液化天然气的运输安全.doc

行业资料：_液化天然气的运输安全单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 11 页液化天然气的运输安全液化天然气车船运输过程的安全主要有两方面：一方面是液化天然气车船储槽的储存安全，一方面是液化天然气运输过程的安全，包括车船行驶、LNG装卸等。一、船运安全(一)LNG运输船为了液化天然气海上运输安全，LNG运输船的安全措施必须十分严格。以使用很多的MOSS球罐LNG船为例，主要的安全措施如下：(1)球罐特制。由于罐内储存超低温液体会引起内部收缩，在结构上考虑避免收缩时的压力，设置储罐的支撑固定装置；为防止储罐超压或负压，专门装设安全阀；储罐开口暴露设置在甲板上。(2)加强隔热。隔热的目的一是防止船体结构过冷；二是防止向储罐内漏入热量。LNG储槽的隔热结构由内部核心隔热部分和外层覆壁组成。针对不同的储槽日蒸发率要求，内层核心隔热层的厚度和材料也不同，LNG储槽的隔热板采用多层结构，由数层泡沫板组合而成。所采用的有机材料泡沫板需要满足低可燃性、良好的绝热性和对LNG的不溶性。在MOSS型船的球形储罐中，沿舱裙结构的漏热通常要占储罐总漏热量的30%，采用一块不锈钢板插在铝和钢质裙之间形成热阻，可明显减少漏热，日蒸发率从通常的0.2%降到0.1%。(3)BOG处理。LNG储槽的隔热结构并不能完全防止LNG的蒸发，每天仍会有0.150.3%的蒸发量。这些蒸发气体(BOG)可以用作LNG船发动机燃料和其他加热设备的燃料。为了船舶的安全经济运行，采用再液化装置可以控制低温液体的压力和温度。为保证储存安全，也可以减小储槽保温层厚度，降低船舶造价，增加运量。(4)采用二次阻挡层。在球罐泄漏时，把已泄漏的LNG保留一定时间，使船体构件不要降低到它的允许温度以下。以避免船体发生损坏或着火爆炸的重大事故。(5)采用双层壳体。在船舶的外壳体和储槽间形成保护空间，从而减小了槽船因碰撞导致储槽意外破裂的危险性。(6)为了安全，设置各种计量、测量和报警设施。(二)船舶装卸LNG船舶运输安全，除了LNG船舶安全外，船舶装卸安全也是重要方面。为此，在卸载设施、储罐和其他相关部位上必须采用相应的安全措施。(1)卸载设施。在卸料臂上安装紧急关闭(ESD)阀和卸料臂紧急脱离系统(ERS)；LNG装船泵安装紧急关闭装置。(2)储罐。为防止装满系统，将装船泵和储罐灌注管路上的ESD阀隔开；断开装置可人工或自动操作；使用液位报警器；防止超压或负压，采用导向操纵安全阀和自压安全阀。(3)其他措施。LNG码头和靠近卸料臂处、蒸发器、LNG泵等位置设置低温探测器；在LNG建筑物内、管线法兰、卸料臂及蒸发器旁设置气体探测器；在LNG建筑物内、储罐顶盖上、码头及工艺区设置火警探测器。二、车运安全(一)LNG汽车槽车LNG槽车的安全主要是防止超压和消除燃烧的可能性(禁火、禁油、消除静电)。1.防止超压防止槽车超压的手段主要是设置安全阀和爆破片等超压泄放装置。根据低温领域的运行经验，在储罐上必须有两套安全阀在线安装的双路系统，并设一个转换，当其中一路安全阎需要更换或检修时，可以转换到另一路上，维持至少一套安全阀系统在线使用。在低温系统中，安全阀由于冻结而不能及时开启所造成的危险应该引起重视。安全阀冻结大多是由于阀门内漏，低温介质不断通过阀体而造成的。一般通过目视检查安全阀是否结冰或结霜来判断。发现问题必须及时更换。为了运输安全，槽车上除了设置安全阀和爆破片外，还可以设置公路运输泄放阀。在槽车的气相管路上设置一个降压调节阀，作为第一道安全保护，该阀的泄放压力远低于罐体的最高工作压力和安全阀起跳压力。它仅在槽车运行时与气相空间相通；而在罐车装载时，用截止阀隔离降压调节阀使其不起作用。泵送LNG槽车上工作压力低，设置公路运输泄放阀的作用是：(1)罐内压力低，降低了由静压引起的内筒压力，有利于罐体的安全保护；(2)如果罐内压力升高，降压调节阀先缓慢开启以降低压力，防止因安全阀起跳压力低而造成LNG的突然大流量泄放，既提高了安全性，又防止了LNG的外泄；(3)罐体的液相管、气相管出口处应设置紧急切断阀，该阀一般为气动的球阀或截止阀，通气开启，放气截止，阀上的汽缸设置易熔塞，易熔塞为伍德合金，其熔融温度为(705)。当外界起火燃烧温度达到70时，易熔塞熔化，在内部气压(0.1MPa)作用下，将熔化了的伍德合金吹出并泄压。