天然气的液化及液态储存

天然气的液化及液态储存天然气的液化及液态储存 甲烷的临界温度为 82 1 临界压力为 4 49mpa 在 0 055mpa 压力下 达到 161 甲烷即可液化 使用液化温度取决于储存压力 最常用的是深度冷冻法 将天然气冷却至 162 在常压 低温下储存 天然气液态容积为气态的 1 600 一 天然气的液化一 天然气的液化 天然气的液化属于深度冷冻 靠一段制冷达不到液化的目的 下面介绍三种方 法 1 阶式循环 或称串级循环 制冷 图 6 15 所示是阶式循环制冷流程 为使天然气液化并达到 162 需经过三段冷却 制冷剂为丙烷 也可用氨 乙烯 也可用乙烷 和甲烷 在丙烷通过蒸发器 7 冷却乙烯和甲烷的同时 天然 气被冷却到 40 左右 乙烯通过蒸发器 8 冷却甲烷的同时 天然气被冷却到 100 左右 甲烷通过蒸发器 9 把天然气冷却到 162 使之液化 经气液分离器 10 分离后 液态天然气进罐储存 三个被分开的循环过程都包括蒸发 压缩和 冷凝三个步骤 此法效率高 设计容易 运行可靠 应用比较普遍 2 混合式 或称多组分 制冷 图 6 16 所示是混合式制冷流程 这种方法的制冷剂是烃的混合物 并有一定数 量的氮气 丙烷 乙烯及氮的混合蒸汽经制冷机 6 压缩和冷却器 5 冷却后进入 丙烷储罐 丙烷呈液态 压力为 3mpa 乙烯和氮呈气态 丙烷在换热器 4 中蒸 发 使天然气冷却到 70 同时也冷却了乙烯和氮气 乙烯呈液态进入乙烯储 槽 氮气仍呈气态 液态乙烯在换热器中蒸发 冷却了天然气及氮气 氮气进 入氮储槽并进行气液分离 液氮在换热器中蒸发 进一步冷却天然气 同时冷 却了气态氮气 气态氮气进一步液化并在换热器中蒸发 将天然气冷却到 162 送入储罐 此法的优点是设备较少 仅需一台制冷机和一台换热器 其缺点是气液平衡与 焓的计算繁琐 换热器结构复杂 制造也困难 混合式制冷的效率和投资均比阶式循环制冷低 3 膨胀法制冷 如图 6 17 所示 膨胀法制冷流程是充分利用长输干管与用户之间较大的压力梯 度作为液化的能源 它不需要从外部供给能量 只是利用了干管剩余的能量 这种方法适用于远程干管压力较高 且液化容量较小的地方 来自长天然气 送 入管网输干管的天然气 先流经换热器 1 然后大部分天然气在膨胀涡轮机中 减压到输气管网的压力 没有减压的天然气在换热器 2 中被冷却 并经节流阀 3 节流膨胀 降压液化后进入储罐 4 储罐上部蒸发的天然气 由膨胀涡轮机带 动的压缩机吸出并压缩到输气管网的压力 并与膨胀涡轮机出来的天然气混合 作为冷媒 经换热器 2 及 1 送入管网 按此原理所能液化的天然气数量 取决于管网的压力所能提供的能量 表 6 3 是各种压力比下甲烷的液化量 表表 6 36 3 各种压力比下甲烷的液化量各种压力比下甲烷的液化量 入口压力 p1 mpa出口压力 p2 mpa甲烷液化量 p1 p2 7 003 503 72 1 5 253 502 41 5 1 5 251 051 035 1 5 250 351 4815 1 2 10o 210 8310 1 在城市对天然气的需用量大于长输干管的输气量时 必须使储存的液化气体重 新气化供应城市 气化设备所需费用大约占液化设备的 1 4 为使液化天然气气化 目前大部分都采用浸没式加热的蒸发器 为了保持水温 