超低温储罐液化天然气储罐的应用及技术安全

2022-11-04＊袁斌

当代化工研究 2022年19期

＊袁斌

（中海油江苏天然气有限责任公司江苏 224500）

液化天然气是当代社会出现的一种新型的用于当代居民日常生活的可燃烧能源，它具有很多优势，由于液化天然气主要原料是甲烷，所以存在着无色、无味、无毒、无腐蚀性且不溶于水等特点，不仅如此，在将甲烷从气化转变到液化之后，不仅比重及体积变小了，还更便于运输和使用、便于储存，由于液化天然气的以上优点，使得液化天然气的制造技术和产品得到了广泛传播和利用，且天然气液化储罐过程当中，会产生大量的能量可以用于其他用途，达到资源的高效利用。但是在液化天然气的液化储罐过程当中，还有许多技术和设备仍然有着不完善的地方，如液化天然气储罐技术、运输技术及液化天然气保存技术等都存在着许多欠缺之处，需要不断改善与进步[1]。

1.液化天然气储罐的概念和基本特征

(1)天然气及液化天然气储罐的概念

液化天然气简称为LNG，是一种以甲烷为主要组合物质的新型环保型燃料资源。对于液化天然气的分类，其主要以干湿状态作为区分标准，干燥的天然气主要原料是甲烷，而湿润的天然气原料种类较多，如甲烷、乙烷、丁烷等。液化天然气除了主要成分甲烷之外，其成分表还有乙烷、丙烷，天然气与液化天然气最主要的区别就是体积不同，储存方式的差别，天然气只要在常压及-162℃的环境当中，就可以以特殊方式和技术将其变为液化天然气。在常压下，液化天然气的密度约为430～470kg/m³，其燃点较高，高达650℃，其产生的热值也是一个极为震撼的数字，热值为52MMBtu（1MMBtu=2.52×108cal），除此之外，如若将液化天然气置于普通空气环境当中，其爆炸的极限为5%～15%。其实，天然气分为液化和气化，只是由于储存方式和特点的不同，所产生的区别，液化储罐方式可以极限液压天然气，最大程度地压缩天然气体积，更加便于储存、运输和使用。

图1 液化天然气装置图

一般情况下，由于液化天然气的压力较大体积被压缩到极致，使得温度和压力等方面都存在着许多的不稳定情况，所以液化天然气的储罐方式中的储罐设备都是双层的金属罐，其位于内层与液化天然气接触的金属罐材料还含有9%Ni低温钢，这使其储存和运输更加安全，其储罐的中间层还采用了先进的技术和有效的方式，运用膨胀珍珠岩，其目的就是为了隔热，外层的金属罐材质就较为简单许多，以碳钢为主[2]。

(2)液化天然气储罐的基本特征

天然气与液化天然气都是同一种物质，唯一的区别为储存方式和体积的不同，液化天然气储罐作为天然气体积最小，储存最方便的方式手段，具有许多特征和性能。第一是液化天然气具有极强的耐低温的特性，液化天然气是天然气在极低温度和常压环境当中转变而成的，而为了更好地储存液化天然气，天然气厂家会把液化天然气的储存环境温度直接降到-160℃的常压沸点以下。由于液化天然气形成的原理和储存条件，即可得出结论，此能源储罐极为抗低温。第二是液化天然气储罐具有较好的抗压能力和塑性能力，对于液化天然气的形成原因及环境特点，可以得出，液化天然气在遇到一点热量就会直接被气化。如若天然气储罐出现破损使得液化天然气流露到日常空气环境当中，都有可能会遭遇星火而产生爆炸，具有极大的安全隐患，为此，液化天然气的储罐一般都是采用极为抗压且较易塑性的材料，才可能保证液化天然气的安全。

