液化天然气（LNG）存储过程中翻滚现象分析及防止措施

王丽娜

摘要：液化天然气（LNG）除具有天然气作为清洁、高效、热值高等方面的优点外，它还具有其产业链自身特点所带来的在储运、运输、贸易等方面的优势。本文基于液化天然气的储运，着重就液化天然气(LNG)存储过程中翻滚现象及该现象产生的原因进行了详细分析研究，并提出了相应的防止措施，以减少和消除翻滚现象，提高液化天然气（LNG）在储运中的安全性。

关键词：液化天然气；存储翻滚；影响原因；防止措施

前言

将天然气液化，其体积将缩小到原来的1／625有利于储存和运输，故液化天然气(LNG)已成为天然气储运的一种重要方式。但是在LNG储运过程中存在着翻滚现象、涡旋振动、泄露扩散、爆炸燃烧等安全性问题。这其中的翻滚现象如果实际操作中没有预防措施，会导致严重的事故。 因此有必要将液化天然气（LNG）储运过程中发生翻滚现象的原因和规律进行详细分析，并及时做好预防防止措施。

1液化天然气（LNG）翻滚现象

LNG在储存过程中，由于外界热量的传入会产生蒸发，低沸点组分先于高沸点组分蒸发。因此，储罐中LNG的组成会随时间而略有变化，较重的碳氢化合物的含量有所增加。一般由外界传入热量导致储罐内LNG蒸发的速度很小，所蒸发的天然气可以再次进行液化或送入下游天然气管网。

当储罐内的LNG用得差不多时，就需要及时补充。由于LNG的密度、蒸气压等参数与温度有关，当新注入储罐LNG的密度与储罐内剩余LNG的密度不同时，就会暂时形成分层现象。由于层与层之间的传热和传质，层与层逐渐混合，在这过程中LNG蒸发速度也在变化，在一些特定条件下，蒸发速度会剧增，出现翻滚现象，导致LNG储罐内的压力超过设计要求。

LNG的翻滚实际上是一种剧烈蒸发的过程。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使下层的LNG及时蒸发，造成下层LNG处于过饱和状态。当储罐内上层的LNG密度大于下层时，下层LNG突然上升，导致迅速蒸发。如果实际操作中没有预防措施，会导致严重的事故。

2 LNG翻滚产生的原因及影响因素

2.1产生的原因

（1）密度差引发的分层

不同的液化气体，密度一般也是不尽相同的，密度大的液化气体“重”容易下沉，密度小的液化气体“轻”一些，容易上浮。而这种不同物质的密度差异性决定了组成液化天然气的各种混合气体的不稳定性。轻微的密度差都会引起液化气体的细微变化，从而产生液化

气体的分层发生。

一般而论，能够引起密度变化的情况，有以下几种：第一，是各组成气体本身密度自然引发的分层变化；第二，是液化天然气充注入罐时，温度的变化，会加剧或促发各组成气体密度的差异性，而引发分层；第三。新液化天然气的充注入罐，新旧混合气体的混合也会引发密度差产生分层。

当因为密度差异引起储罐内的液化天然气出现分层时，一般而言，温度较高的储罐内壁和下部，会对其密切贴合的液态气体因为受热而向上运动，在2层内形成对流，对流一阵后，液化天然气混合组分中容易汽化的气体将加快汽化的过程，冲破层面加快和上层混合的步伐，从分层对流图中所示分层分析可知，顶层的液体从周壁和底层液体吸收的热量一部分通过气液界面的蒸发作用散发到货舱上部的气态空间，另一部分则被该层液体吸收，使该层液体的温度升高；而底层液体从周壁和底壁吸收的热量则只能通过与顶层之间的液界面传给顶层液体。当两个液层之间的温度差异较小时，通过界面传递的热量就小于液体从周壁和底壁吸收的热量，底层液体被加热，其温度升高；反之，当两层液体温度差异较大时，通过界面

传递的热量大干液体从周壁和底壁吸收的热量，底层液体被冷却，其温度降低。

通过分析两种情况下液层的温度、密度随时间的变化。在上述两种情况下，顶层液体的温度都随时间而升高，由于轻质组分的逐步蒸发，其密度增大。但底层液体的变化则有所不同：在第一种情况下，底层液体的温度升高得较快，其密度减小，当上下两层的液体密度近似相等时，分层消失，液体便发生强烈混和，产生翻滚现象；在第二种情况下，底层液体的温度降低，其密度增大，发生液体强烈混合产生翻滚现象的时间则要推迟到顶层液体的密度也增加到与底层液体密度近似相等时。

2.2影响LNG翻滚的因素有如下几个方面

（1）LNG分层之间的密度越大，则出现翻滚现象的时间越早；

（2）底层LNG的厚度越大，则翻滚时的蒸发速度越大；

（3）对于给定的密度差，底层LNG温度越高，则出现翻滚的时间越早；

（4）分层将导致顶层与底层LNG温度的明显差别；

（5）翻滚出现前的蒸发速度比通常的蒸发速度低。

3 LNG翻滚现象的防止

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和防止LNG分层非常重要。一般可以采取几种方法检测LNG分层情况。沿LNG储罐高度设置测温点，间距可为3m左右，一般当温差高达-14℃左右时，就有出现翻滚的可能性。监测新灌入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，当差值较大时，应考虑出现翻滚的可能性。

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。采用表压监测罐内压力时，大气压的变化会影响对LNG蒸发速度的监测，可以采用绝对压力监测或记录大气压的变化。

一旦发现LNG分层现象，可以启动循环泵将储罐的LNG充分混合，消除密度差，从而避免翻滚现象的出现。

为了防止LNG分层，当船运LNG注入储罐时，应尽量通过储罐顶部布料器等装置，设法使注入LNG的饱和蒸气压与原罐内的饱和蒸气压达到平衡。如果LNG通过陆上槽罐车运抵罐区，在灌装时，不同槽车LNG注入同一储罐，可能会形成几个分层，应监测并及时采取强制混合措施。另外，对于调峰LNG储罐，即使可以控制LNG制冷温度和压力，如果同时也接受外来LNG，也应注意翻滚现象。而且，如果该调峰储罐储有LNG，并持续一段时间未再注入或使用LNG，则由 于外界热量的导入，使LNG蒸发，从而使罐内的LNG密度提高，这时再注入LNG，就有可能形成LNG的分层。

在实际操作过程中，可以采取一些方法防止LNG分层和翻滚：①充分搅和所有灌人储罐的LNG，防止LNG的分层；②控制灌入储罐LNG组成和密度的变化范围。

对于大型LNG储罐，充分搅和比较困难。一旦发生LNG翻滚，气化后的大量天然气难以及时通过放散口排放。为了防止发生事故，设置安全放散口、放散火炬、回收压缩系统等，防止LNG蒸发、翻滚造成储罐超压。因此，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气源的LNG，控制其组成的 变化范围，从而防止LNG的翻滚现象。

4结束语

本文探讨的液化天然气 存储过程中翻滚现象产生的原因等及最终提出的防治措施，无疑不是期望对液化天然气 (LNG)存储安全的发展动态做出一定的贡献。

参考文献：

[1]陈向平.液化天然气的分和涡旋及防止措施研究[J].石油和天然气化工.2012,18(5):103-106.