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LNG储存过程中出现翻滚现象 原因及控制措施是什么

2017-6-15 12:40| 发布者: 忻忻| 查看: 117| 评论: 0

摘要: LNG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 ...


LNG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。


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。


(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72 h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。


翻滚现象的预防


LNG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。


LNG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:


①密度相近时,一般底部充注。


②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。


③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。


④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。


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