基于LNG行业未来的发展前途,以及我国对清洁能源的政策导向,当前许多公司都萌生了转战LNG行业的想法。
作为一种热门的能源技术,如何能做到高效地学习呢?掌握合理的方式十分关键,分清主次,紧抓基础是高效学习的必由之路。下面就为大家总结一些学习LNG必须要知道的基础知识。
它是天然气(甲烷CH4)在经净化及超低温状态下(-162℃、一个大气压)冷却液化的产物。液化后的天然气其体积大幅度减少,约为0℃、1个大气压时天然气体积的1/600,也就是说1立方米LNG气化后可得600立方米天然气。
无色无味,主要成份是甲烷,很少有其它杂质,是一种非常清洁的能源。爆炸极限为5%-15%(体积%),燃点约450℃。
LNG的主要成分是甲烷,并可能含有少量乙烷、丙烷、氮和通常存在于天然气中的其它组分。
不同工厂生产的LNG具有不一样的组份,主要根据生产的基本工艺和气源组份,按照欧洲标准EN1160的规定,LNG的甲烷含量应高于75%,氮含量应低于5%。
LNG的密度取决于其组份,通常为430~470kg/m3,甲烷含量越高,密度越小。
密度还是液体温度的函数,温度越高,密度越小,变化的梯度为1.35Kg/3℃。
LNG的密度可直接测量,但一般都是通过气体色谱仪分析的组份结果计算出密度。
LNG的沸腾温度也取决于它的组份,在大气压力下通常为-166-157℃,一般资料上介绍的-162.15℃是指纯甲烷的沸腾温度。
沸腾温度随蒸气压力升高而升高,变化梯度为1.25×10-4℃/Pa,LNG的温度通常是用铜/铜镍热电偶或铂电阻温度计进行测量。
LNG的气液体积比是指LNG汽化为标准状态的天然气体积与LNG体积之比。
通常所说的LNG气液体积比为625是纯甲烷的气液体积比,且其标准状态为欧美标准(温度为15.5℃),按国内标准(温度为20℃)纯甲烷的气液体积比应为633。
LNG的气液体积比也取决于它的组份,甲烷含量越高,气液体积比越大,气液体积比还是液体温度的函数,温度越高,气液体积比越小。
单位质量LNG汽化后的气体体积(标态)取决于它的组份,甲烷含量越高,单位质量LNG汽化后的气体体积越大,其与液体的温度、饱和压力无关。
目前国内LNG的交接计量一般会用称重法,先用磅秤称出LNG的重量,然后根据单位质量LNG汽化后的气体体积数(标态)计算出其相当于多少Nm3的天然气。
发生泄漏时,LNG将与环境迅速换热、发生快速相变而汽化,单位体积的LNG能产生约600倍体积的气体。
如果LNG泄漏至大量的水中,水与LNG之间的热传递速率非常高,LNG将激烈地沸腾并伴随巨大的爆炸声、喷出水雾,此现状称为冷爆炸。
LNG发生泄漏之后,大气中的水蒸气被冷凝而形成云雾,当这团云雾能看见时,可当作蒸发气体移动方向的指南。同时,云雾也可作为气体空气混合物可燃性的指示。
天然气/空气云团中天然气的体积浓度达到5~15%时,就能被点燃。因为LNG装置一般都设置在一个围堰中,即使着火,其燃烧范围也可控制在围堰范围内。如果在封闭空间内着火,就会发生爆炸。
LNG(纯甲烷)的汽化潜热为122Kcal/kg,LNG的汽化潜热也取决于它的组份,汽化潜热还是液体温度的函数,温度越高,汽化潜热越小。
当LNG从已有的压力降低至沸点对应压力以下时,例如流经阀门,部分液体蒸发,同时温度也将降低到该压力下的新沸点,此现状称为闪蒸。
闪蒸气的组成与液相的组成有较大差别,闪蒸气中低沸点组分的比例较多,例如氮的沸点为-196℃,比甲烷沸点-162℃低,比甲烷更易汽化进入气相。
有人对储罐中气液两相的组成进行过测定,在液相中氮的浓度为0.3%、甲烷的浓度为87.7%(mol),而在气相中氮的浓度达9.7%、甲烷的浓度为90.3%(mol),氮在气相中的浓度为液相中浓度的32倍。
