天然气的液化工艺和储运安全性初探

天然气的液化工艺和储运安全性初探

涂宏伟

摘要：随着我国近年来科技和经济的不断发展，我国国民生活水平有着逐年上升的趋势，在这种背景下，对于天然气的需求量也在逐渐增大。虽然天然气的液化和储存在现阶段我国已经有了较为成熟的技术水平，但是从长远可持续发展的角度来看，想要保证天然气在液化和储存时具有较高的安全性，就需要重视天然气的液化工艺和储存安全明确其中存在的问题。在这种背景下，本文针对天然气液化工艺的研究国内外现状进行分析，探究了天然气液化工艺技术存在的问题，提出了天然气安全储存的具体对策，旨在为相关实践研究提供参考。

关键词：天然气；液化工艺；储存安全性；探究分析

引言：就目前来说，我国国民在生活和工作中对天然气具有较高的应用度，而其中液化天然气是我国最为常用的天然气类型。天然气在生产、液化、储存和运输中需要有较多的工艺进行配合以及预处理通过合理的安全性管理，才能保证普通民众在日常使用过程中的安全，所以对于天然气的液化工艺和储存进行优化能够有助于减少天然气的储存体积，使运输效率得到提升。在这种背景下，相关技术人员就需要明确天然气的液化工艺和储存安全问题，通过合理的管理，尽可能提升天然气的液化工艺水平，除此之外还需要做好天然气储存安全策略的研究，通过这种方式，能够有助于使天然气的应用更加便利和安全，保证现代天然气的合理使用。

1. 天然气液化工艺和储存安全的应用概述

随着国内外经济的快速发展和现代全球人口的不断增长，人们对能源的需求量也在与日俱增，在大量燃烧化石能源的背景下，温室效应以及有害物质造成的环境影响已经成为了现代社会的最为严重的环境问题，不仅影响着人类赖以生存的环境，还会对人体的健康造成极大的威胁。天然气属于优质、高效的环保能源，具有极为广泛的应用前景，而天然气属于一种不可再生能源，所以在进行液化和储存时都需要格外重视。就目前来说，生活、工业、汽车行业、化工行业等多个行业都将天然气作为了一种新型的能源，替代了传统的石油能源。天然气属于一种新能源，给人们带来了新的希望，这也为环境保护提出了更为有效的方案，所以世界各国都应当对天然气进行有效研究，节约并合理利用天然气，这样才能使世界的能源形成可持续发展状态。能源专家研究调查显示，自2020年起天然气将占到世界所有应用能源的首位。

液化天然气是在现代能源应用背景下应运而生的一种天然气应用形式，主要是将天然气由气田开采后，经由脱水、脱烃、脱酸等净化工艺对天然气进行处理后，将其将其降温至零下162摄氏度使天然气转化为液态，这样天然气的原始体积将缩小为以往的1/600一方面来说能够使天然气更为良好的应用，另一方面还能有助于天然气的储存和运输。再进行液化天然气的应用时，无需再进行管道埋设液化天然气船就能够代替以往的地下和深海运输管道，大大降低了天然气的运输成本。在现代经济学研究中发现，3000公里以内的距离，直接经由路上管道运输，天然气能够获得最大的经济效益，而超过3000公里的区域则应当应用液态天然气进行储存和运输，这样获得的经济效益可最大化。