图2 天然气液化装置

第三个特性是液化天然气的抗压能力好，在第二条特性当中也有所提及。天然气是一种燃烧极快的能源，且液化天然气一般是储存于储罐之中虽体积小但是压力大，一旦罐液化天然气泄漏到空气当中，就有可能发生不可挽回的危险和破坏，且在运输过程当中，极有可能受到来自其他物品的压力，在居民家中及其他地方进行使用时，发生地震、楼房坍塌建筑损毁等情况下，都会对液化天然气产生一定的破坏性影响，所以对于液化天然气的储罐的品质要求，一定要足够抗压。第四个特性是液化天然气的储罐具有较好的耐腐性，液化天然气的储罐除了会遭遇其他物品带来的压强、自身强度材质的硬化，还需要注意的是，液化天然气储罐的储存过程当中以及运输和日常使用时，极有可能遭到具有腐蚀性的强酸强碱的破坏，如硫酸溶液等，如若此时，LNG储罐所用的材质是较为轻软不具有一定防腐性质的，就会产生和以上几条特性当中提到的后果。正因如此，我国及其他国家，极为重视对液化天然气储罐的材质选择和防腐性能上的研究。第五个特征是LNG储罐的原装材料具有良好的稳定性以及加工的便利性，据液化天然气的形成和自身特点，各界专家专门研究和制造出了具有良好特性的储罐材料，例如，储罐其位于内层与液化天然气接触的金属罐材料还含有9%Ni低温钢，以及底部使用的泡沫玻璃等技术和材料，都具有较好的稳定性，不易发生脆裂的情况，且储罐的闸阀处也进行了特殊处理，可以抵抗较多的外界因素压力。与此同时，在特殊技术和设备的双重作用下，LNG储罐的最初塑造性也很强，可以制造成设计的样式，便于外形的统一[3]。

2.液化天然气储罐的分类及装置要求

(1)液化天然气储罐的分类

天然气有着干湿之分，种类和物质组合上有着许多区别，对于液化天然气储罐也有分类，而通常因为LNG储罐中的物质较为相似，品质和外形也不足以成为区分的标准。所以并不是以LNG品质和物质作为区别，而是以液化天然气储罐液化能力的高低来进行最终的区分标准。在此背景下，LNG储罐的造型以及材质的选择就受到了很多外界因素的影响，根据地点及环境的不同，液化天然气储罐的类型也不同。基本上，液化天然气储罐的类型大致可以分为三种类型，第一种是单容罐，它的形状大体也为双层的，中间层还采用了先进的技术和有效的方式，提升了罐壁的硬度，在外壁材料，选择了碳钢材质，这种材质也具有一定的保护作用，减少了液化天然气的泄露概率，但是相比起另外两种类型的储罐，安全性能较低。第二种类型就是全容罐，此类型的液化天然气容罐材质上与采用了双层加真空技术，采用珍珠岩材质等，极大程度上加强了液化天然气储罐的硬度、形状、耐腐蚀性，但是依旧存在着许多不足之处，且对于长途运输和长期使用的情况下，还是存在着被损坏的可能性。第三种液化天然气储罐，不仅是安全性能最高的，而且材质及铸造技术也是较为先进的，其采用双层的金属罐，位于内层与液化天然气接触的金属罐材料还含有9%Ni低温钢，这将更有利于液化天然气的储存安全和运输使用安全，其储罐的中间层还采用了先进的技术和有效的方式，运用膨胀珍珠岩，其目的就是为了隔热及防止内部天然气的泄露，外层的金属罐材质就较为简单许多，以碳钢为主，且还在外部铸有混凝土，最大程度上保证了储罐内液化天然气的稳定，及周围环境、人员、财务的安全[4]。

(2)液化天然气储罐的装置要求

液化天然气，拥有两种供应形式，一种是管道供应，一种是罐装供应，其两种供应的方式和区别较大，工程量及环保度也有着较大的区别，但是无论是哪一种，都具有这身独具特色的装置建造要求。

对于罐装型LNG储罐，最大的特点就是便于运输，且可以运用于各个地区，不用进行大量的工程和安装成本，面对较复杂的地形和较偏远的地区，独立罐装天然气极为方便使用。但是在对于液化天然气储罐的铸造，就需要在对材料选择的时候，必须去找抗压防腐蚀的材料，并且，还需要大型的铸造工厂，进行流水线形式的铸造过程，与此同时，需要注意的是，液化天然气不可遇见明火，必须极为重视环境温度的控制，不可出现温度失控的情况。在储罐出厂时，需要对每一个储罐的密闭度进行检测，必须做到无一破损的封闭情况，以最大程度来保证液化天然气储罐的安全性能。在运输时，必须保证每一个储罐的朝向和开关处进行安全的二次保险，以免出现液化天然气的泄露。

