天然气的液化工艺和储运安全性研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 26 日 作者简介：作王延海（1984），男，汉族，陕西延安人，本科，陕西延长石油天然气股份有限公司延川站，中级职称，研究方向为天然气液化工艺。-59-天然气的液化工艺和储运安全性研究 王延海 陕西延长石油天然气股份有限公司延川天然气液化站，陕西 延安 716000 摘要：摘要：天然气是一种清洁高效的能源，对满足人类需求很重要。但它为气态，难储运利用。因此需将它液化为液化天然气，方便运输储存。本文探讨天然气液化工艺流程，及 LNG 储运的安全性问题。为了确保 LNG 的安全性，我们还介绍了现有的安全措施和最佳实践。通过深入研究液化工艺和储运安全性，我们希望为天然气行业提供有关 LNG 的重要信息和建议，以确保其可持续发展和安全使用。关键词：关键词：天然气；液化工艺；储运；安全性 中图分类号：中图分类号：TE646 随着全球能源需求增长，天然气作为清洁高效的化石燃料，在能源结构中地位日益重要。但它的气态属性给储存运输带来挑战，因此，将天然气液化成液化天然气以缩小体积便于储运的生产和使用变得必要。液化天然气是通过在极低温高压条件下将天然气液化的过程，但是，液化天然气的制备和运输过程中存在复杂工艺和安全风险，需要采取严格措施确保安全。1 天然气液化工艺 1.1 液化过程 1.1.1 脱硫 原始天然气含有硫化氢、二硫化碳等有害成分，这些成分不仅危害人体健康，还会在液化过程中引起问题。必须在液化前从气体中去除这些成分。因为硫化氢会严重腐蚀管道、设备和储罐，缩短使用寿命，还可能引起安全隐患。此外，硫化氢还会严重污染环境，散发刺鼻气味。二硫化碳在液化过程中可能生成固体硫化物，阻塞管道设备，增加操作风险。为解决这些问题，天然气脱硫常用氢氧化钠或氨水等化学方法吸收或中和硫化氢和二硫化碳。这可确保原气中硫化氢和二硫化碳浓度降至极低水平，满足安全和环保标准。硫化氢还会严重污染环境并散发刺鼻气味，二硫化碳在液化时可能生成固体硫化物堵塞管道、增加操作风险。1.1.2 脱水 天然气脱水常采用脱水装置或吸附剂。脱水装置可以是物理或化学方法，去除气流中的水分。一种常见脱水方法是使用含吸附剂或干燥剂的脱水塔或吸附器，这些物质可以吸附水分使气体干燥。化学方法是使用甲醇或乙二醇等化学剂与水分反应，生成可分离的水化学剂混合物，从而分离出水分。脱水主要通过脱水装置或吸附剂实现。物理方法如使用含吸附物质的脱水塔吸附水分；化学方法是采用甲醇、乙二醇等化学剂与水分反应生成可分离的混合物，从而去除气流中的水分。1.1.3 压缩 液化天然气需要先压缩显著缩小体积，提高密度，以降低液化所需温度。这通常需要使用高压压缩机将原始天然气压缩成高压气体。增大气体压力可以使分子更加聚集，从而提高密度。液化天然气必须先压缩大幅减小体积，增加密度，降低液化温度需求。这需要高压压缩机将原始天然气压缩成高压气体。提高气体压力可使分子更加聚集，增加密度。这点非常关键，因为天然气液化需要降至极低温度，仅在足够高压力下才能实现。高压压缩机由多级压缩器组成，每级逐步提升气体压力，直至达到液化前的所需压力水平。这确保气体在液化过程中能有效达到所需低温。1.1.4 冷却 在液化天然气制备过程中，原始天然气通常包含在自然状态下是气态的，但要将它转化为液态天然气，必须将它冷却到极低的温度，通常在-162C 左右。这一冷却过程通常通过液化天然气冷却循环来实现。在该过程中，液氮或液氩等极低温度冷却剂被用作主要的冷却媒介。中国科技期刊数据库 工业 A-60-1.2 液化工艺的风险 1.2.1 爆炸风险 天然气处理和液化过程中的爆炸风险核心在于，处理过程中天然气可能与空气混合形成易爆混合物。这主要发生在脱硫和压缩阶段，这里对原始天然气进行处理和加工。脱硫过程中需要去除硫化氢这种有害气体以降低环境和健康风险。但是如果脱硫操作未能有效控制硫化氢的排放，硫化氢可能与空气混合并形成可燃混合物。同样，在压缩过程中，气体也可能与空气混合，因为压缩机操作常伴随气体的压缩和释放。这些可燃混合物存在潜在危险，一旦遇到电弧、火焰、静电放电等点火源可能会引发火灾或爆炸。