液化天然气在应用时不仅方便储存和运输，还能有助于节约运输和储存成本，使天然气成为廉价且高效的能源。除此之外，在将天然气转为液化后，能够具有较高的热值，能够为交通工具以及发电工程提供燃料，天然气的灵活应用能够有助于燃气调峰缓解城市内用气高峰的能源紧张状态，大大提高了应用和储存的灵活性，不受天然气管道和气源的网络限制，能够有助于弥补天然气的局限性。液化天然气不仅能够获得良好的应用效益和经济效益，并且还能够做好世界范围内的天然气供需关系，调节解决能源短缺国家的天然气供应保障问题，而天然气资源丰富的国家也能够在这种状况下获得足够的经济补偿。天然气在液化状态下储存于城市的地下储蓄库中，一方面来说更为安全，另一方面天然气的储存与石油不同，不会受到地质结构和地理位置等因素的限制，本身占地面积较小，故而地下储蓄库的造价相较于以往的石油储存来说更为经济，能够在短时间内完成修建。而我国幅员辽阔，天然气资源蕴含丰富，属于天然气大国，并且我国在改革开放以后都在积极建设西气东输、南北跨国天然气运输等工程，这些都为我国的天然气合理利用提供了积极的保障。我国从上个世纪60年代就开展了天然气液化、应用的研究并配置了相应的设备，到目前为止我国天然气液化、运输储存虽然已经具备了一定的技术，但依旧不能与发达国家相提并论，很多技术都还处于待完善状态，并且我国缺乏大规模的液化天然气生产系统，这也是我国天然气液化行业中需要完善的方向。

2. 天然气液化工艺技术

1. 天然气预处理

天然气在进行液化前需要接受相应的预处理，这也可以说是液化过程的首要条件。天然气在开展各项液化步骤之前，都需要进行预处理，而预处理指的是将混合气体中其他气体以及化学物质脱离的过程。开采出来的天然气包括二氧化碳、硫化氢、重烃、水分以及氮气等多项杂质，为了避免这类杂质在天然气液化过程中对设备造成腐蚀，或者在低温下出现凝结而阻塞管道，就需要在天然气液化前对这些物质进行相应的预处理。这是因为在预处理过程中，将这些杂质从天然气中清除，才使天然气更加符合清洁能源的标准。虽然在工厂运输过程中，经由管道运输的可应用天然气都属于进化后的天然气，但在液化前天然气的预处理要求相较于直接可应用的天然气来说更高，不仅需要对天然气进行预处理，还需要对其进行二次净化，这样才能保证天然气的应用质量。虽然基地复合型工厂在建立时都会选择在气田附近，并且天然气的出气井口已经进行过处理，但天然气的元气体中含有的杂质量依旧处于较高水平，所以需要在开展液化前对相关的杂质以及可冷冻固化物质进行处理。

（二）天然气的级联式液化工艺技术

级联式液化工艺是现代天然气液化工艺中应用时间较早，且较为成熟的液化工艺技术，级联式液化工艺在应用过程中的特点主要是弃疾连式，制冷循环系统这种系统应用于液化工艺中较为典型，可应用于不同的气体冷却，级联式制冷循环系统中具有三个互相串联的制冷系统，而三个制冷系统中所应用的制冷剂都有所不同，主要是通过逐层冷却的方式将气体转化为液体。在进行天然气液化时选择的制冷剂包括甲烷、乙烷和丙烷三种，而在三个不同的制冷系统中串联而成的制冷循环机组配套了压缩机组。在开展天然气的液化加工工艺中，级联式制冷系统中包括了液体冷却、冷凝、液化以及过冷等多个工艺流程，能够使天然气转化为液态，通过对天然气液化罐进行合理的降压能够得到低温常压下保存状况良好的液化天然气，这种液化罐就能直接应用于储存和运输中。

天然气的级联式液化工艺在应用时，经由长期的实践和应用获得了极高水平的工艺技术，并且这种技术在现代市场应用中的稳定性越来越高，各个制冷系统之间互相影响并且互相作用，配合使用现代先进的制冷设备，能够逐渐减小制冷系统的能源消耗，提高了制冷效率。级联式液化工艺技术的效果良好，但随着我国近年来对天然气需求量的不断增加，级联式液化工艺技术的复杂性也逐渐体现，在应用时需要较高的设备成本以及维护设备成本的投入，需要投入大量的人力资源，故而在应用过程中并不将其作为主要的液化技术使用。

2. 天然气的混合制冷流程工艺技术

天然气的混合制冷流程技术是一种建立在级联式液化工艺技术基础上的新型制冷技术，这种工艺技术在应用中与级联式液化工艺有异曲同工之妙，不仅保留了级联式液化工艺的优势，并且在此基础上对设备和能源消耗进行了进一步的优化。混合制冷技术与级联式液化工艺有所不同的是，级联式液化工艺选择三级冷却，而混合制冷技术往往需要通过5种制冷剂混合应用，这样才能满足有效的制冷效果，通常在进行制冷剂的选择时会选择碳氢化合物为主，这种冷凝剂的选择与级联式工艺有较高的类似度。