泄压后的紧急切断阀在弹簧作用下迅速关闭，达到截断装卸车作业的目的。2.其他为了防止着火，消除LNG槽车周围的燃烧条件也是十分重要的。(1)置换充分LNG储槽使用前必须用氮气对内筒和管路进行吹扫置换，直至含氧量小于2.0%为止，然后再用产品气进行置换至纯度符合要求。(2)静电接地LNG槽车必须配备导静电接地装置，以消除装置静电；另外，在车的前后左右两侧均配有4只灭火机，以备有火灾险情时应急使用。(3)阻火器安全阀和放空阀的出口汇集总管上应安装阻火器。阻火器内装耐高温陶瓷环，当放空口处出现着火时，防止火焰回火，起到阻隔火焰作用，保护设备安全。(二)汽车装卸LNG公路运输安全，除了LNG槽车安全外，汽车装卸安全也是重要方面。为此，在装卸设施、储罐和其他相关部位上必须采用相应的安全措施。(1)装卸设施。在装卸臂上安装紧急关闭(ESD)阀；LNG装车泵安装紧急关闭装置。(2)储罐。为防止装满系统，将装车泵和储罐灌注管路上的ESD阀隔开；断开装置可人工或自动操作；使用液位报警器；防止超压或负压，采用导向操纵安全阀和自压安全阀。(3)其他。LNG装卸车场、蒸发器、LNG泵等处设置低温探测器；在LNG建筑物内、管线法兰、装卸臂及蒸发器旁设置气体探测器；在LNG建筑物内、储罐顶盖上、装卸车场及工艺区设置火警探测器。参考文献3顾安忠等.液化天然气技术.北京：机械工业出版社，xx4徐孝先等.液化天然气的运输方式及其特点.油气储运，Vok25第25卷xx.3第 5 页 共 11 页液化天然气运输中的翻滚现象及预防引言目前，国际石油价格仍处于高位，各国将能源消费纷纷转向天然气，不少国家准备大量进口天然气。因此，对天然气的海上运输工具-液化天然气(LNG)船的需求量将显著增加，对液化天然气船舶管理的要求也越来越高。天然气液态储存是将经过脱水、脱烃和脱酸等净化处理的天然气，在常压下通过制冷降温至-162左右进行液态储存。液态储存天然气可以将天然气的体积缩小600多倍。【1】LNG在充注和储存过程中，由于其中组分密度的不同，就有可能出现翻滚(rollover现象。发生翻滚现象时，根据现有设备能力，应该可以将汽化气输出，而事实上，由于这种汽化是在瞬间产生的，并且量极大，很难将其及时排出，这样就会造成储罐瞬间超压，对设备造成损害，影响其使用寿命。所以，预防翻滚现象的发生，对保障船舶安全营运具有很大的意义。1翻滚现象及产生的原因1.1翻滚现象分析及分类翻滚现象是指两层不同密度的LNG在储罐内迅速上下翻动混合，瞬间产生大量的汽化气的现象。在发生翻滚现象时，罐内LNG的汽化量为平时自然蒸发量的1050倍，这样将会导致储罐内的气压迅速上升并超过设定的安全压力，使储罐出现超压现象。如果不及时通过安全释放阀排放，就有可能造成贮槽的机械损伤，对设备造成损坏，同时大量排放蒸发气，不仅造成经济上的损失，对环境也造成污染。【2】一般LNG的组分为氮气、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷。因产地不同，其成分可能略有变化。翻滚从现象来看分成两类：LNG贮罐在长期贮存中，因其中较轻的组分(主要是N2和CH4)优先蒸发，而自发形成翻滚现象。LNG贮罐中原来留有液化天然气，在充装密度不同、温度不同的新LNG一段时同(几个小时甚至几十天)后，突然产生翻滚的现象。【34】翻滚是一种热不稳定性现象，这种热不稳定性是由密度变化引起的，其产生的必要条件是分层界面受到扰动。界面扰动既包括“边界层穿透”，也包括界面的“涡旋混合”。分层界面的破坏首先出现在流动边界层，因为此处的流动最为活跃，但是由于边界层流动只局限在分界面附近，因此它对分层界面的直接破坏仅仅发生在流动边界层内。除边界层穿透破坏之外，上层液体的射流作用也会破坏分层循环流动，因为上层液体的射流冲击作用既可以直接破坏分层界面，又可通过“涡漩混合”不断扩大其破坏范围。也就是说，LNG的翻滚实际上是一种剧烈蒸发的过程。在储罐中，密度小的液体会集聚在密度大的液体之上，抑制了下层液体的挥发。当储罐内的LNG出现明显的分层现象时，由于上层LNG静压的抑制作用，使得外界传人的热量无法通过下层的LNG液体的蒸发而散失，导致下层LNG处于过饱和状态，下层液体就会温度升高，少量的N2就会首先汽化，破坏两层液体的界面，使得LNG储罐内出现扰动，也就是翻滚现象。