液化天然氣簡稱LNG(Liquefied Natural Gas)，是天然氣的液態(tài)形式。它充分利用了天然氣在常壓和-162℃下液化后，體積可縮小到氣態(tài)時(shí)的1/600這一性質(zhì)，為天然氣的高效輸送提供了新的途徑，也擴(kuò)大了天然氣的利用領(lǐng)域。
    在液化天然氣(LNG)工業(yè)鏈中，其儲存是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，液化后的天然氣都要儲存在站內(nèi)儲罐或儲槽中。在衛(wèi)星型液化站和LNG接收站，都有一定數(shù)量和不同規(guī)模的儲罐或儲槽。LNG槽船、槽車、罐式集裝箱是主要的運(yùn)輸工具。天然氣是易燃易爆的燃料，而LNG的儲存溫度很低，因此對其儲存設(shè)備的安全、高效有嚴(yán)格要求。
    隨著LNG技術(shù)在我國的發(fā)展，國內(nèi)許多相關(guān)設(shè)備制造廠和科研單位在LNG儲罐的設(shè)計(jì)和制造中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 但是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒有給出LNG儲罐蒸發(fā)率的上限，文中介紹了對其試驗(yàn)和計(jì)算進(jìn)行分析的結(jié)果。


 

1、LNG儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率

    LNG儲罐的主要性能指標(biāo)有靜態(tài)蒸發(fā)率、封結(jié)真空度、真空夾層漏率、真空夾層放氣速率及真空夾層漏放氣速率等。儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率能較為直觀的反映儲罐在使用時(shí)的保冷性能。其定義為低溫絕熱壓力容器在裝有大于有效體積1/2低溫液體時(shí)，靜置達(dá)到熱平衡后，24h內(nèi)自然蒸發(fā)損失的低溫液體質(zhì)量和容器有效體積下低溫液體質(zhì)量的百分比，換算為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下(20℃，101325Pa)的蒸發(fā)率值。
    LNG儲罐因用途、規(guī)模及地形等原因，選擇的結(jié)構(gòu)形式、絕熱方式各不相同，對儲罐蒸發(fā)率的要求也有不同。以中小城市LNG城市衛(wèi)星站大多采用的50m3及100m3帶壓LNG儲罐為例，文獻(xiàn)[1]和[2]對其靜態(tài)蒸發(fā)率的要求見表1。
   
 

　  儲罐蒸發(fā)率的性能指標(biāo)可以通過測試(試驗(yàn)法)得到，也可在實(shí)際運(yùn)行中根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算(工況計(jì)算法)求得。

2、試驗(yàn)研究

　　城市LNG氣化站儲罐蒸發(fā)率的試驗(yàn)通常在液氮預(yù)冷后、LNG進(jìn)液前進(jìn)行。這樣可充分利用預(yù)冷與保冷階段的液氮，節(jié)省投資。另外，在LNG進(jìn)液前對儲罐的保冷性能有充分地了解，可以減少運(yùn)營后因儲罐問題帶來的負(fù)面影響，保證氣化站正常的生產(chǎn)運(yùn)營。文中以江蘇省姜堰市天然氣有限公司LNG氣化站內(nèi)1#儲罐的靜態(tài)蒸發(fā)率試驗(yàn)為例作一介紹。

2.1試驗(yàn)方法

　　按照文獻(xiàn)[3]，LNG儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率測量的試驗(yàn)方法主要規(guī)定如下：
　　(1)試驗(yàn)儀器 
　　所用計(jì)量器具必須經(jīng)過計(jì)量部門檢定合格，并在有效期內(nèi)；濕式氣體流量計(jì)或質(zhì)量流量計(jì)的測量不確定度≤2%；溫度計(jì)的測量誤差≤0.1℃；氣壓計(jì)的測量誤差≤150Pa


 

    (2)測量程序 
　?、賻缀误w積的測定按GB/T 18443.1進(jìn)行，有效體積根據(jù)幾何體積計(jì)算；
    ②低溫液體充裝量應(yīng)為50%以上，靜置時(shí)間不少于48h；
    ③打開與流量計(jì)相連的氣體蒸發(fā)出口管道閥門，同時(shí)關(guān)閉各氣、液管道上其他閥門，當(dāng)內(nèi)容器表壓力為零時(shí)，連接流量計(jì)；
    ④觀察蒸發(fā)氣體流量穩(wěn)定后，每個(gè)一定時(shí)間記錄一次流量計(jì)示值，按時(shí)記錄環(huán)境溫度、大氣壓力、流量計(jì)入口溫度；
    ⑤穩(wěn)定連續(xù)測量不少于24h。
2.2 實(shí)例測試
    測試實(shí)例：姜堰天然氣公司LNG氣化站1#儲罐，體積為50m3，結(jié)構(gòu)型式為立式圓筒形帶壓罐，絕熱形式為真空粉末。
    (1)測試前的準(zhǔn)備
    測試前已向LNG儲罐內(nèi)充裝液氮約22t(27m3)，符合標(biāo)準(zhǔn)充裝量大于50％的規(guī)定。充裝完畢后，將該儲罐氣相管路上的閥門完全打開，儲罐內(nèi)的壓力基本降至零壓(約600Pa)。液氮的靜置時(shí)間為106h，超過了國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的48h。

