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LNG必須要懂的基礎(chǔ)知識,你知道多少?

2023-05-10 09:24  來源:LNG接收站建造師  瀏覽:  

基于LNG行業(yè)未來的發(fā)展前景,以及我國對清潔能源的政策導(dǎo)向,當(dāng)前許多公司都萌生了轉(zhuǎn)戰(zhàn)LNG行業(yè)的想法。

作為一種熱門的能源技術(shù),如何能做到高效地學(xué)習(xí)呢?掌握合理的方式十分關(guān)鍵,分清主次,緊抓基礎(chǔ)是高效學(xué)習(xí)的必由之路。

下面就為大家總結(jié)一些學(xué)習(xí)LNG必須要知道的基礎(chǔ)知識。

1什么是液化天然氣LNG

LNG是英文Liquefied Natural Gas的簡稱,即液化天然氣。

它是天然氣(甲烷CH4)在經(jīng)凈化及超低溫狀態(tài)下(-162℃、一個大氣壓)冷卻液化的產(chǎn)物。液化后的天然氣其體積大大減少,約為0℃、1個大氣壓時天然氣體積的1/600,也就是說1立方米LNG氣化后可得600立方米天然氣。

無色無味,主要成份是甲烷,很少有其它雜質(zhì),是一種非常清潔的能源。爆炸極限為5%-15%(體積%),燃點約450℃。

2LNG的主要組分

LNG的主要成分是甲烷,并可能含有少量乙烷、丙烷、氮和通常存在于天然氣中的其它組分。

不同工廠生產(chǎn)的LNG具有不同的組份,主要取決于生產(chǎn)工藝和氣源組份,按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1160的規(guī)定,LNG的甲烷含量應(yīng)高于75%,氮含量應(yīng)低于5%。

3LNG的原料氣

1)管道天然氣

2)煤層氣

3)焦?fàn)t煤氣

4)煤制氣

4LNG的密度

LNG的密度取決于其組份,通常為430~470kg/m3,甲烷含量越高,密度越小。

密度還是液體溫度的函數(shù),溫度越高,密度越小,變化的梯度為1.35Kg/3℃。

LNG的密度可直接測量,但一般都是通過氣體色譜儀分析的組份結(jié)果計算出密度。

5LNG的溫度

 

LNG的沸騰溫度也取決于它的組份,在大氣壓力下通常為-166~-157℃,一般資料上介紹的-162.15℃是指純甲烷的沸騰溫度。

沸騰溫度隨蒸氣壓力升高而升高,變化梯度為1.25×10-4℃/Pa,LNG的溫度通常是用銅/銅鎳熱電偶或鉑電阻溫度計進(jìn)行測量。

6LNG的氣液體積比

LNG的氣液體積比是指LNG汽化為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的天然氣體積與LNG體積之比。

通常所說的LNG氣液體積比為625是純甲烷的氣液體積比,且其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為歐美標(biāo)準(zhǔn)(溫度為15.5℃),按國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)(溫度為20℃)純甲烷的氣液體積比應(yīng)為633。

LNG的氣液體積比也取決于它的組份,甲烷含量越高,氣液體積比越大,氣液體積比還是液體溫度的函數(shù),溫度越高,氣液體積比越小。

7單位質(zhì)量LNG汽化的體積

單位質(zhì)量LNG汽化后的氣體體積(標(biāo)態(tài))取決于它的組份,甲烷含量越高,單位質(zhì)量LNG汽化后的氣體體積越大,其與液體的溫度、飽和壓力無關(guān)。

1噸液態(tài)甲烷汽化后能生成1496Nm3氣態(tài)甲烷。

目前國內(nèi)LNG的交接計量通常采用稱重法,先用磅秤稱出LNG的重量,然后根據(jù)單位質(zhì)量LNG汽化后的氣體體積數(shù)(標(biāo)態(tài))計算出其相當(dāng)于多少Nm3的天然氣。

