液化天然气低温储罐吹扫干燥方法及应用研究

发表时间:2021/7/6   来源:《基层建设》2021年第11期   作者:张丹 方其 梁振江 孙淑飞
[导读] 摘要:液化天然气(LNG)低温储罐需要在使用前进行清洁,包括吹扫和干燥程序。
        中国空分工程有限公司  浙江省杭州市  310000
        摘要:液化天然气(LNG)低温储罐需要在使用前进行清洁,包括吹扫和干燥程序。我国当前对液化天然气低温储罐清洁工作的研究还不是很多,在一定程度上影响了我国液化天然气的运输、储存工作。基于此,本文首先简要概述了液化天然气低温储罐吹扫、干燥技术,再对吹扫、干燥工作方案进行分析,然后根据实际情况提出可能在吹扫、干燥工作中出现的问题,并总结其解决方法,期以对我国LNG储运行业提出一些拙见。
        关键词:液化天然气  低温储罐 吹扫干燥  方法应用
        引言:作为一种清洁绿色能源,天然气在我国能源消耗结构中占据越来越大的比重。尽管如此,天然气的使用量仍旧不达国家规划的指标。据悉,2020年天然气用量占我国总能源消耗的比例不到20%。为进一步提高天然气这种清洁能源的使用量,国家颁布多项着重于促进天然气相关产业发展的计划,将其设为能源消耗主体,推动行业科技的迭代更新。在天然气行业中,日常生产、生活都离不开低温储藏、运输技术。天然气经高压、低温压缩成液态后,体积相当小,存储在低温储罐里,由专业的半挂车进行运输,运输成本非常低。而本文主要解决的是,双壁储罐的吹扫和干燥。
        一、液化天然气低温储罐吹扫、干燥的目的
        LNG储罐在出厂或久置后,罐中充满了空气。在液化天然气进入储罐后,会与空气中的氧气充分混合,形成十分危险的易燃易爆混合物,此时,哪怕是静电产生的一个小火花都会引爆天然气储罐,后果十分严重。因此,LNG储罐在使用之前必须用不可燃气体对储罐内的气体进行置换处理,常用的置换气体有氮气、氦气。
        其次,LNG储罐在出厂后需要进行液压测试,测试完成后,内部会留有大量的水、水蒸气。而液化天然气的储存环境需要极低的低温,若水、水蒸气在负162°C的储罐中冻结成冰,会将底部的钢板升高,从而导致壁体结构中的珍珠岩结块,严重影响其保温效果,甚至发生壁体破裂,天然气泄露的危险情况。此外,水、水蒸气也会在相管道中冻结,损害储罐,影响低压泵的运行。因此,LNG储罐在使用之前需要进行吹扫、干燥这两道工序。
        二、液化天然气低温储罐吹扫、干燥技术概述
        1、置换、干燥技术
        在进行吹扫之前,要先进行液压测试。如果液压测试和吹扫工序之间间隔很短,储罐里就会留存大量的水和水蒸气。如果在这时候仅用气体置换吹扫的办法进行清洁,便会消耗大量清洁气体。如果用空气干燥、氮气吹扫的组合方案,则可以增加干燥效率,减少清洁成本。
        在进行组合吹扫时,要注意以下的原则:1)控制吹扫的流量:单位时间内流入储罐的干燥空气越多,则达到露点温度所花费的时间越短。同时,在控制流量大小时必须考虑采用的空压机的性能,以及吹扫成本。2)控制吹扫的温度:加热的主要目的是提高吹扫效率,并且高温干燥空气可以最大程度地保持吹扫的效果。3)除油效果:要使用无油空压机,以使燃料不会污染储油罐的内部。此外,还可以在空压机出口处安装除油过滤器,进一步确保吹扫气体的纯度。
        2、吹扫技术
        在进行吹扫工作时,注意以下几点原则可以提升作业。1)若使用负60°C的氮气进行清洁,在操作开始前应检查并同时打开进气阀,以使氮气在进入储罐时可以持续升压。2)储罐压力较高时,要关闭进气阀,使氮气和空气完全混合;等压力保持恒定后,打开排气阀释放置换气体。3)要特别注意初始吹扫速率,在进行两次释放后,可以提升后续吹扫流量。4)在出气口设置气体体积检测装置,实时确定氮气露点和氧气体积是否在合理范围内。
