液化天然气储罐倒罐技术研究

液化天然气储罐倒罐技术研究

张雷

中国建筑第二工程局有限公司核电建设分公司  深圳市 518034

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，随着能源结构的变化，大力开发利用天然气资源成为我国能源发展战略的重点之一。在液化天然气(LNG)日益广泛应用的同时，LNG储存和运输的安全问题已经日益突显。由于LNG采取－162℃的低温储存，一旦储运LNG的低温压力容器储罐发生事故，引起LNG溢出气化，蒸发气体随气流或风力漂移，会在非常低的浓度(一般是体积的5％～15％)下起火爆炸，并且会迅速向蒸发的液池回火燃烧。如果对这种泄漏采取不正确的应急措施，低温储罐及其周围设施会因热辐射遭受严重破坏。因此研究LNG低温储罐的应急处置技术，如LNG储罐的倒罐技术，对防止和减少恶性和重大事故的发生，减轻事故危害将起到积极的作用。

关键词：液化天然气；储罐；倒罐

引言

LNG需在沸点(常压下为－162℃)以下长期储存，因而对LNG储罐的设计制造要求很高。低温常压LNG储罐按照结构形式通常分为单容式、双容式和全容式。全容式储罐凭借其较高的安全性能、相对较低的操作费用和配套设施投资，已成为天然气液化工厂或接收站普遍采用的罐型。LNG在储存过程中由于热量的泄漏会导致罐内LNG蒸发，这不仅会加剧能耗，也会导致储罐内压力升高，出现分层甚至翻滚的现象，进而引起超压事故。为保证LNG储存和运输过程的安全并减少损耗，LNG储罐必须具有完善的保温绝热性能。建立了一个预测容器内压力变化的“等温”模型，该模型能够准确预测漏入的热量和容器内压力的变化规律。冯武文等对一艘LNG薄膜船进行了温度场分析并计算了LNG船的日蒸发率，计算值与实际检测数据吻合，说明LNG船的绝热保冷系统是有效的。彭明和丁乙对LNG储罐穹顶、罐壁和基础承台各部位的漏热量进行了计算，探讨了影响LNG储罐绝热性能的因素。

1LNG气化站工艺流程简述

LNG专用槽车在卸车台用槽车自带的自增压器给槽车增压,将LNG送入低温绝热真空粉末储罐(储存压力为0.3MPa,温度为-145℃)内。正常运行时,储罐内的LNG靠自流或靠自增压器对储罐增压(0.4MPa),进入空温式气化器。在气化器中,液态天然气与空气换热发生相变成为气体并升高温度,夏季可达到5℃以上,但冬季单靠空温式气化器难以使得气化器出口气体达到5℃的最低城市管网要求,还需将出口气体再通过电加热气化器加热,使温度指标达到工艺要求后,才可经过调压进入管网,送入各用户。本文中所说压力均为表压。低温真空粉末绝热储罐的日蒸发率一般为0.3%,这部分气化了的气体如果不及时排出,会使储罐上部气相空间的压力升高。为保证储罐的安全,装有降压调节阀,可根据储罐压力自动排出罐顶气体(BOG,即BoilingofGas),因此设置了BOG加热器及BOG缓冲罐,用以回收BOG,通过缓冲罐的压力控制,并入输气管网。同时为了储罐紧急状态的放空,储罐顶部设置了低温安全阀,放空气体(EAG,即EscapingGas)必须经过EAG加热器加热后才能通过高点放散管排空。