一旦被点燃，混合物会迅速燃烧产生大量热量，可能导致设备损坏、人员伤亡甚至环境污染。压缩过程中气体也可能与空气混合，压缩机操作中气体经常被压缩和释放。这些可燃混合物有潜在危险，如果遇到点火源如电弧、火焰等则可能引发爆炸。1.2.2 密度和体积控制 密度控制是确保液化天然气密度维持在预定范围内，防止过稀或过浓。如果液化天然气密度过低，储罐或容器内可能产生大量气体导致压力升高，提高爆炸风险。反之如果密度过高，可能引起流动问题，提高泵送和运输的能量消耗，降低效率。密度控制要保证液化天然气密度在规定范围内，防止过稀或过浓。如果密度过低会在容器内产生过量气体导致压力升高和爆炸风险；如果过高会导致流动问题，增加泵送和运输的能量消耗，降低效率。液化天然气体积高度紧凑，液化和储存过程中须防止泄漏或溢出。任何体积扩张都可能造成液体溢出，对操作人员和设备形成潜在威胁。如果液化天然气储存或运输不当，可能发生气体泄漏，释放出可燃气体，提高火灾和爆炸风险。必须严格控制液化天然气的体积，防止在液化和储存过程中发生泄漏或溢出。1.2.3 腐蚀和材料问题 液化天然气的极低温度是其生产、储存和运输过程中一个主要挑战。这涉及材料的选择和处理，以抵御极端低温环境带来的腐蚀和脆化风险。液化天然气温度通常约为-162C 的极低水平。在如此极端低温下，大多数材料会变脆，易发生脆化。这可能导致材料断裂损坏，威胁设备完整性和操作安全。必须选择和处理适当的耐低温材料，以防止液化天然气极端低温条件下的腐蚀和脆化，确保操作过程中的设备和系统完整性与安全。2 LNG 的储存和运输 2.1 储存 液化天然气储存设施功能双重，既保障供应又保证安全。外壁内壁互相依存，内储外护相辅相成。选择合适材料，考量多因素，低温耐腐并重，结构完整性首要。储罐位置选址，交通运输无碍，灵活调配应对多变。液化天然气储存是供应链的关键环节，储罐的设计和材料选择需要兼顾安全性、经济性和环境适应性。内外两个壁之间相互依存，共同发挥作用。必须根据极端低温条件选择抗腐蚀和抗脆性材料，以保证储罐的使用寿命。储罐位置需要考量运输和配送的便利性。在内部储罐和外部壁之间填充了绝热材料，如聚苯乙烯泡沫或岩棉。这些绝热材料的作用是减少热量传导，以防止外部温度影响内部 LNG 的温度。因为 LNG 必须保持在极低的温度通常-162C 左右，所以防止热量渗透非常重要，以确保 LNG 不升温或汽化。2.2 运输 液化天然气运输过程复杂，需专用运输工具，确保产品安全。LNG 船舶设计独特，采用双壁结构，中间配备聚苯乙烯泡沫绝缘材料。内壁采用 9%镍钢材质，抗低温腐蚀，容纳液化天然气，外壁提供结构支撑，抵御外部冲击。船舶设置温度压力监控报警系统，导热装置调节能量传递，保证液化天然气温度稳定在-163C。专业化设计减少汽化损耗，减少燃料消耗，节约能源成本，运输过程无污染，高效环保。液化天然气运输还配备气体检测和安全系统，实时监测泄漏和安全隐患。系统连接各种传感器，部署于船舶的主要区域和设备。一旦检测到甲烷、丙烷等可燃气体浓度异常，或监测到温度压力超出阈值，系统立即发出视觉和音频报警，并自动切断对应区域的电源，关闭相关阀门。3 LNG 的安全性措施 3.1 安全培训 液化天然气的安全生产和应用需要对从业人员进行系统、规范的安全培训。培训核心聚焦操作过程中的各种潜在危险，例如低温液氮侵蚀，管道内超高压中国科技期刊数据库 工业 A-61-力，可燃气体的泄漏与积聚等。学员将通过理论学习和模拟操作，掌握液化天然气生产流程、工作原理、运输方式、应急处置等知识，并在导师指导下体验各类个人防护装备的使用方法。培训强调针对突发紧急情况的应变与处置，让学员理解发生泄漏、消防等事故后的具体拦截、控制与抢险程序，减少人员伤亡和财产损失。例如，操作 LNG 设备的工作人员需要了解如何正确清除系统内残余可燃气体，确保设备管道无隐患。同时，维护人员需定期检查储罐、管道和设备的绝热性能，防止热量渗入和液氮腐蚀问题发生。操作人员必须掌握正确排除 LNG 系统残余可燃气体的方法，确保设备管道安全。3.2 定期检查和维护 液化天然气设备设施需定期检查维护，确保长期稳定运行。例如，储罐外壁可能因船舶碰撞、台风等外力损伤，或者金属材质老化腐蚀，内部绝热材料也会随时间发生热传导性能衰减。