1、LNG投产培训系列LNG的性质、生产、储运及应用,一、液化天然气的性质,一、液化天然气 liquefied natural gas 一种在液态状况下的无色流体,主要由甲烷组成,组分可能含有少量乙烷,丙烷、氮或通常存在于天然气中的其他组分 LNG是以甲烷为主要组分的烃类混合物,其中含有通常存在于天然气中少量的乙烷、丙烷、氮等其他组分。 甲烷及其他天然气组分的物理学和热力学性质可以在有关的参考书(参见附录A)和热力学计算手册中查到。 本标准所涉及的LNG,甲烷的含量应高于75,氮的含量应低于5。 虽然LNG的主要组分是甲烷,但是不能以纯粹的甲烷去推断LNG的理化性质。 分析LNG的组分时,应该特别
2、注意的是要采取有代表性的样品,避免因蒸馏效应产生不真实的分析结果。,液化天然气的性质,最常用的分析方法是分析一小股连续蒸发的生成物,分析中使用一种专门设计的装置以便能提供未经分馏的液体的具有代表性的气态样品。另一种方法是在产生主要生成物的蒸馏器出口处提取样品。该样品可用常规的气相色谱法分析,如ISO 6568或ISO 6974中所述的那些方法。密度 LNG的密度取决于其组分,通常在430 kgm3470 kgm3之间,但是在某些情况下可高达520kgm3。密度还是液体温度的函数,其变化梯度约为135 kgm3。密度可以直接测量,不过通常是用经过气相色谱法分析得到的组分通过计算求得。,液化天然气
3、的性质,温度 LNG的沸腾温度取决于其组分,在大气压力下通常在一166到一157C之间。沸腾温度随蒸气压力的变化梯度约为12510-4Pa。 LNG的温度通常用ISO 8310中确定的铜铜镍热电偶或铂电阻温度计测量。,液化天然气的性质,蒸发气的物理性质 LNG作为一种沸腾液体大量的储存于绝热储罐中。任何传导至储罐中的热量都会导致一些液体蒸发为气体,这种气体称为蒸发气。其组分与液体的组分有关。一般情况下,蒸发气包括20的氮,80的甲烷和微量的乙烷。其含氮量是液体LNG中含氮量的20倍。当LNG蒸发时,氮和甲烷首先从液体中气化,剩余的液体中较高相对分子质量的烃类组分增大。 对于蒸发气体,不论是温度
4、低于-113的纯甲烷,还是温度低于-85含20氮的甲烷,它们都比周围的空气重。在标准条件下,这些蒸发气体的密度大约是空气密度的06倍。,液化天然气的性质,闪蒸(flash) 如同任何一种液体,当LNG已有的压力降至其沸点压力以下时,例如经过阀门后,部分液体蒸发,而液体温度也将降到此时压力下的新沸点,此即为闪蒸。由于LNG为多组分的混合物,闪蒸气体的组分与剩余液体的组分不一样,其原因与上面531节中所述的原因类似。作为指导性数据,在压力为1105Pa2105Pa时的沸腾温度条件下,压力每下降ll03Pa,1m3的液体产生大约04 kg的气体。较精确地计算闪蒸如LNG类多组分液体所产生的气体和剩余
5、液体的数量及组分都是复杂的。应用有效的热力学或装置模拟的软件包,结合适当的数据库,可以在计算机上进行闪蒸计算。,液化天然气的性质,翻滚是指大量气体在短时间内从LNG容器中释放的过程,除非采取预防措施或对容器进行特殊设计,翻滚将使容器受到超压 在储存LNG的容器中可能存在两个稳定的分层或单元,这是由于新注入的LNG与密度不同的底部LNG混合不充分造成的。在每个单元内部遗体密度是均匀的,但是底部单元液体的密度不大于上部单元液体的密度 随后,由于热量输入到容器中而产生单元间的传热、传质及液体表面的蒸发,单元之间的密度将达到均衡并且最终混为一体。这种自发的混合称之为翻滚,而且与经常出现的情况一样,如果
