(二) LNG儲罐的充注對于任何需要充注LNG或其他可燃介質(zhì)的儲罐(或管路)，如果儲罐(或管路)中是空氣，不能直接輸入LNG，需要對儲罐(或管路)進行惰化處理，避免形成天然氣與空氣的混合物。如，儲罐(包括管路系統(tǒng))在首次充注LNG之前和LNG儲罐在需要進行內(nèi)部檢修時，修理人員進去作業(yè)之前，也不能直接將空氣充如充滿天然氣的儲罐內(nèi)，而是在停止使用以后，先向儲罐內(nèi)充如惰化氣體，然后再充入空氣，操作人員方能進入儲罐內(nèi)進行檢修。惰化的目的是要用惰性氣體將儲罐內(nèi)和管路系統(tǒng)內(nèi)的空氣或天然氣置換出來，然后才能充注苛燃介質(zhì)。
儲罐在首次充注LNG之前，必須經(jīng)過惰化處理，惰化處理是將惰性氣體置換儲罐內(nèi)的空氣，使罐內(nèi)的氣體中的含氧量達到安全的要求。用于惰化的惰性氣體，可以是氮氣、二氧化碳等。通?？梢杂靡簯B(tài)氮或液態(tài)二氧化碳?xì)饣瘉懋a(chǎn)生惰性氣體。LNG船上則設(shè)置惰性氣體發(fā)生裝置。通常采用變壓吸附、氨氣裂解和燃油燃燒分離等方法制取惰性氣體。
充注LNG之前，還有必要用LNG蒸氣將儲罐中的惰性氣體置換出來，這個過程稱為純化。具體方法是用氣化器將LNG氣化并加熱至常溫狀態(tài)，然后送入儲罐，將儲罐中的惰性氣體置換出來，使儲罐中不存在其他氣體。純化工作完成之后，方可進入冷卻降溫和LNG的加注過程。為了使惰化效果更好，惰化時需要考慮惰性氣體密度與儲罐內(nèi)空氣或可燃?xì)怏w的密度，以確定正確的送氣部位。天然氣各組分與空氣的相對密度見表4-10。
表4-10 天然氣各組分與空氣的相對密度
介質(zhì)名稱 | 相對分子質(zhì)量 | 相對密度 | 著火溫度/℃ | 燃燒范圍/% |
甲烷 | 16 | O.55 | 632 | 5～15 |
乙烷 | 30 | 1.04 | 472 | 3～12.5 |
丙烷 | 44 | 1.52 | 492 | 2.2～9.5 |
丁烷 | 58 | 2.Ol | 408 | 1.9～8.5 |
有關(guān)LNG的管路等設(shè)備也同樣需要進行惰化處理，處理方法是一樣的。
(三) LNG儲罐的最大充裝容量
低溫液化氣體儲罐必須留有一定的空間，作為介質(zhì)受熱膨脹之用，不得將儲罐充滿。充灌低溫液體的數(shù)量與介質(zhì)特性，與設(shè)計的工作壓力有關(guān)，LNG儲罐的最大充注量對安全儲存有著非常密切的關(guān)系。考慮到液體受熱后的體積將會膨脹，可能引起液位超高，而液位超高容易引起LNG溢出，因此，必須留有一定的空間。究竟留多大的膨脹空間，需要根據(jù)儲罐安全排放閥的設(shè)定壓力和充注時LNG的具體情況來確定。根據(jù)圖4-10[5]，可查出LNG的最大充裝量。如果LNG儲罐的最大許用工作壓力為0.48MPa，充裝時的壓力為0.14MPa，則根據(jù)圖4-10查得最大裝填容積是儲罐有效容積的94.3%。
LNG充灌數(shù)量主要通過儲罐內(nèi)的液位來控制。在LNG儲罐中設(shè)置了液位指示裝置，是觀測儲罐內(nèi)部液位的“眼睛”，對儲罐的安全至關(guān)重要。液化天然氣儲罐應(yīng)當(dāng)裝備有兩套獨立的液位測量裝置。在選擇測量裝置時，應(yīng)考慮密度變化對液位的影響。液位計的更換應(yīng)在不影響儲罐正常運行的情況下進行。以保證隨時可以對儲罐內(nèi)的液位進行檢測。
除了液位測量裝置以外，儲罐還應(yīng)裝備高液位報警器，使操作人員有充足的時間停止充注，不致于使液位超過允許的最大液位高度。報警器應(yīng)安裝在操作人員能夠聽到的地方。
? ??NFPA 59A[6]規(guī)定：對于容量比較小的儲罐(265m3以下)，允許裝備一個液位測試閥門來代替高液位報警器，通過人工手動的方法來控制，當(dāng)液位達到液位測試閥門時，手動切斷進料。
(四) LNG儲罐的壓力控制
LNG儲罐的內(nèi)部壓力控制是最重要的防護措施之一，必須控制在允許的壓力范圍之內(nèi)。罐內(nèi)壓力過高或過低(出現(xiàn)負(fù)壓)，對儲罐都是潛在的危險。影響儲罐壓力的因素很多，諸如熱量進入引起液體的蒸發(fā)、充注期間液體的快速閃蒸、大氣壓下降或錯誤操作，都可能引起罐內(nèi)壓力上升。另外，如果以非常快的速度從儲罐向外排液或抽氣，有可能使罐內(nèi)形成負(fù)壓。
