贾保印;宋媛玲;李婵;郑雪枫;洪益娟
【摘 要】LNG全容罐投入运行前需进行氮气干燥置换,以保证气相空间的水露点及氧体积分数达到规定指标要求.利用微积分对氮气干燥置换过程进行计算,建立氧体积分数及水露点随干燥置换时间变化的模型,计算出干燥置换时间及相应氮气用量.将模型应用于16×104 m3的LNG储罐氮气用量计算,实际氮气用量比理论计算值多17％,实际干燥置换时间比理论计算值多4d. 【期刊名称】《煤气与热力》
【年(卷),期】2015(035)008
【总页数】6页(P47-52)
【关键词】全容罐;干燥;置换;液化天然气储罐;氮气用量;干燥置换时间
【作 者】贾保印;宋媛玲;李婵;郑雪枫;洪益娟
【作者单位】中国寰球工程公司,北京100012;中国寰球工程公司,北京100012;中国寰球工程公司,北京100012;中国寰球工程公司,北京100012;中国寰球工程公司,北京100012
【正文语种】中 文
【中图分类】TE821
1 概述
国内已建成投产或在建的LNG 接收站储罐大部分采用全容罐(简称FCCR)，它是由9%镍钢制内罐、9%镍钢制热角保护、铝合金吊顶、16MnDR 钢衬板(外罐内壁)和预应力混凝土外罐组成。内罐用来储存LNG，内罐和外罐之间盛装绝热材料，可减少热量传入［1－2］，外罐用来密封蒸发气气体，并承受一定的热辐射。全容罐有效容积主要有16 ×104、20 ×104 m3 等。盛世才
GB/T 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》规定，全容罐内储存的液化天然气或其蒸发气按火灾危险性划分为甲A 类。常压(表压为0 kPa)下介质温度约为－160 ℃［3］。若建造完毕投运前干燥不彻底，罐内含有游离水或水露点过高，水滴及水蒸气将
吸收冷能而结冰，进而导致工艺管道和阀门堵塞，甚至造成罐内泵等重要设备损坏，影响接收站正常运行;若氧气置换不彻底，罐内氧体积分数过高易与罐内可燃介质形成爆炸性混合物，存在安全隐患。因此，全容罐在投入运行前进行氮气干燥置换是十分必要的，目的是保证气相空间的氧体积分数及水露点降低至安全水平。
目前国内对全容罐干燥置换过程的氧体积分数和水露点理论计算文献较少［4］。本文以有效容积为16 ×104 m3 的全容罐为例，结合其内部结构和干燥置换程序，对该过程氧体积分数和水露点随吹扫时间的变化进行计算研究，进而建立吹扫时间和氮气用量的理论计算方法。
2 全容罐干燥置换
2.1 全容罐干燥置换空间
全容罐干燥置换区域可根据储罐结构及干燥置换程序的不同分为A、B、C 三个主要部分［2］，见图1。
南京医科大学学报>牛顿环>乙酸钠
区域A:内罐和拱顶空间。内罐和拱顶空间通过吊顶的通气孔进行连接，干燥置换前该空间
充满空气。
区域B:内罐与外罐间环形空间和一次底板与二次底板间的底部空间。内罐与外罐间的环形空间填充珍珠岩粉末，干燥置换前珍珠岩间的空间充满了空气。一次底板为内罐的底部钢板，一次底板下侧为支撑内罐的素混凝土块，二次底板位于素混凝土块的下部，二次底板用于承载内罐事故状态时泄漏到内罐外侧的液化天然气。由于一次底板的搭接焊施工工艺造成在一次底板与混凝土块间形成气相空间，干燥置换前该空间储存少量的空气。
区域C:热角保护区域和罐底保冷层空隙空间。热角保护区域由9%镍钢板和泡沫玻璃组成，罐底保冷层主要由多层泡沫玻璃组成，在泡沫玻璃之间形成气相空间，干燥置换前该空间储存少量的空气。
其中，阀1和阀2连接的管道公称直径为150 mm，阀3和阀4连接的管道公称直径为80 mm，阀5、阀6、阀7、阀8、阀9和阀10连接的管道公称直径为50 mm。
图1 全容罐气相空间的干燥置换程序
2.2 全容罐氮气干燥置换程序
利用氮气对全容罐的三个气相区域进行干燥置换时，置换程序为A→B→C，见图1，主要步骤如下。
2.2.1 储罐增压盖革计数管
打开阀1，保证其他阀门处于关闭状态，引入氮气对储罐进行增压，将储罐由常压(0 kPa)增压至10 kPa。氮气沿阀1处管道引入储罐底部，在储罐底部管道以圆形布置，并在圆形管道上均匀设直径为6 mm 的喷射孔，氮气从喷射孔喷出至储罐空间对储罐进行增压。
2.2.2 A 区干燥置换
完成储罐增压后，维持储罐压力不变，维持阀1保持开启状态，打开阀2，维持其他阀门处于关闭状态。氮气从下到上按照“活塞效应”置换A 区的空气，置换过程中的气体从阀2处管道排出。当检测到阀2处气体的氧体积分数和水露点达到要求的指标后，A 区的干燥置换结束，关闭阀2。
2.2.3 B 区干燥置换
完成A 区干燥置换后，维持储罐压力不变，维持阀1保持开启状态，打开阀3和阀4，维持其他阀门处于关闭状态。氮气从A 区拱顶空间从上到下按照“活塞效应”置换B 区环形空间的空气，置换过程中的气体沿着均匀设有若干直径为6 mm 孔的底部圆环形管道从阀3和阀4排出。当检测到阀3和阀4处气体的氧体积分数和水露点达到要求的指标后，关闭阀3和阀4。打开阀5，开始B 区一次底板与二次底板间的底部空间的干燥置换，氮气沿着一次底板和素混凝土间的间隙进入，对一次底板搭接焊施工工艺所形成的空气空间进行置换。置换过程中的气体沿着预埋在底部素混凝土中的公称直径为50 mm 的管道由阀5排出。当检测到阀5处气体的氧体积分数和水露点达到要求的指标后，B 区的干燥置换结束，关闭阀5。
2.2.4 C 区干燥置换
完成B 区干燥置换后，维持储罐压力不变，维持阀1保持开启状态，打开阀6、阀7、阀8、阀9和阀10，维持其他阀门处于关闭状态。B 区的氮气沿着阀6、阀7、阀8和阀9进入C 区，开始热角保护区域和罐底保冷层空隙空间的干燥置换。置换过程中的气体沿着预埋在底部混凝土中的公称直径为50 mm的管道由阀10排出。当检测到阀10处气体的氧体积分数达到要求的指标后，C 区的干燥置换结束，关闭阀1、阀6、阀7、阀8、阀9和阀10。
在上述气相空间的干燥置换过程中，需要定期对排出口的氧体积分数和水露点进行监测，以便合理控制干燥置换效果，直至达到指标要求。
3 氧体积分数和水露点计算模型
可必特
3.1 全容罐氮气干燥置换指标
GB/T 26978—2011《现场组装立式圆筒平底钢质液化天然气储罐的设计与建造》(以下简称GB/T 26978—2011)和BS EN 14620—2006《现场组装立式圆筒平底钢质液化天然气储罐的设计与建造》(Design and manufacture of site built，vertical，cylindrical，flat－bottomed steel tanks for the storage of liquefied natural gases，以下简称BS EN 14620—2006)对LNG 储罐干燥置换指标要求见表1。
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