1、液化天然气供应技术课程设计题 目 液化天然气运输安全与发展学生姓名学号 专业年级院 系指导教师2014 年 10 月 31 日液化天然气运输安全与发展摘要：天然气是一种清洁优质能源，近年来，世界天然气产量和消费量呈持续增长趋势。从今后我国经济和社会发展看，加快天然气的开发利用，对改善能源结构，保护生态环境， 提高人民生活质量，具有十分重要的战略意义。具有建设投资小、建设周期短、见效快、受外部影响因素小等优点。作为优质的车用燃料， LNG 具有辛烷值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、运行成本低等优点;与压缩天然气(CNG)相比， LNG 则具有储存效率高，续驶里程长，储瓶压力低、
2、重量轻、数量小，建站不受供气管网的限制等等诸多优点。关键词：液化天然气，液化，运输，安全，发展，应用1 液化天然气的制取与输送LNG 是液化天然气的简称，常压下将天然气冷冻到-162左右，可使其变为液体即液化天然气(LNG) 。它是天然气经过净化(脱水、脱烃、脱酸性气体)后，采用节流，膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的。LNG 的体积约为其气态体积的 l620。天然气的液化技术包括天然气的预处理，天然气的液化及贮存，液化天然气的气化及其冷量的回收以及安全技术等内容。LNG 利用是一项投资巨大、上下游各环节联系十分紧密的链状系统工程，由天然气开采、天然气液化、LNG 运输、LNG 接
3、收与气化、天然气外输管线、天然气最终用户等 6 个环节组成。由于天然气液化后，体积缩小 620 倍，因此便于经济可靠的运输。用LNG 船代替深海和地下长距离管道，可节省大量风险性管道投资，降低运输成本。从输气经济性推算，陆上管道气在 3000km 左右运距最为经济，超过 3500km 后，船运液化天然气就占了优势，具有比管道气更好的经济性。LNG 对调剂世界天然气供应起着巨大的作用，可以解决一个国家能源的短缺，使没有气源的国家和气源衰竭的国家供气得到保证，对有气源的国家则可以起到调峰及补充的作用，不仅使天然气来源多元化，而且有很大的经济价值。LNG 作为城市气化调峰之用比用地下储气库有许多优点
4、。例如：它选址不受地理位置、地质结构、距离远近、容量大小等限制，而且占地少、造价低、工期短、维修方便。在没有气田、盐穴水层的城市，难以建地下储气库，而需要设置 LNG 调峰。这项技术在国外已比较成熟，如美国、英国和加拿大的部分地区采用 LNG 调峰。我国也正在引进这项技术。液化天然气蕴藏着大量的低温能量，在 1 个大气压下，到常温气态大约可放出 879KJkg 的能量，利用其冷能可以进行冷能发电、空气分离、超低温冷库、制造干冰、冷冻食品等。由于 LNG 工厂在预处理时已脱除了气体的杂质，因此 LNG 作为燃料燃烧时所排放的烟气中 S02 及NOx 含量很少。因此被称为清洁能源，广泛用于发电、城
5、市民用燃气及工业燃气，减少了大气污染，有利于经济与环境的协调发展。2 液化天然气的应用2.1 液化天然气冷能的利用LNG 的用途很广。可用于民用负荷调峰、发电、工业用户和商业用户。LNG 的关键技术在于深度冷冻液化，其储罐和专用运输巨轮就象超级低温冰箱，这些过程都要消耗巨大的能源，但按能量守恒规律，此冷能在释砹时侧利用，以 l 毕低成本。利用 LNG 冷能主要是依据 LNG 与周围环境之间存在的温度和压力差，通过 LNG 变化到与外界平衡时，回收储存在 LNG 中的能量。利用 LNG 冷能的过程可分为两类：直接利用和间接利用。前者包括：发电、空气液化分离、冷冻仓库、制造液化二氧化碳、海水淡化、
6、空调和低温养殖、栽培等。后者包括：低温破碎、水和污染物处理及冷冻食品等。目前对液化天然气冷能的利用工程取得了许多成果。2.2 液化天然气应用于汽车天然气作为能源，由于它对大气污染少而被称为清洁燃料，更是汽车的优质代用燃料。近年来，它已被世界许多国家重视和推广。按照天然气的储存方式不同，天然气汽车大致分为 CNGV(压缩天然气汽车)、LNGV(液化天然气汽车 )、和 ANGV(吸附天然气汽车 )。目前我国对天然气汽车的发展也非常重视。到 1999 年。全国已改装各种 CNG 汽车 l 万多辆，建设加气站 70 多座。ANGV 正处在研制阶段。我国 LNGV 的应用仍是一项空白。用 LNG 作为汽
7、车燃料特别值得推广。与传统的石油类燃料相比，LNG 具有明显的优点，汽车续驶里程长，LNG 相对于 CNG 和 LPG 具有储存能量大、压力低、噪声低、更清洁等优势，利用 LNG 冷量取代汽车空调，不破坏生态，良好的使用性能(抗爆、稳定性强、燃烧热值高、燃点值宽)和相对便宜。俄罗斯在将 LNG 用于汽车运输、铁路运输、水上运输和空中运输方面积累了许多经验。发动机运行时，LNG 储液罐内的天然气液态与气态并存，正常工作压力不低于 0.2MPa。当罐内压力低于 0.2MPa 时，压力控制阀开启，自增压器工作。将一部分气态天然气充人储液罐，而使罐内压力升高到工作压力。可以通过调节压力控制阀来改变自增
8、压器的工作点。发动机处于停机状态时，随热量的不断吸人。LNG 会不断气化。当 LNG 储液罐中的压力高于 0.6MPa 时，安全阀打开，迅速放出部分气态天然气，保证LNC 储液罐不被损坏。另外，在 LNG 储存系统设有液位计和压力指示装置。车用液化天然气的储存温度范围为-130160，其储存压力低于0.6MPa。使用时，从罐内流出的液化天然气经过气化器吸收发动机冷却水或废气热量而气化，并使其温度升高，然后通过两级减压器减压，由管路送到混合器与空气混合进入发动机。LNG 的气化需要吸收较多热量。要求气化器具有良好的换热性能，并能供给足够的热量。3 液化天然气的运输方式及安全3.1.1LNG 运输
9、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
10、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
11、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。3.1.2 船舶装卸安全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
12、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。3.2 车运安全3.2.1LNG 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) 。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
13、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
14、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。防止着火：为了防止着火，消除 LNG 槽车周围的燃烧条件也是十分重
15、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。3.2.2 汽车装卸安全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)
16、 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。4 结束语为了满足国民经济的需要和环境保护的要求，开发和安全运输液化天然气，最大程度地有效利用天然气这一资源，天然气液化与储运技术及液化天然气的应用，给我国天然气工业的发展和天然气的应用打下坚实的基础和必要的前提。参考文献1顾安忠等. 液化天然气技术.北京：机械工业出版社，20042徐孝先等. 液化天然气的运输方式及其特点.油气储运，Vok 25 第25 卷 2006.33顾安忠，液化天然气技术，机械工业出版社，2011-5-14兰州理工大学学报 ，天然气液化技术研究，2004-06 期5李博洋，天然气储存及及应用技术论文，2009-01 期
