天然气的液化工艺和储运安全性研究

天然气的液化工艺和储运安全性研究

席彬杰

陕西液化天然气投资发展有限公司 陕西省咸阳市杨凌示范区 712100

摘要：随着天然气在各个领域的广泛应用，如何液化天然气以及其储存和运输的安全性日益受到人们的重视。为了优化天然气的液化效果，我们需要根据天然气的特性和需求来选择最合适的液化技术。为了降低在储存和运输过程中可能出现的安全隐患，必须在整个储存和运输阶段实施全面的安全管理措施，以实现最大程度的经济效益。鉴于此，本文主要分析天然气的液化工艺和储运安全性。

关键词：天然气；液化工艺；储运

1、引言

液化天然气在国内得到了普遍的应用，并在能源市场中获得了一定的份额，使得液化天然气行业持续健康发展。随着国家政策扶持力度加大，国内液化天然气市场将迎来新一轮快速发展期。同时，液化技术及其储存和运输的安全性问题，对液化天然气公司来说尤为关键。因此，相关部门必须加强对液化工艺及储运安全的管理，保证其能够正常运行，为社会提供更加优质的能源供应。

2、液化天然气的特点

液化天然气，作为经过冷冻处理后从气态转化为液态的石油天然气，因其高能量密度、环境友好性和经济高效的特性，正在逐步展现其潜力，逐渐成为全球能源消费的一个重要组成部分。

液化天然气具有三个主要特性：首先，其体积是气态的大约600倍，这意味着相同数量的能源可以在更小的空间内储存和运输，从而提高了能源的利用效率，降低了运输成本。其次，由于液化天然气的化学特性，它在储存和运输阶段面临着一系列核心的挑战。由于天然气本身具有一定程度的腐蚀性，因此，在液化天然气生产和储运过程中要考虑到安全问题。天然气的主要成分是甲烷，但在其液化的过程中，可能还会混入乙烷、丙烷、丁烷、氮气和二氧化碳等微量物质。最后，液化天然气燃烧产生的主要物质包括水蒸气和二氧化碳。与其他化石燃料相比，它更容易转化为水和氢元素。与传统的化石燃料相比，二氧化碳的排放量明显较低，并且没有硫氧化物和氮氧化物的排放，这在很大程度上减少了对空气的污染。因此，在全球范围内推广使用液化天然气是一项利国利民的好事。

3、天然气的液化工艺分析

3.1、阶式制冷循环工艺

在天然气液化过程中，阶式制冷循环技术是一种被广泛应用的方法。按照这一技术的工作原理，较低的温度循环会将热量传递给相邻的高温循环过程。该流程能够有效地利用天然气作为能量来源，并且通过余热回收等方式进行再利用。在具体的工艺应用中，主要分为三个循环阶段：丙烷制冷、乙烯制冷和甲烷制冷。在这些不同的循环阶段和工艺中，提供热量的来源各不相同。具体来说，在第一级循环中，天然气、乙烯和甲烷负责提供冷量；在第二季循环中，天然气和甲烷负责提供冷量；而在第三级循环中，天然气则负责提供冷量。该流程通过利用天然气作为制冷剂，来降低压缩机的功率消耗，从而提高整个制冷系统的工作效率。在这个完整的循环系统里，装置了9台换热器。在系统的运行过程中，这些换热器的协同作用确保了天然气的冷却处理，使得天然气的温度逐渐降低，最后转化为液态。

3.2、膨胀制冷循环工艺

采用膨胀机的液化技术是基于原料气和产生气之间的自由压差，利用透平膨胀机进行绝热膨胀的克劳德循环制冷，从而达到天然气液化的目的。根据使用的制冷剂种类，可以将其分类为天然气膨胀制冷、氮气膨胀制冷以及氮气-甲烷膨胀制冷，这也意味着这种液化技术对原材料气体的压力有更高的要求。因此，探讨如何调整透平膨胀剂的冷却能力，减少能量消耗，并提升系统的液化效率，成为了工艺优化的核心问题。

3.3、混合制冷剂制冷循环工艺

这种制冷液化技术是基于C1~C5和N2等部分或全部成分的混合，作为制冷剂来实现的。混合制冷剂采用增压、冷凝、冷却和节流的方式来实现天然气的液化制冷效果，其中几种是比较常见的：

