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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，也擴大了天然氣的利用領域。
在液化天然氣(LNG)工業(yè)鏈中，其儲存是一個關鍵環(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，因此對其儲存設備的安全、高效有嚴格要求。
隨著LNG技術(shù)在我國的發(fā)展，國內(nèi)許多相關設備制造廠和科研單位在LNG儲罐的設計和制造中積累了豐富的經(jīng)驗。 但是相關標準沒有給出LNG儲罐蒸發(fā)率的上限，文中介紹了對其試驗和計算進行分析的結(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，靜置達到熱平衡后，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，換算為標準環(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[1]和[2]對其靜態(tài)蒸發(fā)率的要求見表1。
2、試驗研究
城市LNG氣化站儲罐蒸發(fā)率的試驗通常在液氮預冷后、LNG進液前進行。這樣可充分利用預冷與保冷階段的液氮，節(jié)省投資。另外，在LNG進液前對儲罐的保冷性能有充分地了解，可以減少運營后因儲罐問題帶來的負面影響，保證氣化站正常的生產(chǎn)運營。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)率試驗為例作一介紹。
2.1試驗方法
按照文獻[3]，LNG儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率測量的試驗方法主要規(guī)定如下：
(1)試驗儀器
所用計量器具必須經(jīng)過計量部門檢定合格，并在有效期內(nèi)；濕式氣體流量計或質(zhì)量流量計的測量不確定度≤2%；溫度計的測量誤差≤0.1℃；氣壓計的測量誤差≤150Pa
(2)測量程序
�、賻缀误w積的測定按GB/T 18443.1進行，有效體積根據(jù)幾何體積計算；②低溫液體充裝量應為50%以上，靜置時間不少于48h；③打開與流量計相連的氣體蒸發(fā)出口管道閥門，同時關閉各氣、液管道上其他閥門，當內(nèi)容器表壓力為零時，連接流量計；④觀察蒸發(fā)氣體流量穩(wěn)定后，每個一定時間記錄一次流量計示值，按時記錄環(huán)境溫度、大氣壓力、流量計入口溫度；⑤穩(wěn)定連續(xù)測量不少于24h。
2.2 實例測試
測試實例：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)測試前的準備
測試前已向LNG儲罐內(nèi)充裝液氮約22t(27m3)，符合標準充裝量大于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)。液氮的靜置時間為106h，超過了國家標準所要求的48h。
(2)測試儀器及裝置
測試采用的儀器有：濕式流量計型號SB，精度2%；玻璃棒溫度計型號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)的準確性。在姜堰儲罐蒸發(fā)率的試驗中，選擇罐氣相出口安全閥(爆破片拆除)作為氣體蒸發(fā)出口管道與流量計相連。
3、蒸發(fā)率實例計算
在城市LNG氣化站建設投產(chǎn)初期，用戶還未達到設計規(guī)模，當用量足夠低以致完全可以用儲罐自蒸發(fā)的氣體供應時，儲罐出液閥門關閉，汽化器不開啟。此時，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)一定時間內(nèi)液位(體積)的變化計算儲罐的蒸發(fā)率。據(jù)此，筆者對通達九江天然氣公司氣化站內(nèi)2個LNG儲罐的蒸發(fā)率進行了計算。
在城市LNG氣化站建設投產(chǎn)初期，用戶還未達到設計規(guī)模，當用量足夠低以致完全可以用儲罐自蒸發(fā)的氣體供應時，儲罐出液閥門關閉，汽化器不開啟。此時，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)一定時間內(nèi)液位(體積)的變化計算儲罐的蒸發(fā)率。據(jù)此，筆者對通達九江天然氣公司氣化站內(nèi)2個LNG儲罐的蒸發(fā)率進行了計算。
九江天然氣公司氣化站LNG儲罐其結(jié)構(gòu)和絕熱形式與上文中姜堰LNG1#罐相同，體積為98m3。
根據(jù)該氣化站內(nèi)投產(chǎn)3個月來儲罐內(nèi)液位的數(shù)據(jù)記錄，可以很方便的計算出儲罐在3個月內(nèi)運行的平均蒸發(fā)率。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計算，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)以上計算，站內(nèi)2個儲罐每天平均放散LNG液體體積為0.554m3，在0.5MPa下，LNG的密度為394kg/m3，而LNG氣化后標準狀態(tài)下的密度為0.6959kg/m3。由此，可以得出，每天放散的氣態(tài)天然氣在標準狀態(tài)下的體積為313.66m3，可滿足約600戶居民的用氣。
采用工況計算的方法能夠非常方便快速地計算出儲罐在運行時的保冷性能，并能直接應用于實際的生產(chǎn)運營，可為運營者合理進行用戶的拓展、氣源的調(diào)度以及站內(nèi)的運營提供有力的數(shù)據(jù)支持。
但此方法仍受一定的限制，只有當汽化器不開啟時，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)儲罐液位的降低計算液體的蒸發(fā)量。因此，只適用于氣化站投產(chǎn)的初期。
根據(jù)該氣化站內(nèi)投產(chǎn)3個月來儲罐內(nèi)液位的數(shù)據(jù)記錄，可以很方便的計算出儲罐在3個月內(nèi)運行的平均蒸發(fā)率。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計算，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)以上計算，站內(nèi)2個儲罐每天平均放散LNG液體體積為0.554m3，在0.5MPa下，LNG的密度為394kg/m3，而LNG氣化后標準狀態(tài)下的密度為0.6959kg/m3。由此，可以得出，每天放散的氣態(tài)天然氣在標準狀態(tài)下的體積為313.66m3，可滿足約600戶居民的用氣。
采用工況計算的方法能夠非常方便快速地計算出儲罐在運行時的保冷性能，并能直接應用于實際的生產(chǎn)運營，可為運營者合理進行用戶的拓展、氣源的調(diào)度以及站內(nèi)的運營提供有力的數(shù)據(jù)支持。
但此方法仍受一定的限制，只有當汽化器不開啟時，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)率指標進行判定，但方法不同，得出的結(jié)果有所區(qū)別：
(1)試驗法是嚴格遵照國家標準進行，對試驗工況進行了修正，測試的是儲罐的靜態(tài)標準蒸發(fā)率；而計算法是在運行工況下進行的計算，得到的是平均運行工況下的儲罐實際蒸發(fā)率。
(2)試驗法通常采用液氮作為介質(zhì)，而計算法中針對的是LNG介質(zhì)。介質(zhì)不同，蒸發(fā)率也不同。
(3)試驗法適用于預冷保冷階段，計算法適合于投產(chǎn)的初期，且對日用氣量有要求。
(4)試驗法需一定的費用(液氮、測試單位、儀表等)和時間，操作較為繁瑣。
計算法只需取站內(nèi)日常記錄數(shù)據(jù)進行分析和計算，操作簡單方便，
(5)試驗法與實際情況有一定的差距，而工況計算法更為接近實際情況，對日常工作的指導意義更大。