6、底部单元液体的温度过高(相对于容器蒸汽空间的压力而言),翻滚将伴随着蒸汽逸出的增加,有时这种增加速度快且量大。在有些情况下,容器内部的压力增加到一定程度将引起泄压阀的开启,液化天然气的性质,早期曾假设,当上层密度大于下层密度时,就会发生翻转,由此产生翻转的名称,较近期的研究表明,情况并非如此,而是如前所述出现快速混合。 潜在翻滚事故出现之前,通常有一个时期其气化速率远低于正常情况。因此应密切检测汽化速率以保证液体不是在积蓄热量。如果对此有怀疑,则应设法使液体循环一促进混合。 通过良好的储存管理,翻滚可以防止,最好将不同来源的组分不同的LNG分罐储存。如果做不到,在注入储罐时应保证充分混合。 用
7、于调峰的LNG中,高含氮在储罐子逐日停止后不久也可能引起翻滚 经验表明,预防此类型翻滚的最好方法是保持LNG的含氮量低于1%,并且密切监测气体速率。,液化天然气的性质,快速相变(RPT) 当温度不同的两种液体在一定条件下接触时,可产生爆炸力。当LNG与水接触时,这种称为快速相变(RPT)的现象就会发生。尽管不发生燃烧,但是这种现象具有爆炸的所有其他特征。LNG洒到水面上而引发的RPT是罕见的,而且影响也有限。 与实验结果相符的通用理论可简述如下。当两种温差很大的液体直接接触时,如果较热液体的热力学(开氏)温度大于较冷液体沸点的11倍时,后者温度将迅速上升,其表层温度可能超过自发核化温度(当液体
8、中产生气泡时)。在某些情况下,过热液体将通过复杂的链式反应机制在短时间内蒸发,而且以爆炸的速率产生蒸气。,液化天然气的性质,例如,将LNG或液态氮置于水上的实验中,液体之间能够通过机械冲击产生密切接触并引发快速相变。 许多研究项目正在进行中,以便更好地理解RPT,量化此现象的烈度以及确定正确的预防措施,LNG工业链,天然气液化,基本负荷型液化工厂,汽 化,LNG存储,调峰型液化工厂,LNG存储,管 网,用 户,LNG船,LNG存储,接收站,汽化站,管 网,用 户,LNG加注站,LNG汽车,二、天然气的液化,天然气的液化流程有不同的形式,以制冷方式分,可分为以下三种方式: 1、级联式液化流(丙烷
9、、乙烯、甲烷;-35、-100、-155、-162) 2、混合制冷剂液化 3、带膨胀机的液化 生产通常采用的是包括了上述各种液化流程中某些部分的不同组合的复合流程。,天然气的液化,天然气的液化装置有基本负荷型液化装置和调峰型液化装置 基本负荷型是指生产当地使用或外运的大型液化装置。通常采用多级联式和混合制冷剂液化流程。 调峰型液化装置通常是用在低峰负荷时过剩将天然气液化,在高峰时或紧急情况下再气化使用,是小流量的天然气液化装置。通常采用带膨胀机的液化流程和混合制冷剂液化流程。,液化天然气工厂,20世纪90年代初,中国科学院等单位,先后为四川和吉林石化企业建成2座液化天然气装置,生产能力分别为0
10、.3m3/h和0.5m3/h。 20世纪90年代中,长庆石油勘探局建立示范性液化天然气工厂,日处理3万m3。 20世纪90年代末,上海建调峰站,日处理10万m3,设有2万m3储槽。 2001年,中原石油勘探局开发建设,城市燃气和汽车代用燃料,建造国内第一座生产型的液化天然气装置,日处理15万m3,设有2座600m3 LNG储槽。 2002年新疆广汇开始建设日处理150万m3 ,的液化天然气工厂。储槽设计容量3万m3。,四、液化天然气接收终端,为了满足日益增长的能源需求,中国已开始从国外进口天然气。 21世纪初,广东深圳大鹏湾启动建造中国第一个液化天然气接收终端,从澳大利亚进口LNG,年进口30