就需要烧掉一部分天然气 一般从液化天然气中得到 1m3 气态天然气需消耗 745kj 左右的热量 二 低温储罐的结构二 低温储罐的结构 液态天然气必须储存在低温储罐中 低温储罐通常是由内罐和外罐构成 中间 填充隔热材料 1 内罐 内罐又称 薄膜罐 是由薄低温钢板制成的具有液密性 可挠性的内容器 它必须把液压头传递给隔热层 用作薄膜的材料必须具有在低温条件下不脆化 的特性 并具有足够的韧性与良好的加工性能 通常采用镍钢 不锈钢或铝合 金 2 隔热层 隔热层在将液压头传递给外罐体的同时 还起着减少气化量 缩小罐体内外壁 温差 减轻由此产生的温差应力的作用 另外它还有固定 薄膜 的功能 因 此要求隔热层热导率小 而且具有足够的强度 能满足这些条件的材料有硬质 泡沫氨基甲酸乙酯 泡沫玻璃 珍珠岩以及硬质泡沫酚醛树脂等 为了提高隔 热材料的隔热性能和经济性 可采用由粉末状 纤维状 板状等隔热材料混合 使用的隔热法 液化天然气注入罐内后 内罐壁就会冷缩 反之液化天然气完全被排出后 罐 内温度将逐步上升 内罐壁随之伸张 填充在内外罐中间的粉末状隔热材料 由于内罐壁的反复胀缩变得严实 因此在靠近内罐处必须敷设一层伸缩性强的 隔热层 此隔热层的厚度与内罐壁的胀缩相适应 并在内罐壁胀缩时起缓冲作 用 保证储罐安全运行 3 外罐 又称罐体 外罐就是能承受各种负荷的外壳 它必须具有足够的强度 根据所用材料不同 可以分为以下几种 冻土壁 钢制壁 钢筋混凝土壁及预应力混凝土壁 冻土壁 冻土壁和隔热盖形成气密性封闭空间作为外罐 又称为坑储穴 在 建造时 用冷却管使内罐周围土壤冻结而成 坑储穴投产后 低温液体会使周 围继续保持冷冻状态 而且这一冻土层还会逐年扩张 因此蒸发损失也会逐年 减少 建造坑储穴的先决条件是要有一个较高的地下水位 此外 坑储穴的底 应该是最不容易渗透的岩石或黏土层 钢制壁 包括合金及铝 它只适用于建造地上低温储罐 液化天然气的地上低温储罐与一般常温储罐不同 必须考虑罐底下的地面因土 壤冻结膨胀而鼓起 使储罐有损坏的危险 所以必须采取措施 防止地面土壤 冻结 一般可以将地上储罐分为落地式和高架式两种 如图 6 18 所示 落地式底部用珍珠岩混凝土隔热 在预埋的管道中通入热风或热水 或在基础 内部预设电加热器 以防土壤冻结 高架式是用立柱支撑罐体底盘 使其与地面分开 保持储罐与地面之间空气畅 通 防止液化天然气吸收地面大量热量 以避免土壤冻结 钢筋混凝土壁及预应力混凝土壁 这两种外壁是地下罐外壳的主要材料 具 有如下优点 a 钢筋混凝土和预应力混凝土是很好的低温材料 即使薄膜受损 低温储液与 预应力混凝土壁接触也不会损坏外壁 b 耐久性好 不受地下水腐蚀 不变脆 c 它有很好的液密性 并且具有较好的抗震性能 具有钢筋混凝土外壁的地下储罐如图 6 19 所示 根据国外资料介绍 建造三种罐的费用以坑储穴最便宜 地上复壁金属罐最贵 但是包括运行费用在内的三种储存方式生产成本几乎是相同的 三 液化天然气储存站的安全三 液化天然气储存站的安全 液化天然气储存站通常储存的天然气以数千万立方米计 其安全性是十分重要 的 特别是要考虑到一旦发生事故时 应尽量减少对周围环境造成的灾害性影 响 为此 除了应正确选择储存站站址外 还必须有一系列的安全措施 如 在站区平面布置中要考虑各种设备之间的安