置一段时间，会产生一种称为“热力成层效应”的副作用。这种效应的出现，是由于从外层漏入的热量与内部容器液体在不平衡的状态下组合而产生的。图1-64示出水平放置的卧式容器中低温液体受热后热动力响应模型。(www.xing528.com)

图1-64 水平放置的卧式容器中低温液体受热后热动力响应模型

成层效应的一个作用就是使一小部分液体被加热和蒸发。这将会导致容器内压力的迅速上升而达到热层的饱和压力。这种影响的严重性可以用氢来说明。液体表面温度升高0.06K，可以导致容器内气体压力升高0.03～0.07MPa，所以如果液体表面温度变化8～22K，气体空间的压力会升高大约2.8MPa。

成层效应会发生在液化天然气LNG的存储和传输时，即当新鲜的LNG产品加到一个未满的储槽中，与已存在的不同密度的LNG发生不充分的混合的时候。密度的不同与LNG的组成与温度差别都有关系。一旦成层效应产生，由于漏热而引起的对流循环就会产生，图1-65示出LNG储槽内自然对流循环。低密度的层通过一般的对流方式吸收漏入的热量，并且通过蒸发向气体空间放出热量。但是，如果对流边界层无法渗透到比它密度更低的上部层去的话，下面的层就会自己形成对流。由此而形成了涡旋。这种现象会持续到整个容器形成一个统一的单元为止。

图1-65 LNG储槽内自然对流循环

如果成层作用严重的话，容器还会丧失液体传输时需要的耐压性。这种情况在一小部分液体撤出而一些接近饱和的成层液体迅速蒸发时会发生。当更多的液体撤出时，杜瓦容器内的压力迅速下降，达到剩下液体更低的饱和压力，从而导致液体传输的驱动力丧失。