8LNG的泄露特性

發(fā)生泄露時,LNG將與環(huán)境迅速換熱、發(fā)生快速相變而汽化,單位體積的LNG能產(chǎn)生約600倍體積的氣體。

LNG泄露至地面上時,最初會猛烈沸騰,然后蒸發(fā)將迅速衰減至某個固定值。

如果LNG泄露至大量的水中,水與LNG之間的熱傳遞速率非常高,LNG將激烈地沸騰并伴隨巨大的爆炸聲、噴出水霧,這種現(xiàn)象稱為冷爆炸。

LNG發(fā)生泄漏之后,大氣中的水蒸氣被冷凝而形成云霧,當(dāng)這團(tuán)云霧能看見時,可以作為蒸發(fā)氣體移動方向的指南。同時,云霧也可作為氣體空氣混合物可燃性的指示。

天然氣/空氣云團(tuán)中天然氣的體積濃度達(dá)到5~15%時,就能被點燃。因為LNG裝置一般都設(shè)置在一個圍堰中,即使著火,其燃燒范圍也可控制在圍堰范圍內(nèi)。如果在封閉空間內(nèi)著火,就會發(fā)生爆炸。

9LNG的汽化潛熱

LNG(純甲烷)的汽化潛熱為122Kcal/kg,LNG的汽化潛熱也取決于它的組份,汽化潛熱還是液體溫度的函數(shù),溫度越高,汽化潛熱越小。

10LNG的蒸發(fā)特性

當(dāng)LNG從已有的壓力降低至沸點對應(yīng)壓力以下時,例如流經(jīng)閥門,部分液體蒸發(fā),同時溫度也將降低到該壓力下的新沸點,這種現(xiàn)象稱為閃蒸。

閃蒸氣的組成與液相的組成有較大差別,閃蒸氣中低沸點組分的比例較多,例如氮的沸點為-196℃,比甲烷沸點-162℃低,比甲烷更易汽化進(jìn)入氣相。

有人對儲罐中氣液兩相的組成進(jìn)行過測定,在液相中氮的濃度為0.3%、甲烷的濃度為87.7%(mol),而在氣相中氮的濃度達(dá)9.7%、甲烷的濃度為90.3%(mol),氮在氣相中的濃度為液相中濃度的32倍。

若LNG壓力為1~2×105Pa,溫度為其沸點,估算時可認(rèn)為壓力每降低1kPa,1m3液體由于閃蒸能產(chǎn)生0.4kg的氣體。

這些蒸發(fā)氣外泄時,由于溫度很低,常在-100℃左右,氣體密度大于空氣。從環(huán)境吸熱升溫后,密度減少。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,蒸發(fā)氣的密度約為空氣密度的0.6倍。

11LNG的熱值、辛烷值

熱值是表示燃料質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,可分為高熱值和低熱值,辛烷值是表示車用燃料抗爆性的重要指標(biāo)之一,可分為研究法辛烷值和馬達(dá)法辛烷值。

LNG的熱值、辛烷值與LNG的組分有關(guān),純甲烷的高熱值為37.03MJ/Nm3, 低熱值為33.36MJ/Nm3,辛烷值A(chǔ)STM為130(研究法)。

12LNG的儲存

LNG在儲罐內(nèi)會出現(xiàn)分層現(xiàn)象,即密度不同的LNG占有不同的層位。

分層的原因可能是新裝入儲罐的LNG和殘留在儲罐內(nèi)的LNG密度不同,或LNG中氮含量較高(如≥3%),對流使氮組分移動至儲罐液體表層,形成含氮量高的液體表層。

儲罐受熱產(chǎn)生的自然對流又力求使罐內(nèi)LNG密度均勻,這就產(chǎn)生了所謂的“翻滾”現(xiàn)象。

翻滾使LNG在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量蒸氣,導(dǎo)致儲罐壓力增高,有時造成安全閥開啟。

經(jīng)驗說明,控制LNG的含氮量使之不超過1%是防止罐內(nèi)LNG翻滾的有效措施,此外還應(yīng)采取措施使罐內(nèi)液體混合均勻。

13低溫容器的蒸發(fā)率

低溫容器的蒸發(fā)率是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(101.3kPa,0℃)下,儲存適量的低溫液體,在達(dá)到熱平衡后的蒸發(fā)速率。