与级联式液化工艺相比，MRC具有操作简便、经济成本较低的优点，并且混合原料气可以直接用于液化天然气的制冷过程。然而，混合制冷剂的合理配比控制具有一定的难度，同时操作系统的性能要求也相对较高。为了有效地进行计算，还需要了解混合组分的物性参数和平衡数据。因此，在这种工艺中，混合剂的最佳配比成为了研究的焦点。张磊运用优化理论和分析理论，对不同原料气成分和压力条件下的混合制冷剂组成配比变化规律进行了分析，并以流程比功耗为目标函数，提出了C3-MR、SMR制冷剂的最优混合配比。通过使用HYSYS软件进行模拟计算，研究结果显示C3-MR的流程功耗降低了5.87%，SMR也减少了4.07%，这表明该优化方案能够有效地提升液化流程并减少能源消耗。

4、天然气储运安全管理

4.1、储运材料的合理选择

一是从材料科学角度看，储运材料需要有较好的耐腐蚀性、耐低温性等性能。液化天然气的储存和搬运温度一般约为-162°C,因此，这种材料在低温条件下必须维持出色的机械特性，以避免在运输途中产生裂缝或破裂。二是设计与施工环节中，技术人员应在全面掌握各种物料性能特征的基础上，针对不同运输条件进行储运方案的编制，突出设计决策合理性。三是在选择材料时，我们还需要考虑环境的各种影响，优先考虑那些低碳和环保的材料，这将有助于降低液化天然气在储存和运输过程中的碳排放量，从而更好地实现可持续发展的目标。

4.2、储运设备的科学应用

液化天然气的存储和运输设备涵盖了多种类型，包括但不仅限于存储设备、运输设备和泵类设备等。科学应用其核心是在满足其基本使用性能情况下，以精细化和智能化管理工作来最大限度确保储运过程的安全，从而促进运输效率的提高。

为了存储液化天然气，需要使用经过特别设计的大型储罐。鉴于液化天然气的低温属性，存储设备必须能够承受极低的温度，以防止因温度过低导致材料的力学性能发生变化。运行过程中需配套使用功能较为齐全的压力控制及监测系统以及时反应温度及压力变化情况并确保安全。

从管理方面看，储运设备要以设备运行状态为依据。如定期对设备进行检查，清洗及保养，均要根据其使用频率，工作环境等等，来制订周密的制订计划和验收标准。

4.3、防泄漏可燃气体探测系统

液化天然气以其极低的液化温度和可燃性为特点，任何形式的泄露都有可能导致严重的安全事故。所以建立有效防泄漏可燃气体探测系统是不可缺少的。防泄漏可燃气体探测系统包括气体探测器，控制单元，报警设备和应急处理设备。该系统关键技术体现在探测器灵敏度，精度和反应时间等方面，其中气体探测器功能为连续监测环境气体浓度，一旦检测到液化天然气的泄露，控制单元会迅速启动，向操作员发出警告，并自动启动紧急处理设备，例如自动关闭阀门或启动通风设备，以最大程度地减少泄漏的危害。但传统防泄漏可燃气体探测系统面临低浓度泄漏或者极端环境条件会出现探测延时或者误报现象。所以今后研究的重点应该是提高气体探测器灵敏度与精度及适应极端环境条件。例如，通过使用创新的传感器材料和微纳米生产技术，能够迅速响应低浓度液化天然气的泄露问题。

4.4、事故应急系统

事故应急系统主要由事故应急预案与应急处理设备两大部分组成。其中事故应急预案的编制主要包括应急行动计划的制定，应急责任人的确定和应急资源的分配。这些预案既要详列各种条件下行动的准则，又要经常更新以满足储运环境的变化。同时预案的执行效果又取决于应急人员专业技能与应急意识的强弱，所以定期进行应急人员培训与演练也成为应急系统作用得以发挥的一个重要因素。应急处理设备主要有消防设备，泄漏应急处理设备和应急撤离设备。这类设备需结合特定储运环境进行科学选型，同时展开定期检修，以保证事故出现后可以快速起动，切实减少事故造成的损失。

5、结束语

天然气液化工艺及储运安全问题一直以来都是天然气使用过程中的难题，虽然目前天然气市场中工艺技术日益提高，但是因为天然气所具有的内在特点，选择液化工艺时，需要对现有工艺进行技术性与经济性比较，同时要强化储运全流程安全管理。

参考文献：

[1]石瑞瑞.天然气的液化工艺和储运安全性[J].化学工程与装备，2022(05):236-238.

[2]张媛，武丹.天然气的液化工艺和储运安全性研究[J].化工管理，2021(25):180-181.