11、0万吨。 福建湄洲湾兴建第二个液化天然气终端,气源将来自印度尼西亚,年进口250万吨。 长江三角洲的第三个终端也已在计划之中。,五、液化天然气的储运,在LNG工业链中,LNG的储存和运输是两个主要环节。无论是基本负荷型LNG装置还是调峰型装置,液化后的天然气都要储存在液化站内储罐或储槽内。世界贸易主要通过海运,LNG槽船是主要运输工具。从LNG接收站将LNG 转运都需要LNG槽车。 中国的气体设备制造商已研制开发了液化天然气运输槽车、液化天然气铁路和海运罐式集装箱,并已先后投入使用。中国正计划建造液化天然气运输船。 LNG储罐 LNG储罐的分类: 1、按容量分 小型储罐容量550 m3。民用燃
12、气汽化站,LNG汽车加注站。 中型储罐容量50100 m3。用于工业燃气汽化站。,五、液化天然气的储运,大型储罐容量1001000 m3。用于小型LNG生产装置。 大型储槽容量1000040000 m3。用于LNG生产厂。 特大型储槽容量40000200000 m3。用于LNG接收站。 2、按形状分类 球形罐 一般用于中小容量的储罐 圆柱形罐(槽)。广泛用于各种容量的储罐和储槽。 3、按罐(槽)的放置分类 地上型 地下型,五、液化天然气的储运,4、按材料分 双金属 :内罐和外壳均用金属材料。一般内罐采用耐低温的不锈钢或铝合金,外壳采用黑色金属。 预应力混凝土型:大型储槽采用预应力混凝土外壳,内
13、筒采用低温的金属材料。 薄膜型:指内筒采用厚度0.81.2mm的36Ni钢(又称殷钢)。 液化天然气船 LNG运输船是载运在大气压下沸点为-163的大宗LNG货物的专用船舶。这类船舶目前的标准载货量在1315万m3之间。一般他们的船龄在2530年。目前从技术上来说,一些先进国家已能设计出16万m3 、20万m3 、30万m3的LNG船。目前法国、美国、日本、韩国是是世界上生产LNG船的大国。,五、液化天然气的储运,液化天然气槽车 1、隔热方式 真空粉末隔热;真空度要求不高、工艺简单、隔热效果好。 真空纤维隔热; 高真空多层隔热。可以提供更大装载容积,减少装备重量,减少振动,施工难度大,前景看好
14、。 2、安全设计 防超压 设置安全阀、爆破片等超压卸放装置。车上设两套安全阀,即双路安全系统。 降压调节阀。,液化天然气的储运,紧急切断阀。气液相出口设置紧急切断阀。该阀一般为气动的球阀或截止阀,通气开启,放气截止。阀上的气缸设置易熔塞,当外界起火燃烧温度达到70时,易熔塞熔化,阀门放气,截止阀将LNG与外界隔离。提问:为什么不用液压控制的阀门? 阻火器:安装在安全阀和放空阀的出口汇管上。 消除燃烧的可能性 禁火、禁油、消除静电。 3、槽车的输液方式 压力输送,即带增压器。工艺简单,但槽车空载重量大,运输效率低,转注时间长。,五、液化天然气的储运,泵送液体。转注时间短,不需要消耗液体增压,需要的设计压力低,重量轻,运输效率高,造价高,结构复杂。代表发展趋势。 4、槽车的发展朝大型化、列车化、高速化方向发展。 国产的有27 m3 、 40m3 两种型号,进口LNG槽车和国产槽车均以半挂车为主。,六、LNG的汽化与利用,天然气作为液体状态存在时有利于其存储和运输,但天然气最终被利用时的状态必须是气态。因此,液化天然气在被利用之前必须先经过汽化。 汽化气分类,根据其热源分为三种: 1)加热气化器,