LNG的低溫常壓儲存是在液化天然氣的飽和蒸氣壓接近常壓時的溫度進(jìn)行儲存，也即是將LNG作為一種沸騰液體儲存在絕熱儲罐中。常壓下LNG的沸點在-162℃左右，因此LNG的儲存、運(yùn)輸、利用都是在低溫狀態(tài)下進(jìn)行的。低溫特性除了表現(xiàn)在對LNG系統(tǒng)的設(shè)備、管道的材料要注意防止低溫條件下的脆性斷裂和冷收縮對設(shè)備和管路引起的危害外，也要解決系統(tǒng)保冷、蒸發(fā)氣處理、泄漏擴(kuò)散以及低溫灼傷等方面的問題。
一、隔熱保冷
LNG系統(tǒng)的保冷隔熱材料應(yīng)滿足導(dǎo)熱系數(shù)小、密度低、吸濕率和吸水率小、抗凍性強(qiáng)的要求，并在低溫下不開裂、耐火性好、無氣味、不易霉?fàn)€、對人體無害、機(jī)械強(qiáng)度高、經(jīng)久耐用、價格低廉、方便施工等要求。
二、蒸發(fā)特性
LNG是作為沸騰液體儲存在絕熱儲罐中。外界任何傳入的熱量都會引起一定量液體蒸發(fā)成為氣體，這就是蒸發(fā)氣(BOG)。蒸發(fā)氣的組成與液體組成有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)狀況下蒸發(fā)氣密度是空氣的60%。
當(dāng)LNG壓力降至沸點壓力以下時，將有一定量的液體蒸發(fā)而成為氣體，同時液體溫度也隨之降到其在該壓力下的沸點，這就是LNG的閃蒸。通過烴類氣體的氣液平衡計算，可得到閃蒸氣的組成及氣量。當(dāng)壓力在100～200kPa范圍內(nèi)時，1m3處于沸點下的LNG每降低1kPa壓力時，閃蒸出的氣量約為0.4kg。當(dāng)然，這與LNG的組成有關(guān)，以上數(shù)據(jù)可作估算參考。由于壓力、溫度變化引起的LNG蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸發(fā)氣的處理是液化天然氣儲存運(yùn)輸中經(jīng)常遇到的問題。
三、泄漏特性
LNG傾倒在地面上時，起初迅速蒸發(fā)，然后當(dāng)從地面和周圍大氣中吸收的熱量與LNG蒸發(fā)所需的熱量平衡時便降至某一固定的蒸發(fā)速度。該蒸發(fā)速度的大小取決于從周圍環(huán)境吸收熱量的多少。不同表面由實驗測得的LNG蒸發(fā)速度如表2-4[2]所示。
表2-4 LNG蒸發(fā)速度kg/(m2·h)
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材料
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60s后蒸發(fā)速度
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骨料
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480
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濕沙
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240
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干沙
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195
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水
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190
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標(biāo)準(zhǔn)混凝土
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130
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輕膠體混凝土
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65
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LNG泄漏到水中時產(chǎn)生強(qiáng)烈的對流傳熱，以致在一定的面積內(nèi)蒸發(fā)速度保持不變。隨著LNG流動泄漏面積逐漸增大，直到氣體蒸發(fā)量等于漏出液體所能產(chǎn)生的氣體量為止。
泄漏的LNG開始蒸發(fā)時，所產(chǎn)生的氣體溫度接近液體溫度，其密度大于環(huán)境空氣。冷氣體在未大量吸收環(huán)境空氣中熱量之前，沿地面形成一個流動層。當(dāng)從地面或環(huán)境空氣中大量吸收熱量以后，溫度上升時，氣體密度小于環(huán)境空氣。形成的蒸發(fā)氣和空氣的混合物在溫度繼續(xù)上升過程中逐漸形成密度小于空氣的云團(tuán)。云團(tuán)的膨脹和擴(kuò)散與風(fēng)速和大氣的穩(wěn)定性有關(guān)。LNG泄漏時，由于液體溫度很低，大氣中的水蒸氣也被冷凝而形成“霧團(tuán)”，這是可見的，可以作為可燃性云團(tuán)的示蹤物，指示出云團(tuán)的區(qū)域范圍。泄漏的LNG以噴射形式進(jìn)入大氣，同時進(jìn)行膨脹和蒸發(fā)，還進(jìn)行與空氣的劇烈混合。大部分LNG包在初始形成的類似溶膠的云團(tuán)之中，在進(jìn)一步與空氣混合的過程中完全氣化。
LNG與外露的皮膚短暫地接觸，不會產(chǎn)生什么傷害，可是持續(xù)地接觸，會引起嚴(yán)重的低溫灼傷和組織損壞。
四、儲存特性
(一) 分層
LNG是多組分混合物，因溫度和組分的變化會引起密度變化，液體密度的差異使儲罐內(nèi)的LNG發(fā)生分層。一般，罐內(nèi)液體垂直方向上溫差大于0.2℃、密度差大于0.5kg/m3時，認(rèn)為罐內(nèi)液體發(fā)生了分層。LNG儲罐內(nèi)液體分層往往是因為充裝的LNG密度不同或是因為LNG氮含量太高引起的。
(二) 翻滾
若儲罐內(nèi)的液體已經(jīng)分層，被上層液體吸收的熱量一部分消耗于液面液體蒸發(fā)所需的潛熱，其余熱量使上層液體溫度升高。隨著蒸發(fā)的持續(xù)，一上層液體密度增大，下層液體密度減小，當(dāng)上下兩層液體密度接近相等時，分層界面消失，液層快速混合并伴隨有液體大量蒸發(fā)，此時的蒸發(fā)率遠(yuǎn)高于正常蒸發(fā)率，出現(xiàn)翻滾。
翻滾現(xiàn)象的出現(xiàn)，在短時間內(nèi)有大量氣體從LNG儲罐內(nèi)散發(fā)出來，如不采取措施，將導(dǎo)致設(shè)備超壓。
(三) 快速相態(tài)轉(zhuǎn)變(RPT)
兩種溫差極大的液體接觸時，若熱液體溫度比冷液體沸點溫度高1.1倍，則冷液體溫度上升極快，表面層溫度超過自發(fā)成核溫度(當(dāng)液體中出現(xiàn)氣泡時)，此過程熱液體能在極短時間內(nèi)通過復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理以爆炸速度產(chǎn)生大量蒸氣，這就是LNG或液氮接觸時出現(xiàn)RPT現(xiàn)象的原因。LNG溢入水中而產(chǎn)生RPT不太常見，且后果也不太嚴(yán)重。
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