LNG儲罐內(nèi)壓力的形成主要是液態(tài)天然氣受熱引起蒸發(fā)所致，過多的蒸發(fā)氣體(BOG)會使儲罐內(nèi)的壓力上升。必須有可靠的壓力控制裝置和保護裝置來保障儲罐的安全。使罐內(nèi)的壓力在允許范圍之內(nèi)。在正常操作時，壓力控制裝置將儲罐內(nèi)過多的蒸發(fā)氣體輸送到供氣管網(wǎng)、再液化系統(tǒng)或燃料供應(yīng)系統(tǒng)。但在蒸發(fā)氣體驟增或外部無法消耗這些蒸發(fā)氣體的意外情況下，壓力安全保護裝置應(yīng)能自動開啟，將蒸發(fā)氣體送到火炬燃燒或放空。因此，LNG儲罐的安全保護裝置必須具備足夠的排放能力。
此外，有些儲罐還應(yīng)安裝有真空安全裝置。真空安全裝置能感受儲罐內(nèi)的壓力和當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，能夠判斷罐?nèi)是否出現(xiàn)真空。如果出現(xiàn)真空，安全裝置應(yīng)能及時地向儲罐內(nèi)部補充LNG蒸氣。
安全保護裝置(安全閥)不僅用于LNG儲罐的防護，在LNG系統(tǒng)中，LNG管路、LNG泵、氣化器等所有有可能產(chǎn)生超壓的地方，都應(yīng)該安裝足夠的安全閥0安全閥的排放能力應(yīng)滿足設(shè)計條件下的排放要求。
安全排放裝置所需的排放能力按下式計算：
式中qv——相對于空氣的流量(15.5℃，101.35kPa)，m3/h；
ф——總熱流量，kW；
γ——儲存液體的氣化相變焓，kJ/kg；
T—氣體在安全閥進口處的熱力學(xué)溫度，K；
M——氣體的相對分子質(zhì)量。
為了維修或其他目的，在安全閥和儲罐之間安裝有截止閥，將LNG儲罐和壓力安全閥、真空安全閥等隔開。但截止閥必須處在全開位置，并有鎖定裝置和鉛封。只有在安全閥需要檢修時，截止閥才能關(guān)閉，而且必須由有資質(zhì)的專管人員操作。
(五) 儲罐的安全防護
儲罐的安全防護系統(tǒng)除了壓力控制以外，LNG儲罐應(yīng)配備密度檢測設(shè)備來監(jiān)控層化和潛在的翻滾問題，以便操作員盡早采取措施。儲罐內(nèi)壁和罐底應(yīng)設(shè)有溫度儀表(RTD)來監(jiān)測溫度情況。為了儲罐的安全，所有進出口管線均在罐頂，特別注意LNG儲罐的附屬儀表系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置足夠的報警和停機裝置，以確保儲罐的安全。
三、分層的防止
防止分層的出現(xiàn)是確保液化天然氣儲存安全的重要手段。通過測量液化天然氣儲槽內(nèi)垂直方向上的溫度和密度來確定是否存在分層。一般情況下，當(dāng)液層之間的溫差大于0.2K，密度大于0.5kg/m3時，即認(rèn)為發(fā)生了分層。為了防止儲罐內(nèi)液化天然氣分層，常用的措施有：
(1) 采用正確的裝液程序。所裝液化天然氣密度大于罐內(nèi)殘存LNG時，應(yīng)采用頂裝法；小于罐內(nèi)殘存液體時，采用底裝法。密度相近時也采用底裝法。在條件允許時，將兩批密度差別較大的LNG儲存于不同的儲罐。
(2) 在液化天然氣生產(chǎn)中，嚴(yán)格控制氮含量不得超過規(guī)定的含量(如1%)。
(3) 采用混合噴嘴進液。為使新裝入的液化天然氣與罐內(nèi)不同密度的剩余液體充分混合，可在罐底加進液噴嘴，還必須使噴嘴噴出的液體能夠達到液面，并確保在湍流噴射擾動下有足夠長的時間使兩種液體混合均勻。經(jīng)噴嘴進罐的液化天然氣量至少為儲罐內(nèi)剩余液量的10倍。
(4) 通過多噴嘴進液。采用沿管長方向有多個噴嘴的立管將液化天然氣裝入儲罐內(nèi)，使進入儲罐的液體與罐內(nèi)原有的液體均勻混合。
(5) 采用攪拌器攪拌。LNG儲罐有的設(shè)有專門攪拌器攪拌液體防止分層，但在罐內(nèi)攪拌會引起LNG蒸發(fā)量的增加。實踐證明，快速抽出部分罐內(nèi)液體是一種消除分層的方法。
(6) 采用潛液泵再循環(huán)。用潛液泵將罐內(nèi)液體增壓后，經(jīng)設(shè)在罐底部的噴嘴循環(huán)進入罐內(nèi)，使罐內(nèi)液體均勻。
采用上述措施后，仍可能發(fā)生翻滾和產(chǎn)生大量蒸氣。為此，LNG儲罐設(shè)計中應(yīng)考慮：增大安全泄壓閥的排放能力，增大儲存系統(tǒng)處理釋放蒸氣的能力，增大儲罐設(shè)計壓力和工作壓力的比值等。
參考文獻
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