天然气混合制冷流程工艺技术的原理是根据需要液化加工天然气的不同成分和压力，通过应用制冷剂对天然气的压缩、分离冷凝和蒸发来达到不同温度状态下所需要的制冷量，这样能保证后续天然气的可持续冷却，为天然气的液化打下基础。但值得注意的是，虽然混合制冷流程能够大大提高制冷效率，降低制冷成本，但总体来说这种设备的配置难度较高，相关工作人员也需要在进行制冷时，针对不同类型的天然气制作更为复杂的数据计算流程，这样才能保证混合冷凝的效果。

3. 天然气的膨胀机液化流程工艺技术

就目前来说，膨胀机液化流程是我国天然气制作企业应用较为广泛且效果良好的一种液化技术。膨胀机液化流程在应用中操作简便，并且无需进行大量的数据运算，主要通过膨胀机降温的方式来进行天然气的液化处理。就目前来说，膨胀机制冷循环在应用时，主要是直接对天然气进行膨胀制冷，并且在制冷过程中混合甲烷和氮气作为冷却剂，通过甲烷和氮气混合进行天然气的膨胀制冷。

氮气膨胀液化流程在应用时较为简单紧凑，造价略低，适合应用于不同类型和不同区域的天然气中，制冷剂可选择单组分气体，但单纯应用氮气作为制冷剂，相较于混合制剂来说，能耗高出40%左右，而二级氮气膨胀液化是较为经典的氮膨胀液化流程变形。在天然气回路中，原料气体通过预处理后，进入换热机进行冷却，采用重烃分离器，将其中的重烃气体完全清除，随后再进入氮气提塔将其中部分氮气完全分离，最后经由冷却和过冷后，液态天然气即可进罐储存。

氮-甲烷膨胀液化流程是一种应用于氮气膨胀液化流程中的混合式膨胀操作，这种混合气体能够有效减少膨胀机的能耗，采用氮-甲烷混合气体代替纯氮气，相较于纯氮气的膨胀液化流程来说，这种混合液化流程启动时间较短，并且冷却流程简单，工作人员在进行数据参数的控制时也较为简单，其中的混合制冷剂测定计算方便，并且这种混合流程最主要的特点就是能够大大降低膨胀机的能源损耗，相较于纯氮气的膨胀液化流程来说，能节约10%~20%的动力消耗。

3. 天然气的储存风险控制策略

1. 机器、设备的安全预防措施

在进行天然气的储存时，储罐是保护天然气的主要设备，而如果出现储罐失效、阀门泄露或管道损坏等多种不良现象都有可能导致储罐出现失火爆炸。由于天然气是易燃气体，明火、静电火花、撞击起火以及高温热体都有可能成为点火源。所以在进行液化天然气的储存时，机械设备需要做好相应的保护和安全预防，将其保持在安全状态，并且尽可能远离火源，这样才能使机器设备的天然气储存发挥效果。

首先来说，在进行储存运输项目的设计前，需要对当地的环境进行环境和地质的调查，在进行项目建筑和设备等物品的设计和管理，避免在项目完成后，建筑出现下沉状况。在进行实验和操作的各个时间点都需要做好相应的监测，观察储存罐基础是否有明显下沉状况，如果下沉明显并且超过规定的范围，就需要对其进行有效的报告和调整，而超规格的沉降都应当进行相应的调查，并采取处理措施以保证天然气的储存安全。在进行天然气管道的设计时，需要做好周围环境的调查，采取相应的措施，避免周围的土壤出现冻结，而导致管道发生受损，分析土壤内各种可能的因素形成的破坏力，尽可能对其采用相应的预防措施。天然气储存罐内需要合理安装密度计、温度计以及液位计等能够连续测量天然气储存状态的装置，有助于明确储存罐是否处于正常工作状态下。并且在进行储罐的设计时，还需要安装相应的报警装置，保证储罐在应用过程中发生危险，能够及时报警。