一般以24hr計,故又稱日蒸發(fā)率,它指一天(24hr)內(nèi)蒸發(fā)的數(shù)量與儲液容器的公稱容器之比。目前常用于測量低溫容器蒸發(fā)率的有稱重法和蒸氣流量測量法兩種。

14LNG的安全特性

LNG是非常安全的燃料,這主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

LNG的燃點為650℃,比汽、柴油的燃點高,點火能也高于汽柴油,所以比汽柴油更難點燃;

LNG的爆炸極限為4.7~15%,-106.7℃以上的LNG蒸汽比空氣輕,因而稍有泄漏立即揮發(fā)飛散,很難形成遇火燃燒爆炸的濃度。

無論是LNG還是它的蒸汽都不會在一個不封閉的環(huán)境下爆炸。

從LNG的基本特性可以看出,LNG的潛在危險主要來源于以下三個方面:

(1)在大氣壓力下,LNG的沸騰溫度約為-160℃,在這一溫度下,其蒸氣密度高于周圍空氣的密度;

(2)少量的液體可轉(zhuǎn)換為大量的氣體,1個體積的LNG液體大約可轉(zhuǎn)換為600個體積的氣體;

(3)天然氣與空氣混合時,其體積濃度為5~15%時是易燃易爆的。

LNG又是極易汽化并且汽化后體積急劇增大的液體,任何裝有LNG的封閉容器和管道應(yīng)有泄壓閥,以防超壓。

在有可能存在天然氣的場合,應(yīng)測量空氣中氧含量及烴含量,氧含量小于18%會使人窒息。進(jìn)入可能含天然氣區(qū)域的人員應(yīng)佩帶面罩、護(hù)目鏡、防護(hù)服和手套等。

15LNG冷灼傷的危害

與LNG、低溫蒸氣、低溫管線及設(shè)備接觸對皮膚可造成類似于燒傷的水泡傷害。

LNG汽化后的氣體仍然是絕對的低溫,會灼傷象眼睛等敏感組織。

身體未被保護(hù)的部分不允許與未保冷的LNG管線或容器接觸,低溫金屬會將它們粘附住,如試圖拿下,則會導(dǎo)致皮肉撕裂。

16LNG設(shè)施工作人員的穿戴勞保服裝

與LNG接觸時,應(yīng)戴上合適的面罩或護(hù)目鏡,與低溫液體或氣體接觸,必須一直戴上皮手套,手套要寬松一點,便于液體噴濺到上面快速脫下,即使戴著手套,也只能與低溫設(shè)備接觸一小會兒。

應(yīng)穿工裝褲或類似的工作服,最好沒有口袋或翻卷部分。褲子應(yīng)套穿在靴子的外面。

如果工作服上粘上了低溫液體或蒸氣,在工作人員進(jìn)入密閉空間之前,應(yīng)對工作服進(jìn)行通風(fēng)。

17窒息

雖然LNG蒸氣沒有毒性,但其中的氧含量較低,易使人窒息。

如果吸入純的LNG蒸氣而不迅速撤離,很快就會失去知覺,幾分鐘就可致人死亡。

通常情況下,空氣中氧的體積含量為20.9%,大氣中氧的含量低于18%則有窒息性,對于氣體濃度較高的情況,由于缺氧會導(dǎo)致惡心或暈眩,轉(zhuǎn)移后,癥狀會很快消失。

在進(jìn)入LNG的某個區(qū)域之前,應(yīng)對大氣中氧含量及烴含量進(jìn)行測量。即使氧含量結(jié)果顯示處于不會導(dǎo)致窒息的范圍內(nèi),在進(jìn)入?yún)^(qū)域前,應(yīng)進(jìn)行可燃性測試。

18LNG組份的采樣

對LNG的組份采樣應(yīng)注意方式,不能因為蒸發(fā)作用的影響,導(dǎo)致對樣品分析的錯誤結(jié)論。

最常用的方法是使用一種特別的裝置對一小股連續(xù)氣化的產(chǎn)品進(jìn)行分析。

另外一種方法是從產(chǎn)品氣化器的出口采樣,通過氣體色譜儀進(jìn)行分析。

19LNG的運輸方式

LNG的運輸有三種方式,即輪船運輸、汽車運輸、火車運輸。

輪船運輸用于國際間大宗貿(mào)易,一次運量10×104m3以上;