若LNG压力为1~2×105Pa,温度为其沸点,估算时可认为压力每降低1kPa,1m3液体由于闪蒸能产生0.4kg的气体。
这些蒸发气外泄时,由于温度很低,常在-100℃左右,气体密度大于空气。从环境吸热升温后,密度减少。在标准状态下,蒸发气的密度约为空气密度的0.6倍。
热值是表示燃料质量的重要指标之一,可分为高热值和低热值,辛烷值是表示车用燃料抗爆性的重要指标之一,可分为研究法辛烷值和马达法辛烷值。
分层的原因可能是新装入储罐的LNG和残留在储罐内的LNG密度不同,或LNG中氮含量较高(如≥3%),对流使氮组分移动至储罐液体表层,形成含氮量高的液体表层。
储罐受热产生的自然对流又力求使罐内LNG密度均匀,这就产生了所谓的“翻滚”现象。
翻滚使LNG在极短的时间内产生大量蒸气,导致储罐压力增高,有时造成安全阀开启。
经验说明,控制LNG的含氮量使之不超过1%是防止罐内LNG翻滚的有效措施,此外还应采取一定的措施使罐内液体混合均匀。
低温容器的蒸发率是指在标准状态(101.3kPa,0℃)下,储存适量的低温液体,在达到热平衡后的蒸发速率。
一般以24hr计,故又称日蒸发率,它指一天(24hr)内蒸发的数量与储液容器的公称容器之比。目前常用于测量低温容器蒸发率的有称重法和蒸气流量测量法两种。
LNG的燃点为650℃,比汽、柴油的燃点高,点火能也高于汽柴油,所以比汽柴油更难点燃;
LNG的爆炸极限为4.7~15%,-106.7℃以上的LNG蒸汽比空气轻,因而稍有泄漏立即挥发飞散,很难形成遇火燃烧爆炸的浓度。
(1)在大气压力下,LNG的沸腾温度约为-160℃,在这一温度下,其蒸气密度高于周围空气的密度;
(2)少量的液体可转换为大量的气体,1个体积的LNG液体大约可转换为600个体积的气体;
LNG又是极易汽化并且汽化后体积急剧增大的液体,任何装有LNG的封闭容器和管道应有泄压阀,以防超压。
在有可能存在天然气的场合,应测量空气中氧含量及烃含量,氧含量小于18%会使人窒息。进入可能含天然气区域的人员应佩带面罩、护目镜、防护服和手套等。
与LNG、低温蒸气、低温管线及设备接触对皮肤可造成类似于烧伤的水泡伤害。
身体未被保护的部分不允许与未保冷的LNG管线或容器接触,低温金属会将它们粘附住,如试图拿下,则会导致皮肉撕裂。
与LNG接触时,应戴上合适的面罩或护目镜,与低温液体或气体接触,必须一直戴上皮手套,手套要宽松一点,便于液体喷溅到上面快速脱下,即使戴着手套,也只能与低温设备接触一小会儿。
应穿工装裤或类似的工作服,最好没有口袋或翻卷部分。裤子应套穿在靴子的外面。
如果工作服上粘上了低温液体或蒸气,在工作人员进入密闭空间之前,应对工作服进行通风。
如果吸入纯的LNG蒸气而不迅速撤离,很快就会失去知觉,几分钟就可致人死亡。
通常情况下,空气中氧的体积含量为20.9%,大气中氧的含量低于18%则有窒息性,对于气体浓度较高的情况,由于缺氧会导致恶心或晕眩,转移后,症状会很快消失。
在进入LNG的某个区域之前,应对大气中氧含量及烃含量做测量。即使氧含量结果为处于不会导致窒息的范围内,在进入区域前,应进行可燃性测试。
对LNG的组份采样应注意方式,不能因为蒸发作用的影响,导致对样品分析的错误结论。
汽车运输用于陆地200-1000Km的运输,一次运量一般为10-50m3;
与LNG非间接接触不发生脆裂的金属材料包括不锈钢、镍合金、铝合金、铜及铜合金。
在工程实际中,含镍9%的不锈钢是应用最广的耐低温材料,常用牌号有0Cr18Ni9Ti和00Cr18Ni9Ti,相当于国外的SS304L和SS304LL。由于铜、黄铜及铝的熔点低,当LNG出现泄漏并着火时会失效,因此应用不多。
