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1、液化天然气的分层与涡旋分析了呃 的特点以及在储存过程中存在的危险因素，论述了 LNG在储存过程中产生老化、分层及涡旋的原理，探讨了预 防LNG发生涡旋的措施。关键词：LNG;低温储存；老化；分层；涡旋Stratification and Rollover of Liquefied Natural GasCHEN Dong ， JIA0 Xiao-jieAbstract: The characteristics of LNG and the risk factors existed during storage of LNG are analyzed. The principles of agi
2、ng ， stratification and rollover produced during storage of LNG are described. Some measures for preventing LNG rollover are discussed.Key words : liquefied natural gas( LNG) ； low-temperature storage ； aging； stratification； rollover1 概述随着地球大气环境不断恶化，人类环保意识日趋成熟，天然气作为一种清洁能源以 其独有的优越特性在世界范围内得到了快速应用和推广
3、1。天然气作为被世界公认的清洁能源已经在我国得到了快速发展。从地域上讲,天然 气产出地如新疆、陕甘地区、四川、山西、内蒙古等地，以及得益于西气东输、川气东 送等大型长输管线建设的华北、华中、华南地区，通过海洋石油天然气的开采和通过LNG 槽船大规模进口液化天然气的东南沿海地区，对天然气的利用都日新月异。随着CNG长 管气瓶车和低温真空LNG槽车技术的发展，天然气运输的安全性不断提高,许多远离天然 气气源和输气管线的中小城市也开始使用这一清洁能源。从使用领域上讲,天然气作为 民用燃气可以替代传统的燃料（如木柴、煤炭和石油等）；CNG和LNG还可以作为汽车的燃 料用来代替汽油和柴油，不仅节省费用，
4、而且保护环境；在工业上，天然气可以应用在 钢铁、纺织、陶瓷玻璃制品和发电等多个领域。 2009 年，随着全球经济的复苏以及中 国政府各项经济政策的刺激，天然气工业更呈现了蓬勃发展的势头。随着LNG工业的高速发展，其安全性越来越得到人们的重视。分层和涡旋是LNG在 储存过程中偶然发生的灾害性事故3。本文对低温储罐内LNG发生分层和涡旋现象的原 理和预防措施进行了探讨。2 LNG的特点LNG是天然气经过脱水、脱酸、脱重烃等净化工艺后，再通过多种手段降温液化得到 的以甲烷为主要组分的混合物。LNG作为能源有其特有的优越性。首先，它的密度约是 标准状态下甲烷的625倍，比气态天然气更有利于输送和储存；
5、其次,LNG的燃点约为 650C,比汽油、柴油更难点燃，-106.7 C以上的LNG蒸气比空气轻，因而稍有泄漏立即 挥发；再次，LNG比气态天然气的杂质少，燃烧排放物更环保3 LNG的储存LNG储存的温度与其应用环节有关，对于LNG工厂来说，生产出来的LNG温度越低， 越有利于储存和运输，所以LNG温度可以达到T60 C以下，饱和蒸气压接近大气压。当 LNG运输到下游环节，作为燃料给LNG汽车加注时，由于LNG汽车发动机的要求，LNG的温度必须提高。4 LNG的危险因素 LNG泄漏后会气化成爆炸极限为5%15%的气态天然气,一旦积聚容易燃烧爆炸， 产生危害。 由于温度过低，泄漏后容易对人体造成
6、低温冻伤。 泄漏后产生的LNG蒸气由于温度很低，吸入人体后会伤害肺部，而且容易使人窒息。 LNG还可能在储罐内产生分层和涡旋现象，引发事故。5 LNG的分层与涡旋 LNG在储罐内的自然对流低温储罐内LNG的自然对流见图1。从LNG储罐底部及侧壁进入的热量,不断为与储罐 壁接触的LNG边界层加热。边界层的LNG吸收热量后膨胀，密度减小，当此部分LNG所受 的浮力大于其所受的压力时，就会沿着储罐壁向上运动。由于其温度略高于罐内其他液 体，当运动到液面顶部时，其中一部分蒸发进入气相空间，气相空间的压力随着温度的 升高而升高并保持平衡。这就是储罐内LNG自然对流的过程。尽管此过程不易被人察觉， 实际上