汽車運輸用于陸地200-1000Km的運輸,一次運量一般為10-50m3;

火車運輸一般采用集裝箱,適于陸地長途運輸。

20與LNG直接接觸不發(fā)生脆裂的金屬材料

與LNG直接接觸不發(fā)生脆裂的金屬材料包括不銹鋼、鎳合金、鋁合金、銅及銅合金。

不銹鋼可用于LNG的儲罐、管道及附件、換熱器、泵、螺栓螺母;

鎳合金可用于儲罐和螺栓螺母;

鋁合金可用于儲罐和換熱器;

銅及銅合金可用作密封件。

在工程實際中,含鎳9%的不銹鋼是應(yīng)用最廣的耐低溫材料,常用牌號有0Cr18Ni9Ti和00Cr18Ni9Ti,相當(dāng)于國外的SS304L和SS304LL。由于銅、黃銅及鋁的熔點低,當(dāng)LNG出現(xiàn)泄漏并著火時會失效,因此應(yīng)用不多。

21與LNG直接接觸不發(fā)生脆裂的非金屬材料

與LNG直接接觸不發(fā)生脆裂的非金屬材料包括混凝土、石棉、玻璃鋼環(huán)氧樹脂、石墨、聚四氟乙稀等。

預(yù)應(yīng)力混凝土可用于建造大型LNG儲罐,而聚四氟乙稀是最常用的低溫密封材料。

22火災(zāi)的預(yù)防和保護(hù)

LNG蒸氣燃燒的條件是火源、可燃物及空氣三者同時出現(xiàn),因此,重要的是要防火。

一般地說,LNG設(shè)施區(qū)域禁止吸煙和使用明火,防止硬質(zhì)物體相互碰撞、靜電及電器設(shè)備可能產(chǎn)生的火花,防止機(jī)動車輛尾氣中的火花。

在處理LNG失火時,推薦使用干粉(最好是碳酸鉀)滅火器。與處理LNG有關(guān)的人員應(yīng)經(jīng)過對液體引發(fā)的火災(zāi)使用干粉滅火器的訓(xùn)練。

高倍數(shù)泡沫材料或泡沫玻璃塊可用于覆蓋LNG池火并能極大地降低其輻射作用。

必須保證水的供應(yīng)以用于冷卻目的,或在設(shè)備允許的情況下用于泡沫的產(chǎn)生。但是水不可用于滅此類火。

23LNG常用的消防設(shè)施

LNG消防設(shè)施的作用是撲滅火災(zāi)及控制火勢、保護(hù)未著火的結(jié)構(gòu)和設(shè)施。

用于LNG的滅火劑有干粉、CO2及鹵代烴、泡沫等。

大型LNG設(shè)施中設(shè)有噴水系統(tǒng),用于著火情況下對相鄰設(shè)施的冷卻保護(hù)。水不能用于LNG的滅火,尤其是LNG的池火,用水將使LNG的氣化率增大,火焰高度及輻射強(qiáng)度大大增加。

24如何防止LNG的泄漏

防止泄漏是通過系統(tǒng)的選擇、安裝質(zhì)量控制及制定規(guī)范的操作規(guī)程來達(dá)到的。

對于儲罐,防止泄漏的主要方式有:設(shè)置防過量充裝系統(tǒng)、設(shè)置液位報警裝置、經(jīng)常檢查閥門、防止超壓等。

對LNG槽車,在管線的每一個獨立段上都安裝緊急關(guān)閉閥。

25LNG的泄漏檢測系統(tǒng)包括哪幾個系統(tǒng)

盡管有保護(hù)措施,還是不能避免LNG泄漏以及發(fā)生火災(zāi)的可能性,這時就要安裝檢測系統(tǒng),它包括泄漏檢測系統(tǒng)、冷量檢測系統(tǒng)、可燃?xì)怏w檢測系統(tǒng)和火焰檢測系統(tǒng)。