如果储罐内上层的LNG密度大于下层，下层LNG突然上升，导致边界层破坏，液体挥发，产生剧烈扰动，储罐内的温度上升，压力也急剧上升，使翻滚现象进一步加剧。1.2翻滚现象产生的原因(1)储罐内LNG由于各组分密度不同，导致密度大的组分在下，密度小的组分在上，密度差会形成分层，有时即使仅差1kg/m3也会分层，而分层是引发翻滚的第一步。有关资料介绍，如果储罐内LNG有两层，当其密度差为6.9kg/m3时，存放72h后就会产生翻滚现象。【1】(2)LNG进储罐的温度有细微变化，引起LNG的密度稍有变化，温度高的LNG密度较小，温度低的LNG密度较大，密度小的液体上浮，密度大的液体在下，产生分层的现象。一般的，当温差为0.79K时，存放72h后将产生翻滚现象。(3)由于不同阶段添加的LNG的组分不同，导致新日LNG的两层液体密度不同，罐内液体存在密度差，产生分层现象，在存储和运输过程中就会有扰动现象，剧烈的扰动就是翻滚现象。2翻滚现象的预防2.1LNG分层的检测由于LNG分层是引发翻滚的前提，因此，在实际操作过程中如何检测LNG分层非常重要。一般可以采取下列方法检测LNG分层情况：(1)沿LNG储罐高度设置测温点，间距可为2.8m左右，一般当温差高达-14左右时，就有可能出现翻滚现象。这时为防止翻滚事故，就应该对储罐进行冷却。(2)监测新灌入的LNG与储罐内剩余LNG的密度差，也可以通过两者的热值差来监测。如果差值较大，应考虑出现翻滚的可能性。一般当密度差达5kg/m3时，就要引起注意，应该采用进行循环的方法来消除密度差。(3)监测LNG的蒸发速度。LNG分层会抑制LNG的蒸发速度，使得出现翻滚前的蒸发速度比通常情况下的蒸发速度低。采用压力表监测罐内压力时，大气压的变化会影响对LNG蒸发速度时监测，可以采用绝对压力监测或记录大气压的变化。2.2LNG分层和翻滚的预防根据翻滚产生的机理，可以采取以下方法防止LNG分层和翻滚：(1)分别贮存。这是防止分层的较好方法，即将密度不同的LNG储存于不同的储罐中。但这需要多个储罐，使营运不仅经济，而且操作方便。(2)充分搅拌所有灌入储罐的LNG，消除密度差，防止LNG的分层。一般采用循环泵进行循环(即用LNG泵由储罐下部到上部打回流)的方法来使储罐中的组分充分混合。(3)控制灌入储罐LNG组成成分的密度变化范围，尽可能减小组分的密度差。对于大型LNG储罐，充分搅和比较困难。一旦发生LNG翻滚，汽化后的大量天然气难以及时通过安全释放阀排放。为了防止发生事故，设置安全释放阀、放散火炬、回收压缩系统等，防止LNG蒸发、翻滚造成储罐超压。一般同时采用上述两个措施，并且尽量使一个储罐仅用来储存同一产地的LNG，控制其组分的变化范围，从而防止LNG的翻滚现象。一般灌入储罐的LNG的密度差尽量控制在15kg/m3以内。(4)选择正确的充注方法。根据需要装载的LNG与货舱内原有的LNG密度有差异，正确选择充注方法，可有效地防止分层。充注方法的选择一般应遵循以下原则密度相近时，一般底部充注。将密度小的LNG充注到密度大的LNG货舱中时，应该采用底部充注的办法。将密度大的LNG充注到密度小的LNG货舱中时，应该采用顶部充注的办法。采用多孔管充注。多孔管即在充液管上开有一定数目的小孔，使用多孔管充注可使充注的新LNG和原有的LNG充分混合，从而壁面分层。根据经验，为了避免分层现象，在液化过程中，应注意分析进料天然气组分，不要有较大的密度差(密度差应尽量小于15kg/m3)。否则采取LNG不进储罐，直接进入汽化器。汽化后再输到外界管网进行循环的方式。进液过程中，选择将温度较低的LNG从罐顶部灌入。将温度较高的LNG从罐底部灌入，使充液过程也成为不同密度的LNG混合的过程，从而防止LNG分层，避免翻滚现象的产生。3结束语LNG罐船营运实践表明，LNG在货舱内因液体组分的密度不同，造成LNG的剧烈混合蒸发，即“翻滚”的非稳性现象。发生翻滚时，伴随LNG大量蒸发，舱内压力迅速升高，对LNG船舶的安全产生很大的威胁。如果在发生翻滚现象时将储罐的安全释放阀打开，就会造成大量天然气放空，污染环境，影响LNG船营运的经济性。因此对翻滚现象必须引起足够重视，采取积极有效的方法加以防范。第 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