2液化天然气储罐倒罐技术研究

2.1储罐结构

笔者研究的是有效容积为16万方的地面全容积式LNG储罐。与LNG直接接触的内罐材料为9%Ni钢，外罐与拱顶均为预应力钢筋混凝土，内、外罐间填充膨胀珍珠岩和弹性毡绝热层，内罐底与基础承台之间铺设泡沫玻璃砖绝热保温。罐顶和罐底设有进料管，以防止罐内LNG出现分层与翻滚现象。内罐与外罐间设有低温泄漏探测系统，用来探测内罐是否发生泄漏。储罐罐顶由拱顶和吊顶共同组成，拱顶主要对吊顶起支撑作用;吊顶上层为玻璃纤维，主要起隔热作用，下层铝板起耐低温作用。罐壁自外向内分别是预应力钢筋混凝土、膨胀珍珠岩、弹性毡和9%Ni钢钢板。罐底结构自上向下分别为Ni钢钢板、两层沙层、三层泡沫玻璃层、一层混凝土和底部承台。

2.2倒罐的可行性分析

储罐在使用过程中发生泄漏事故时，应对泄漏罐体进行分析，确认是否具有倒罐的可行性。(1)若罐体出现真空部分丧失、少量泄漏或滴漏现象，如在可控范围内，应安排进行倒罐处理。(2)若罐体真空丧失或根部阀断裂失效等原因引起大量泄漏，并产生一定量的液态积聚或产生蒸汽云团，则不再考虑倒罐处理。罐车与罐箱等移动式LNG容器在运输过程中发生泄漏事故时，应对罐体和行走机构进行事故状况分析，确认是否具有倒罐的可行性。(3)若行走机构仍可工作，罐体轻微受损，泄漏量较少或泄漏可控，应尽快将LNG罐车或装载LNG罐箱的车辆驶离交通要道和人群密集区后再进行倒罐处理。(4)若行走机构已经无法工作，罐体轻微受损，泄漏量很少或泄漏可控，应尽快疏散人群，控制一切火源，立即设定警戒区域，进行现场监督，阻止无关人员进入，做好消防灭火准备，并尽快进行倒罐处理。(5)若罐体真空丧失或根部阀门断裂等引起了大量泄漏，而阀门操作箱损坏已经不具备连接软管倒出液体的可能，则不再考虑倒罐。

2.3液硫储罐采用微正压氮封

液硫储罐设计为封闭结构，在储罐顶部安装氮气管线，通过自力式压力调节阀控制进入储罐内部的氮气量和储罐压力，始终保持储罐处于微正压状态，储罐无直通大气的通气孔，在储罐进行出料作业时，氮气进入储罐内；在储罐进行收料作业时，罐内的氮气和硫蒸气由储罐排气口外排。此方法可有效避免空气进入储罐，硫磺与储罐反应生成的ＦｅＳ因缺少Ｏ２而无法自燃，避免了自燃事故的发生，降低了储罐的腐蚀速率，增大了储罐储存的安全系数。但此方法不利于液硫储罐中Ｈ２Ｓ的挥发，且成本较高，故比较适用于液硫池脱Ｈ２Ｓ效果较好的中小型液硫储罐。

2.4外置离心泵转注流程

外置离心泵转注的工作原理是通过打开故障设备的根部排液阀、受液罐上的进液阀和回流阀，形成离心泵的转注回路，启动离心泵将故障设备内的介质输送到受液罐内。转注过程中应密切注意受液罐的液位和压力，必要时可打开放空阀泄压，防止受罐液超压造成破坏。外置离心泵转注流程相对较复杂，并且通常情况下为保障受液罐的安全不得通过泵向受液罐充液。用离心泵转注液体时排液速度快，对故障罐内的压力要求较低(满足泵的吸入净压力即可)。但是需要配备相应的外接电源或车载电源，泵工作前需要进行预冷，周围环境须满足防爆要求才能工作。

结语

本文分析了LNG储罐及相关设备失效的可能性，特别对储罐在使用过程中罐体发生泄漏的情况进行了综合分析，确认是否具备倒罐的可行性。倒罐成功的前提是必须对倒罐进行可行性分析，同时提出了倒罐时受液容器的要求和现场必须具备的条件。对比分析了压力差转注流程、外置离心泵转注流程和潜液泵转注流程三种倒罐方法的优缺点，提出了LNG倒罐的具体操作方法。