26LNG裝置的保護(hù)系統(tǒng)由哪幾部分組成

LNG裝置的保護(hù)系統(tǒng)包括冷量保護(hù)、氣體保護(hù)及防火保護(hù)。

冷量保護(hù)系統(tǒng)是抑制、轉(zhuǎn)移、收集泄漏LNG的消極保護(hù)系統(tǒng),通過防止泄漏的LNG與鋼結(jié)構(gòu)和其它設(shè)備接觸而起到保護(hù)作用;

氣體保護(hù)是通過減少LNG與大氣的熱交換而限制LNG氣化的一種消極安全措施;

火災(zāi)保護(hù)可以采取積極保護(hù)措施,如冷卻水和泡沫系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)等,也可采用消極防火系統(tǒng),通過合理的設(shè)備布局,安裝收集槽及絕熱保護(hù)層等起到防火作用。

27LNG有哪些優(yōu)點

1)LNG體積比同質(zhì)量的天然氣小625倍,所以可用汽車輪船很方便地將LNG運到?jīng)]有天然氣的地方使用。

2)LNG儲存效率高,占地少,投資省。

3)LNG做為優(yōu)質(zhì)的車用燃料,與汽油相比,它具有辛烷值高、抗爆性能好、發(fā)動機(jī)壽命長、燃料費用低、環(huán)保性能好等優(yōu)點。它可將汽油汽車尾氣中HC減少72%,NOx減少39%,CO減少90%,SOx、Pb降為零。

4)LNG汽化潛熱高,汽化過程中的冷量可回收利用。

5)由于LNG汽化后密度很低,只有空氣的60%左右,稍有泄漏立即飛散開來,不致引起爆炸。

6)由于LNG組分較純,燃燒完全,燃燒后生成二氧化碳和水,所以它是很好的清潔燃料,有利于保護(hù)環(huán)境,減少城市污染。   

28LNG的主要用途

1)做為清潔燃料汽化后供城市居民使用,具有安全、方便、快捷、污染小的特點。

2)作代用汽車燃料使用。采用LNG作為汽車發(fā)動機(jī)燃料,發(fā)動機(jī)僅需作適當(dāng)變動,運行又安全可靠,而且噪聲低污染小,特別是在排放法規(guī)日益嚴(yán)格的今天,以LNG作為燃料的汽車,排氣明顯改善,尤其是致癌的碳煙微粒。

3)做為工業(yè)氣體燃料,用于玻殼廠、工藝玻璃廠、電廠、陶瓷廠等。

4)做為冷源用于生產(chǎn)速凍食品,以及塑料、橡膠的低溫粉碎等,也可用于海水淡化和電纜冷卻等。

29天然氣液化包括哪幾部分

天然氣液化一般包括天然氣凈化(也稱預(yù)處理)過程和天然氣液化過程兩部分組成。

先將原料天然氣經(jīng)過予處理,脫除液化過程中的不利組分(酸性組分、水分、較重?zé)N類及汞等),之后再進(jìn)入制冷系統(tǒng)的高效換熱器不斷降溫,并將丁烷、丙烷、乙烷等逐級冷卻分離,最后在常壓下使溫度降到-162℃左右,即可得到LNG產(chǎn)品。

將LNG送入保冷良好的絕熱容器,可以在常壓下儲存、運輸、使用。

30天然氣液化前為何要進(jìn)行予處理

因為天然氣中含有CO2、H2O、H2S、COS、Hg、芳香族化合物及其它重?zé)N等雜質(zhì),這些雜質(zhì)如果不在進(jìn)液化單元前除去,就會在液化單元凝結(jié)成固體,或者腐蝕鋁制設(shè)備,從而造成設(shè)備、管道堵塞或鋁制設(shè)備泄漏,因而天然氣液化前要進(jìn)行予處理。

一般來說,CO2的含量應(yīng)低于50PPm,H2O的含量應(yīng)低于1PPm,H2S應(yīng)低于3.5PPm,COS應(yīng)低于1PPm,Hg應(yīng)低于0.01mmg/l, 芳香族化合物應(yīng)低于10PPm。

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