7、自然对流是非常强烈的，当气相空间的压力超过限定压力后可通过安全阀或其他 泄压方式泄放气体，以保证LNG储罐的安全。边界E1低溫储罐内LNG的自然誠越LNG的分层尽管LNG要比气态天然气杂质少得多,但它仍然是一种多组分混合物。LNG的主要组分是CH,此外还有少量的CH、CH及N等。在储存过程中，各组分的蒸发量比例会与4 2 6 3 8 2初始时LNG不同，因而会导致LNG的组成和密度发生变化。例如，当LNG中N含量较高时, 2由于N是LNG中挥发性最强的组分（沸点为T95.6 C），它比甲烷和其他碳氢化合物先蒸 2 发，又由于N2的相对分子质量比CH4大得多，随着N2的蒸发，LNG的整体密度不断
8、减小。反之，当LNG中N含量较低，而碳氢化合物含量相对较高时，CH的挥发占主导地位，又24由于CH。的相对分子质量比其他碳氢化合物小，随着CH4的蒸发，LNG的密度不断增大。 总之，随着时间的推移，LNG的组成和密度与刚进入储罐时LNG的组成和密度不同，这个 过程叫作老化。LNG老化只是形成分层的一个原因，老化的LNG与新充入的LNG由于密度不同就会产生分层。造成分层还有可能是其他原因，如新充入的LNG的产地与储罐内LNG的产地不同, 生产工艺也可能不同，这就会导致LNG的组成和密度也不同。又如，新充入的LNG与储罐 内LNG的温度不同，也可能产生分层。产生分层是LNG发生涡旋的必要条件。 涡
9、旋的发生当LNG产生分层后，上层较轻的LNG自然对流，由于其与气相空间相邻，可通过不断 蒸发来释放热量。下层较重的LNG吸收储罐底部及侧壁的热量，其边界层的LNG由于密度 减小，由浮力驱动向上运动。当运动到分层面时，由于浮力较小，上升液体不足以穿透 分层面到达上层，下层LNG只能处于一种内部对流状态。上下两层对流独立进行，见图 2。由于不断与外界进行微弱的热交换，下层LNG温度不断上升，随着温度的升高，密度 相应减小。当上下两层的密度足够接近时发生快速混合，下层积聚的热量突然释放出来， 同时伴随着LNG表面蒸发率的骤增，几乎可达到正常情况下蒸发率的250倍。蒸发产生 的大量气体，引起储罐内压力
10、突然增大，导致大量天然气排空，造成严重浪费，甚至破 坏储罐的安全设施。还可能毁坏储罐及工艺系统，导致喷射低温液体，引起爆炸或火灾， 严重威胁人员和财产安全。图2低温储罐內LNG的分屁隔6 涡旋的预防涡旋是由于大量的热量积聚到储罐内一部分LNG中又突然释放出来的结果。尽管不 是经常发生，但涡旋仍然是LNG储存过程中需要重点预防的事故。国外发生的影响最大 的两起由于涡旋而引发的事故：一是1971年意大利SNAM LNG储配站事故，造成近140t 的LNG气化放空；二是1993年英国燃气公司的一处LNG储配站的事故，造成150t的LNG 损失。我国2005年长沙星沙LNG储配站泄漏事故也是由于球形储
11、罐中LNG产生分层和涡 旋而引发的。在实际应用过程中，尤其是一些容积比较小的低温储罐，由于没有必需的检测设备， 分层很难被检测出来。这就使涡旋现象具有不可预见的特点， 但这并不妨碍我们对涡旋 的预防，预防涡旋的主要手段就是要防止分层的产生，主要有以下几种措施。 低温储罐内的LNG尽量来自同一产地、同一气源。 如果产地和气源不同造成LNG组成和温度不同，或是由于储罐内LNG静置时间过长 而老化后又新充入LNG，此时可根据情况分别选择从储罐底部或顶部进液的充装方法， 并且使用多孔管充注，这样可使新的LNG与原储罐中的LNG充分混合，有效防止分层。 当需要调节储罐内的气相压力时，经过气化后的天然气应从储罐底部进入罐内, 气体在罐内上升的过程中，也对储罐内LNG产生搅拌的作用，可预防分层。 设计合理的安全放散系统，储罐一旦发生涡旋，能尽可能地迅速排空，最大限度 地保证人民生命和财产安全。
