(二) LNG儲(chǔ)罐的充注對(duì)于任何需要充注LNG或其他可燃介質(zhì)的儲(chǔ)罐(或管路)，如果儲(chǔ)罐(或管路)中是空氣，不能直接輸入LNG，需要對(duì)儲(chǔ)罐(或管路)進(jìn)行惰化處理，避免形成天然氣與空氣的混合物。如，儲(chǔ)罐(包括管路系統(tǒng))在首次充注LNG之前和LNG儲(chǔ)罐在需要進(jìn)行內(nèi)部檢修時(shí)，修理人員進(jìn)去作業(yè)之前，也不能直接將空氣充如充滿天然氣的儲(chǔ)罐內(nèi)，而是在停止使用以后，先向儲(chǔ)罐內(nèi)充如惰化氣體，然后再充入空氣，操作人員方能進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)進(jìn)行檢修。惰化的目的是要用惰性氣體將儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)罐內(nèi)的空氣，使罐內(nèi)的氣體中的含氧量達(dá)到安全的要求。用于惰化的惰性氣體，可以是氮?dú)?、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(chǔ)罐中的惰性氣體置換出來，這個(gè)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(chǔ)罐，將儲(chǔ)罐中的惰性氣體置換出來，使儲(chǔ)罐中不存在其他氣體。純化工作完成之后，方可進(jìn)入冷卻降溫和LNG的加注過程。為了使惰化效果更好，惰化時(shí)需要考慮惰性氣體密度與儲(chǔ)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(duì)密度見表4-10。
表4-10 天然氣各組分與空氣的相對(duì)密度
介質(zhì)名稱 | 相對(duì)分子質(zhì)量 | 相對(duì)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(jìn)行惰化處理，處理方法是一樣的。
(三) LNG儲(chǔ)罐的最大充裝容量
低溫液化氣體儲(chǔ)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(chǔ)罐充滿。充灌低溫液體的數(shù)量與介質(zhì)特性，與設(shè)計(jì)的工作壓力有關(guān)，LNG儲(chǔ)罐的最大充注量對(duì)安全儲(chǔ)存有著非常密切的關(guān)系?？紤]到液體受熱后的體積將會(huì)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(chǔ)罐安全排放閥的設(shè)定壓力和充注時(shí)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(chǔ)罐的最大許用工作壓力為0.48MPa，充裝時(shí)的壓力為0.14MPa，則根據(jù)圖4-10查得最大裝填容積是儲(chǔ)罐有效容積的94.3%。
LNG充灌數(shù)量主要通過儲(chǔ)罐內(nèi)的液位來控制。在LNG儲(chǔ)罐中設(shè)置了液位指示裝置，是觀測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)部液位的“眼睛”，對(duì)儲(chǔ)罐的安全至關(guān)重要。液化天然氣儲(chǔ)罐應(yīng)當(dāng)裝備有兩套獨(dú)立的液位測(cè)量裝置。在選擇測(cè)量裝置時(shí)，應(yīng)考慮密度變化對(duì)液位的影響。液位計(jì)的更換應(yīng)在不影響儲(chǔ)罐正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行。以保證隨時(shí)可以對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)的液位進(jìn)行檢測(cè)。
除了液位測(cè)量裝置以外，儲(chǔ)罐還應(yīng)裝備高液位報(bào)警器，使操作人員有充足的時(shí)間停止充注，不致于使液位超過允許的最大液位高度。報(bào)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(duì)于容量比較小的儲(chǔ)罐(265m3以下)，允許裝備一個(gè)液位測(cè)試閥門來代替高液位報(bào)警器，通過人工手動(dòng)的方法來控制，當(dāng)液位達(dá)到液位測(cè)試閥門時(shí)，手動(dòng)切斷進(jìn)料。
(四) LNG儲(chǔ)罐的壓力控制
LNG儲(chǔ)罐的內(nèi)部壓力控制是最重要的防護(hù)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(duì)儲(chǔ)罐都是潛在的危險(xiǎn)。影響儲(chǔ)罐壓力的因素很多，諸如熱量進(jìn)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(cuò)誤操作，都可能引起罐內(nèi)壓力上升。另外，如果以非?？斓乃俣葟膬?chǔ)罐向外排液或抽氣，有可能使罐內(nèi)形成負(fù)壓。
LNG儲(chǔ)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(huì)使儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力上升。必須有可靠的壓力控制裝置和保護(hù)裝置來保障儲(chǔ)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(shí)，壓力控制裝置將儲(chǔ)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(hù)裝置應(yīng)能自動(dòng)開啟，將蒸發(fā)氣體送到火炬燃燒或放空。因此，LNG儲(chǔ)罐的安全保護(hù)裝置必須具備足夠的排放能力。
此外，有些儲(chǔ)罐還應(yīng)安裝有真空安全裝置。真空安全裝置能感受儲(chǔ)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(shí)地向儲(chǔ)罐內(nèi)部補(bǔ)充LNG蒸氣。
安全保護(hù)裝置(安全閥)不僅用于LNG儲(chǔ)罐的防護(hù)，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(jì)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(jì)算：
式中qv——相對(duì)于空氣的流量(15.5℃，101.35kPa)，m3/h；
ф——總熱流量，kW；
γ——儲(chǔ)存液體的氣化相變焓，kJ/kg；
T—?dú)怏w在安全閥進(jìn)口處的熱力學(xué)溫度，K；
M——?dú)怏w的相對(duì)分子質(zhì)量。
為了維修或其他目的，在安全閥和儲(chǔ)罐之間安裝有截止閥，將LNG儲(chǔ)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(shí)，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(chǔ)罐的安全防護(hù)
儲(chǔ)罐的安全防護(hù)系統(tǒng)除了壓力控制以外，LNG儲(chǔ)罐應(yīng)配備密度檢測(cè)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(chǔ)罐內(nèi)壁和罐底應(yīng)設(shè)有溫度儀表(RTD)來監(jiān)測(cè)溫度情況。為了儲(chǔ)罐的安全，所有進(jìn)出口管線均在罐頂，特別注意LNG儲(chǔ)罐的附屬儀表系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置足夠的報(bào)警和停機(jī)裝置，以確保儲(chǔ)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(chǔ)存安全的重要手段。通過測(cè)量液化天然氣儲(chǔ)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(shí)，即認(rèn)為發(fā)生了分層。為了防止儲(chǔ)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(shí)，應(yīng)采用頂裝法；小于罐內(nèi)殘存液體時(shí)，采用底裝法。密度相近時(shí)也采用底裝法。在條件允許時(shí)，將兩批密度差別較大的LNG儲(chǔ)存于不同的儲(chǔ)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(jìn)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(jìn)液噴嘴，還必須使噴嘴噴出的液體能夠達(dá)到液面，并確保在湍流噴射擾動(dòng)下有足夠長的時(shí)間使兩種液體混合均勻。經(jīng)噴嘴進(jìn)罐的液化天然氣量至少為儲(chǔ)罐內(nèi)剩余液量的10倍。
(4) 通過多噴嘴進(jìn)液。采用沿管長方向有多個(gè)噴嘴的立管將液化天然氣裝入儲(chǔ)罐內(nèi)，使進(jìn)入儲(chǔ)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(chǔ)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(huì)引起LNG蒸發(fā)量的增加。實(shí)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(jìn)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(chǔ)罐設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮：增大安全泄壓閥的排放能力，增大儲(chǔ)存系統(tǒng)處理釋放蒸氣的能力，增大儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力和工作壓力的比值等。
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