独立罐装LNG的生产对于安全性能和其他方面的考虑点相比管道运输方式较少。对于管道运输供应类型而言，是一个极为困难且工程量大的建造。对于此类液化天然气的生产和运输，在一开始生产时，对于工厂位置的选择尤为重要，不可建造在易燃物周围，以及居民和需要高温工作企业工厂的周围，其次，必须选择交通便利，位置优越的地区。这样才能保证工厂远离不可控因素的地方。一般天然气场站装置系统尽量远离储罐，且周围一定要建设专业和高效的消防水池和消防工具，除此之外，还需要选择方便用水和排放储存废水的地方。其次，在液化天然气的运输管道延伸地区，需要进行围堰和混凝土浇灌铸造，且路线需要进行提前规划，避免与其他重要装置出现交错和碰撞，容易出现后期损坏和多方领域装置出错的情况，维修方式和成本会增加。对于此类型的液化天然气供应路线和方式，还需要在运输路线上进行定点，建造便于检查和维修的装置，利于后期减少维修工程量。

3.我国液化天然气储罐的现状和应用措施

(1)我国液化天然气储罐的现状

我国是世界人口大国，拥有十多亿同胞，这也就意味着我国对于相关社会上的能源需求就极为巨大，在能源需求较大的同时，自然要求要有足够多的能源进行供应，才能完完全全地保证当代居民的生活和工作需求。例如，我国的天然气需求巨大，天然气的储存空间是一大问题，而且将天然气转化成液化天然气需要较为严苛的技术要求、环境要求等，才能保证天然气安全和完整的转化成功，就算在转化成功之后，储存安全度及储罐材料也是一笔较高的消耗，有关平台记载一台60m3的液化天然气储罐就需要九万元人民币的价格，且生产流程需要32道生产工序、28个检验点、每个环节和检验点都需要人力、物力的支撑也是一笔极大的成本支出。且除此之外，我国天然气原料，如甲烷、丙烷等物质主要储存在西部地区，资源一度缺乏，开采也需要较先进的技术、人力、物力等。据有关数据统计，2020年我国天然气的生产总值中排名前十的省份产值占总产值的91.4%，其中排名前三的陕西、四川、新疆等三地产量就占天然气总产量的70.2%，由此可见我国的天然气产量及产地高度集中。我国目前的资源开采技术、设备、储罐铸造技术等都还不够成熟和高效，国际上对此领域的研究也处于初始状态，可借鉴的经验较少，而且我国对于此领域出台的政策较少，不可避免地会出现资源随意开采，故意哄抬物价等行为的出现，从而破坏了资源的供应链和自然环境。

除了以上需要改善的方面之外，最值得社会关注的就是，我国从事相关领域行业的人员创新能力较低，人员数量、学术研究型人才较少。在2021年，由于发生许多燃气事故，从而使得我国的石油天然气专业逐步冷门，对于市场的人才需要随之难以满足，且此类能源的生产技术和设备掌握难度和危险系数较高，从而使得存在某些工作人员的操作不当，出现工作效率较低，人员生命安全得不到有效保障的情况。我国引进了外国一些先进技术的同时，还是存在技术不完善，可应用场景少的局面。我国相关领域行业的技术版权专利意识不高，存在着不合规的情况，这对于此类行业的发展与进步而言，无疑是一个极为严重的绊脚石。

(2)我国液化天然气储罐的应用措施

只有加强相关领域和专业的宣传，鼓励和宣传各界人士，对于液化天然气的储罐技术专利问题，必须加强版权和专利意识，让社会各界放弃传统落后的思想，做到有创新、有专利、有合法，积极调动社会各界人士的创新积极性。当代社会智能化、自动化产品研发和发展自然是处于一个鼎盛时期，但是不可否认的就是，现如今各种科技产品和技术仍然处于一个待发展的阶段，许多领域对于智能化产品的使用依旧处于一个较落后的阶段。所以对于天然气的开采，液化天然气储罐技术等领域，最重要的就是人才的培养，只有拥有足够多的人才，才能实现“百家齐放，百家争鸣”的状态，达到相关技术的便利化以及先进化。