由于储存罐在应用中属于保护天然气的主要防护物品，在这样特殊性的影响下，储存罐的材料选择不仅需要强度较高，并且还需要具备防腐、防震性能，还需要抵抗各种外界因素，就目前来说应用的天然气储存罐为双层壳，内壁选择9%镍钢材料，而外壁则选择0.8m厚钢筋混凝土由于液态天然气属于低冷介质，所以在储存过程中凡是与液态或气态天然气接触的零部件都需要选择耐低温材料，管价以及支撑管道都需要具备良好的绝热系统选择耐火且耐冷流体溢出的材料，这种储存部分的稳定性会直接对工厂的安全运行造成影响。

（二）安全预防翻滚事件的发生

在液态天然气的储存系统中避免翻滚事件的发生是其中的关键性问题，翻滚事件的诱因主要包括动态测量仪器失灵、气源组分变化或纯化程度不够等多种因素。想要做好翻滚事件的预防，就需要首先控制气源组成的比例变化，在进行天然气的加压时，需要尽可能选择同一气田的气源，这样能够使天然气的成分始终保持在统一的状态，而在每次尽量以前，工作人员都需要详细测定液化天然气的组成和罐内组成，明确温度相容性特点，如果不相容，应当立即采取措施，避免分层的发生。储存罐的液位设计以及监测设备都需要满足现代天然气应用的监控需求，配置足够的报警装置，做好各项步骤的安全性管理。液化天然气在进料时需要根据密度因素考虑合理的进料方案，密度较小的天然气应当由储蓄罐的下部进罐，而密度较大的天然气应当从顶部进入，这样能够保证天然气的合理混合，避免出现翻滚的情况。有条件的厂家可以应用输送泵将天然气罐内的成分循环至上部或者下部，其循环目标应当以避免气体出现分层或翻滚为宜。储气罐内需要在多个部位设置测温点，检测遇冷以及正常生产时罐内的温度变化。而储存罐的外层也需要进行多个测温点的设定，明确天然气是否在储存过程中出现泄漏状况。

（三）控制人员的操作系统

控制人员的操作失误是导致天然气储存和运输出现失误的主要原因，所以操作人员需要具备良好的专业技能。管理人员可以通过教育培训的方式，来使相关工作人员的工作质量得到提高，通过有效的培训提高相关工作人员对于这项工作的了解度，不断强化其专业知识，在工作时促进其行为协调和反应力快速。采用安全辅导技术时，工作人员的不良情绪得到有效的矫正，保证工作人员工作过程中有良好的工作态度。尽可能协调工作人员的工作环境，保证安全且舒适的工作环境，避免疲劳作业的发生，这样能够使工作人员的操作效率更高。

总结

液化天然气在储存过程中风险较大，并且涉及到较多的步骤，无论是哪个环节出现问题，都有可能引发严重的后果，所以现代工作人员需要重视天然气液化工艺和储存手段的研究，尽可能完成天然气的储运良好系统，使我国天然气的合理应用得到促进。

参考文献

[1]杜赵文.天然气的液化工艺和储运安全性初探[J].化工管理,2020(02):63-64.

[2]邓江城.天然气储运技术和发展论述[J].石化技术,2019,26(11):193+195.

[3]杨睿.天然气储运技术及其应用发展前景探讨[J].科技创新与应用,2019(24):166-167.

[4]姚乐.天然气水合物储运的技术可行性分析[J].科技经济导刊,2019,27(18):37-38.

[5]王锐,张肇军.天然气储运技术及其应用发展前景[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(12):216-217.

[6]石鹏杰.天然气储运技术及其应用发展探讨[J].化工管理,2019(17):126-127.

[7]王兴军.液化天然气的储运问题与安全技术管理探讨[J].石化技术,2018,25(12):157.

[8]张传合.石油天然气安全事故应急管理策略[J].化工管理,2018(31):126-127.

[9]孟伟.油气储运工程现状及其关键技术研究[J].化工管理,2018(27):116.

[10]吴迪.天然气的液化工艺和储运安全性初探[J].当代化工研究,2018(05):75-76.