液化天然氣 (LNG)+成都安美科能源
液化天然氣 (LNG)已成為目前無法使用管道天然氣城市的主要氣源之一,也是許多使用管道天然氣城市的補充氣源或調峰氣源。本文主要介紹與液化天然氣有關的基礎知識,從接收LNG到氣化的工藝流程、LNG氣化站常見主要設備、運行維護和搶修等。
液化天然氣基礎知識
天然氣在常壓下,當冷卻至約-162℃時,則由氣態變成液態,稱為液化天然氣(英文 Liquefied Natural Gas, 簡稱LNG)。LNG 的主要成份為甲烷,還有少量的乙烷、丙烷以及氮等。
天然氣在液化過程中進一步得到凈化,甲烷純度更高,幾乎不含二氧化碳和硫化物,且無色、無味、無毒。
LNG的性質
(一)密度
LNG的密度取決于其組分和溫度,通常在430 kg/m3~470 kg/m3之間,但是在某些情況下可高達520kg/m3。密度隨溫度的變化梯度約為1.35 kg/(m3·℃)。LNG的體積約為同量氣態天然氣體積的1/600。
(二)沸點
沸騰是在一定溫度和壓力下液體內部和表面同時發生汽化的現象。液體沸騰時候的溫度被稱為沸點。LNG的沸點取決于其組分和壓力,在常壓下通常在-166℃到~-157℃之間。
(三)LNG的蒸發
LNG是在沸騰狀態下儲存于絕熱儲罐中的。任何傳導至儲罐中的熱量都會導致部分LNG蒸發為氣體,這種氣體稱為蒸發氣,其組分與LNG的組分有關。當LNG蒸發時,由于氮和甲烷的沸點較低,因此氮和甲烷首先從液體中氣化。一般情況下,蒸發氣中包括約20%的氮、80%的甲烷和微量的乙烷,蒸發氣含氮量是LNG中含氮量的20倍。
(四)閃蒸
在一密閉容器中把液體加熱,由于液相的蒸發,氣相的壓力不斷升高,當液體和氣體達到平衡狀態時,若突然把容器的氣相與一低壓的外界連通,氣相壓力立刻降低,液體迅速沸騰,大量液體蒸發到氣相中去的現象稱為閃蒸。
當容器或管道中的LNG壓力突然降至其飽和蒸汽壓以下時,也會發生閃蒸現象。由于LNG為多組分的混合物,閃蒸氣體的組分與剩余液體的組分不一樣。作為指導性數據,在壓力為100kPa~200kPa時,壓力每下降lkPa,1m3的液體產生大約0.4 kg的氣體。
(五)LNG的溢出、膨脹和擴散
當LNG傾倒至地面上時(例如事故溢出),初會猛烈沸騰,然后蒸發速率將迅速衰減至一個固定值,該值取決于地面的熱性質和周圍空氣供熱情況。當溢出發生在水上時,水中的對流非常強烈,足以使所涉及范圍內的蒸發速率保持不變,LNG的溢出范圍將不斷擴展,直到氣體的蒸發總量等于泄漏的LNG總量。
初,蒸發氣體的溫度幾乎與LNG的溫度一樣,其密度比周圍空氣的密度大。這種氣體首先沿地面上的一個層面流動,直到氣體從大氣中吸熱升溫后為止。當LNG的溫度在-107℃時,其密度接近空氣的密度,當溫度繼續升高時,其密度將比周圍空氣的密度小。
隨著溢出,由于大氣中的水蒸氣的冷凝作用將產生“霧”云。當這種“霧”云可見時(在白天且沒有自然界的霧),此種可見“霧”云可用來顯示蒸發氣體的運動,并且給出氣體與空氣混合物可燃性范圍的保守指示。在壓力容器或管道發生溢出時,LNG將以噴射流的方式進入大氣中,且同時發生膨脹和蒸發。這一過程與空氣強烈混合同時發生。大部分LNG初作為空氣溶膠(由固體或液體小質點分散并懸浮在氣體介質中形成的膠體分散體系)的形式被包容在氣云之中。這種溶膠終將與空氣進一步混合而蒸發。
(六)LNG池火
直徑大于10m的著火LNG池,火焰的表面輻射功率非常高(即溫度非常高)。表面輻射功率取決于火池的尺寸、煙的發散情況以及測量方法。表面輻射功率隨著煙塵炭黑的增加而降低。
(七)翻滾
翻滾是指大量氣體在短時間內從LNG容器中釋放的過程,除非采取預防措施或對容器進行特殊設計,否則翻滾將使容器超壓或破壞。
由于熱量輸入到容器中而產生單元間的傳熱、傳質及液體表面的蒸發,單元之間的密度將達到均衡并且終混為一體,這種自發的混合稱之為翻滾。
(八)相變
當溫度不同的兩種液體在一定條件下接觸時,有時會發生相變,可產生力。當LNG與水接觸時,這種稱為快速相變的現象就會發生。盡管不發生燃燒,但是這種現象具有的所有其他特征。
(九)沸騰液體膨脹蒸氣
任何液體處于或接近其沸騰溫度,并且承受高于某一確定值的壓力時,如果由于壓力系統失效而突然獲得釋放,將以極高的速率蒸發,這種現象叫做沸騰液體膨脹蒸氣。
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