 

    (2)測試儀器及裝置
    測試采用的儀器有：濕式流量計(jì)型號SB，精度2%；玻璃棒溫度計(jì)型號WBG，精度±0.2℃；秒表精度1S；大氣壓表型號DYM-3。
    與濕式氣體流量相連的氣體蒸發(fā)出口管道可有多種途徑選擇，測試中，應(yīng)盡量選擇口徑較大的氣相管路，防止儲罐因蒸發(fā)氣體放散不暢造成的憋壓現(xiàn)象而影響測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在姜堰儲罐蒸發(fā)率的試驗(yàn)中，選擇罐氣相出口安全閥(爆破片拆除)作為氣體蒸發(fā)出口管道與流量計(jì)相連。
   
 

3、蒸發(fā)率實(shí)例計(jì)算
　在城市LNG氣化站建設(shè)投產(chǎn)初期，用戶還未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，當(dāng)用量足夠低以致完全可以用儲罐自蒸發(fā)的氣體供應(yīng)時(shí)，儲罐出液閥門關(guān)閉，汽化器不開啟。此時(shí)，儲罐內(nèi)液位的降低(液態(tài)體積的減少)完全來自罐內(nèi)液體的蒸發(fā)，據(jù)此，可根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)液位(體積)的變化計(jì)算儲罐的蒸發(fā)率。據(jù)此，筆者對通達(dá)九江天然氣公司氣化站內(nèi)2個(gè)LNG儲罐的蒸發(fā)率進(jìn)行了計(jì)算。
   根據(jù)該氣化站內(nèi)投產(chǎn)3個(gè)月來儲罐內(nèi)液位的數(shù)據(jù)記錄，可以很方便的計(jì)算出儲罐在3個(gè)月內(nèi)運(yùn)行的平均蒸發(fā)率。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算，1#罐平均每天蒸發(fā)的液體量為0.265m3，2#罐平均每天蒸發(fā)的液體量為0.289m3，根據(jù)儲罐蒸發(fā)率的定義得：
　根據(jù)以上計(jì)算，站內(nèi)2個(gè)儲罐每天平均放散LNG液體體積為0.554m3，在0.5MPa下，LNG的密度為394kg/m3，而LNG氣化后標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為0.6959kg/m3。由此，可以得出，每天放散的氣態(tài)天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為313.66m3，可滿足約600戶居民的用氣

 

   采用工況計(jì)算的方法能夠非常方便快速地計(jì)算出儲罐在運(yùn)行時(shí)的保冷性能，并能直接應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)營，可為運(yùn)營者合理進(jìn)行用戶的拓展、氣源的調(diào)度以及站內(nèi)的運(yùn)營提供有力的數(shù)據(jù)支持。
　但此方法仍受一定的限制，只有當(dāng)汽化器不開啟時(shí)，儲罐內(nèi)液位的降低完全來自液體的自身蒸發(fā)，才能根據(jù)儲罐液位的降低計(jì)算液體的蒸發(fā)量。因此，只適用于氣化站投產(chǎn)的初期。

4、兩種方法的區(qū)別與聯(lián)系
　　2種方法都是對儲罐的絕熱性能——蒸發(fā)率指標(biāo)進(jìn)行判定，但方法不同，得出的結(jié)果有所區(qū)別：
　　(1)試驗(yàn)法是嚴(yán)格遵照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，對試驗(yàn)工況進(jìn)行了修正，測試的是儲罐的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)率；而計(jì)算法是在運(yùn)行工況下進(jìn)行的計(jì)算，得到的是平均運(yùn)行工況下的儲罐實(shí)際蒸發(fā)率。
　　(2)試驗(yàn)法通常采用液氮作為介質(zhì)，而計(jì)算法中針對的是LNG介質(zhì)。介質(zhì)不同，蒸發(fā)率也不同。
　　(3)試驗(yàn)法適用于預(yù)冷保冷階段，計(jì)算法適合于投產(chǎn)的初期，且對日用氣量有要求。
　　(4)試驗(yàn)法需一定的費(fèi)用(液氮、測試單位、儀表等)和時(shí)間，操作較為繁瑣。
　　計(jì)算法只需取站內(nèi)日常記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，操作簡單方便，
　　(5)試驗(yàn)法與實(shí)際情況有一定的差距，而工況計(jì)算法更為接近實(shí)際情況，對日常工作的指導(dǎo)意義更大。