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输气管道放空天然气回收方案探讨
1 储罐蒸发气的产生
    LNG一般通过远洋运输船舶运至LNG接收站。船舶抵岸后,通过码头和栈桥的卸料设施和管道,将LNG卸至LNG储罐[1]。以国内正在建设的某LNG接收站16×104m3储罐为例,阐述储罐蒸发气的产生和气量的计算。
    储罐吸收外部热量产生蒸发气
    LNG接收站的储罐类型有全容罐、双容罐、单容罐、薄膜罐等[2]。LNG储罐结构复杂,特别是全容罐,其内外两层结构、钢壁和混凝土壁的交错形式,以及复杂的罐顶构件使储罐的吸热计算十分困难;罐内两相流体的热对流、热传递也非常复杂,迄今仍无可靠的方法计算储罐吸收外部热量产生蒸发气的气量。在实际工程中,大多采用经验值法计算。经验值法是根据目前世界上正在运行的LNG接收站储罐实际产生的蒸发气量进行估算的,公式如下:
    式中:G1为储罐因吸热产生的蒸发气量,kg/h; A为蒸发气产生系数,(%~%)/d;Ve为储罐实际储存LNG的量m3;ρ1为储罐储存LNG的密度kg/m3。
    LNG是一种混合物,在吸热时,蒸发气的组成与LNG混合物的组成比例不同,是以轻组分为主的混合物。上述公式仅能计算储罐蒸发气的产生量,无法计算LNG蒸发气的组分。蒸发气的组分计算采用闪蒸计算法,在实际工程中,一般借助软件进行计算。
    体积置换产生蒸发气
    因体积置换产生的蒸发气量是指在LNG进料或出料时,由于LNG的进出导致储罐内蒸发气的增减量:
    式中:G2为因进出料变换引起的蒸发气量,kg/h;Qin为进入LNG储罐的LNG量,m3/h; Qout为排出LNG储罐的LNG量,m3/h。
    在体积置换过程中,置换的蒸发气不是按原LNG的组分比例排出,同样存在轻组分比例较大的现象,这部分蒸发气组分采用理论计算比较困难,在实际工程中,按储罐吸热模式来计算。
    其他原因产生的蒸发气
    其他原因产生的蒸发气是指在外部条件发生变化或事故情况下产生的蒸发气。外部条件变化主要包括因大气压下降而产生的蒸发气,事故状态主要包括因储罐蒸发气外输系统发生故障,紧急排放或打开安全装置产生的蒸发气。由于这部分蒸发气量受LNG接收站所处环境、工艺系统设计方法和自控控制水平限制,产生的蒸发气量各不相同。在实际中,这部分蒸发气的产生量较少,通常不做考虑。
    2 卸料和非卸料期间蒸发气的计算
    卸料期间的储罐蒸发气
    卸料期间是指当LNG船舶到达码头后,进行卸料作业的过程。卸料期间储罐内产生的蒸发气除了正常状态下产生的蒸发气外,还包括LNG 吸收卸料管道热量产生的蒸发气和蒸发气返回船舱弥补真空的气量。
    吸收卸料管道热量产生的蒸发气是指在卸料期间,船舶LNG在船泵输出压力下进入卸料管道后吸收的热量,此时LNG处于过冷状态,当LNG到达储罐后,由于压力降低,部分LNG 转化为蒸发气。卸料期间储罐产生的蒸发气为:
    式中: GU为非卸料期间储罐的蒸发气量,kg/h; GP为吸收卸料管道热量产生的蒸发气量,kg/h;QP为模拟储罐吸热所产生的蒸发气量,m3/h; T为LNG的温度,K;L为管道长度,m; D为管道直径,mm; n为弯头个数; E为高程,m。