这需要工作人员定期实地检查内外两壁的完整性，必要时进行补救性维修，修补外壁破损、更换内部绝热材料。对于管道和阀门系统，也要检查腐蚀情况，测量管壁厚度，清除积存杂质，保证 LNG 流动畅通。这些规范化的维护措施，保证了液化天然气设备的安全可靠运转，预防事故发生。液化天然气设备的安全运转有赖于规范化的维护与检测。例如对储罐而言，工程师需定期进入罐内部，使用热像仪对绝热材料进行层层扫描，检查其完整性与隔热效果，3.3 防火和防爆措施 液化天然气制备与储运全流程，存在高度可燃爆炸危险，必须严密防火管理。所有与液化天然气接触的机械设备，如阀门泵压机等，必须使用防爆结构和防爆电机，避免机械火花点燃气体。同时对设备实施严格的静电控制，工人穿着防静电工作服和鞋，地面连接接地设备，确保静电放电的安全释放。运输转移操作中，增设防火隔离墙，发生泄漏事故后可快速移动，将起火点隔离。此外，液化天然气操作过程中，必须防止火灾爆炸事故发生。例如在装卸区域，洒水降温系统与泡沫灭火系统并存，一旦检测到甲烷浓度异常或温度超标，自动洒水冷却，若发生明火，立即喷射大量抗溶性泡沫在火场覆盖熄灭。操作人员经过系统培训，熟练使用各类手提灭火器材。储运设施设置独立防爆系统，一旦监测压力超标，立即启动自动消减压仪器释放多余燃气，将压力控制在安全范围。这些防爆体系的配合使用，确保液化天然气操作的安全。3.4 温度和压力监测 液化天然气的储存运输必须设置温压在线监控系统，实时掌控物料状态，防患于未然。系统通过在罐体关键部位分布的温度传感器和压力测量仪，全方位检测液化天然气的温度分布和压力波动。一旦发现异常，通过可控智能阀门释放部分液化天然气，降低压力和温度，保证系统在最优工作区间运行，不会发生管线爆裂泄漏等事故。同时还设置预警和报警逻辑，向操作员发出不同级别的视听告警信息，保障操作调节的及时性。另外，液化天然气的储存与运输全流程，配备智能温控系统严格监测液化天然气状态。储罐内壁铺装成千上万的微型温度传感器，实时检测液体不同部位的温度分布情况。一旦出现局部过热现象，系统立即启动对应的制冷循环，防止温度持续上升导致液化天然气汽化。同时，通过流量计和压力表判断液位和压力变化情况，智能阀门按需释放部分液化天然气。而在运输工具中，温压探头深入货舱内部，对液化天然气心脏区域进行全方位监测，确保液体在安全温度压力范围内运输。3.5 应急计划 液化天然气事故应急预案必不可少，事先演练，事故发生后快速有效处置，是保障液化天然气安全的重要措施。预案中会详细评估各类事故风险，制定针对性应对预案。例如针对储罐泄漏，预先布设快速拦截阀门，发生泄漏后迅速将罐体与系统隔离，同时启用泡沫喷射系统，在泄漏区形成隔绝层，阻止液化天然气进一步外溢，配合风机产生适度负压，防止可燃气体积聚。这些科学的系统布置和演练，提高应急能力，保障当事故发生时的处置效率。液化天然气企业还须建立高效的应急响应团队，并定期开展救援演练，提高事故处置能力。演练模拟泄漏、火灾等情况，检查现场处置与总部指挥的配合效果。应急小组掌握操作各类隔离、抑灭设备的方法，熟知灭火器、水炮、泡沫的使用时机。他们还学习评估事故级别，按标准流程汇报信息，请求增援。4 结束语 中国科技期刊数据库 工业 A-62-总之，要想确保安全，必须全面认识其生产、储存、运输中可能出现的各类风险，制定针对性地管理措施。这需要从工艺流程设计、设备选择和操作培训等方面着手，严格控制温度、压力、体积，防止泄漏事故发生；同时增强应急能力，加强消防演练和救援预案，提高事故处置效率。只有时刻保持高度的安全意识，才能有效降低液化天然气操作的危险性，确保其安全可靠地生产和应用。这不仅关系到企业自身的可持续发展，也关乎能源供应的安全和社会公众的切身利益。参考文献 1陈景峰,李辉,欧阳丽虎等.天然气液化工艺技术与设备的比较分析J.天津科技,2023,50(03):5-7,10.2庄秀娜,顾偲雯,平丽.天然气液化工艺控制结构设计与优化J.当代化工研究,2022(20):144-147.3石瑞瑞.天然气的液化工艺和储运安全性J.化学工程与装备,2022(05):236-238.4杜赵文.天然气的液化工艺和储运安全性初探J.化工管理,2020(02):63-64.5杜鹏.天然气的液化工艺和储运安全性分析D.大庆:东北石油大学,2015.