与LNG非间接接触不发生脆裂的非金属材料包括混凝土、石棉、玻璃钢环氧树脂、石墨、聚四氟乙稀等。
预应力混凝土可用于建造大型LNG储罐,而聚四氟乙稀是最常用的低温密封材料。
LNG蒸气燃烧的条件是火源、可燃物及空气三者同时出现,因此,重要的是要防火。
一般地说,LNG设施区域严禁吸烟和使用明火,防止硬质物体相互碰撞、静电及电器设备可能会产生的火花,防止机动车辆尾气中的火花。
在处理LNG失火时,推荐使用干粉(最好是碳酸钾)灭火器。与处理LNG有关的人员应经过对液体引发的火灾使用干粉灭火器的训练。
高倍数泡沫材料或泡沫玻璃块可用于覆盖LNG池火并能极大地降低其辐射作用。
必须保证水的供应以用于冷却目的,或在设备允许的情况下用于泡沫的产生。但是水不可用于灭此类火。
大型LNG设施中设有喷水系统,用于着火情况下对相邻设施的冷却保护。水不能用于LNG的灭火,尤其是LNG的池火,用水将使LNG的气化率增大,火焰高度及辐射强度大大增加。
对于储罐,防止泄漏的主要方式有:设置防过量充装系统、设置液位报警装置、常常检验核查阀门、防止超压等。
尽管有保护的方法,还是不能避免LNG泄漏以及发生火灾的可能性,这时就要安装检测系统,它包括泄漏检测系统、冷量检测系统、可燃气体检测系统和火焰检测系统。
冷量保护系统是抑制、转移、收集泄漏LNG的消极保护系统,通过防止泄漏的LNG与钢结构和其它设备接触而起到保护作用;
气体保护是通过减少LNG与大气的热交换而限制LNG气化的一种消极安全措施;
火灾保护能采用积极保护的方法,如冷却水和泡沫系统、干粉灭火系统等,也可采用消极防火系统,通过合理的设备布局,安装收集槽及绝热保护层等起到防火作用。
1)LNG体积比同质量的天然气小625倍,所以可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。
3)LNG做为优质的车用燃料,与汽油相比,它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长、燃料费用低、环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC减少72%,NOx减少39%,CO减少90%,SOx、Pb降为零。
5)由于LNG汽化后密度很低,只有空气的60%左右,稍有泄漏立即飞散开来,不致引起爆炸。
6)由于LNG组分较纯,燃烧完全,燃烧后生成二氧化碳和水,所以它是很好的清洁燃料,有利于保护环境,减少城市污染。
1)做为清洁燃料汽化后供城市居民使用,具有安全、方便、快捷、污染小的特点。
2)作代用汽车燃料使用。采用LNG作为汽车发动机燃料,发动机仅需作适当变动,运行又安全可靠,而且噪声低污染小,特别是在排放法规日益严格的今天,以LNG作为燃料的汽车,排气显著改善,尤其是致癌的碳烟微粒。
4)做为冷源用来生产速冻食品,以及塑料、橡胶的低温粉碎等,也可用于海水淡化和电缆冷却等。
天然气液化一般来说包括天然气净化(也称预处理)过程和天然气液化过程两部分组成。
先将原料天然气经过予处理,脱除液化过程中的不利组分(酸性组分、水分、较重烃类及汞等),之后再进入制冷系统的高效换热器不断降温,并将丁烷、丙烷、乙烷等逐级冷却分离,最后在常压下使温度降到-162℃左右,即可得到LNG产品。
因为天然气中含有CO2、H2O、H2S、COS、Hg、芳香族化合物及其它重烃等杂质,这些杂质如果不在进液化单元前除去,就会在液化单元凝结成固体,或者腐蚀铝制设备,从而造成设备、管道堵塞或铝制设备泄漏,因而天然气液化前要进行予处理。