        三、液化天然气低温储罐吹扫干燥方案
        1、并联吹扫、干燥
        并联的方式是指在第一个储罐吹扫后一个星期吹扫下一个储罐,因此需要两组液氮吹洗装置以及临时气化装置。并联的方式干燥效率高、安全、易于使用,但耗时长,约需5周,也需要大量的人力物力。
        2、串联吹扫、干燥
        串联的方式指连接两个储罐,氮气吹扫完前一个储罐后被释放到下一个储罐中进行吹扫,最后释放到大气中。

串联的方式会式氮气压力大大减小,从而使得吹洗效果不好。同时,连接储罐时对阀门的定位也非常复杂。
        3、依次吹扫
        依次吹扫指按顺序先后吹洗若干个储罐。需要一组液氮吹洗装置以及气化装置。
        4、热氮吹扫、干燥
        热氮吹扫和干燥方式即从将液氮使用临时气化器气化,在进入加热装置进行升温,最后注入储罐。这种方案花费时间更少,也更易于操作。
        5、干空气干燥,氮气吹扫
        干空气干燥,氮气吹扫指在氮气吹扫操作之前,使用高温空气进行干燥。这种方案消耗较少的氮气,但是从空气吹扫过程向氮气吹扫过程过渡非常复杂,并且需要花费大量的时间。并且,空压机产生的干燥空气在加热后,露点很难达到LNG储罐氮气吹扫所需要的温度标准,使得混合清洁效果并不好。
        四、实际应用液化天然气低温储罐吹扫干燥时可能会出现的问题
        通常情况下,在LNG低温储罐吹扫洗和干燥过程中,壁体和内罐的吹扫比较容易,而壁底的吹扫时常会出现问题。吹扫储罐底部的问题主要表现为氮气露点略有降低。可能是因为壁体底部有较多水、水蒸气,并且露点无法在短时间内有效控制;也有可能是壁体有缝隙,底部有着一定程度的泄露,在这种情况下,应对储罐进行压力测试,仔细检查壁体底部的裂缝、水汽渗漏情况,检查是否渗入到底板中。在清除所有底部漏水的可能后再进行下一步检查。如果在梅雨季节进行清洁过程,此时的空气湿度很高,会大大增加壁体底部积水的可能性。或者,使空气受潮,进入大量水汽,使得出气阀门口露点下降不明显。
        基于此,可以提高通入氮气时的温度。在不影响注入氮气的流量的同时,加装升温装置,以此提高储罐底部的温度。温度应提高到80C左右。随着温度的升高,水分子活动性增强,水、水蒸气的流动性会更高,加热的空气可以迅速带走水分子,以此改善置换吹扫的干燥效果。通常,随着注入氮气温度的提升,也要保证罐体压力变化、温度变化稳定在合适水平,保证罐体的安全。
        此外,还可以增大注入空气的流量。提升氮气吹扫流量,加快底部氮气的流速的同时,保持储罐压力不变、氮气温度不变以及进气口流量不变。当氮气流速增加时,露点会逐步降低,最大值和最小值的间隔会越来越小。也就是说,增加氮气注入流量,具有干燥、吹扫质量、效率的作用。另外还需要注意的是,氮气注入流量并不能无限制地增大,储罐中的气压必须要维持在罐体极限之下,确保储罐本身的安全。
        五、结束语
        LNG低温储罐的吹扫和干燥是天然气行业能正常运行最基本的保证。液化天然气低温储罐的吹扫、干燥工作是关系到企业后期生产和运营的安全性和可靠性。要从根本上提高清洁的质量、效率,杜绝“亡羊补牢”式的防范,在事故发生之前就有效降低其概率,确保天然气储存、运输行业的经济效益。
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