液化天然气储罐蒸发率的试验和计算

液化天然气储罐蒸发率的试验和计算

摘 要：介绍了LNG储罐的一项重要技术参数——储罐蒸发率的定义及标准，并根据实际的操作情况，通过试验和计算2种方法对储罐蒸发率进行了测试和研究。

关键词：液化天然气储罐；蒸发率；静态蒸发率；试验；计算

液化天然气简称LNG(Liquefied Natural Gas)，是天然气的液态形式。它充分利用了天然气在常压和-162℃下液化后，体积可缩小到气态时的1/600这一性质，为天然气的高效输送提供了新的途径，也扩大了天然气的利用领域。

在液化天然气(LNG)工业链中，其储存是一个关键环节，液化后的天然气都要储存在站内储罐或储槽中。在卫星型液化站和LNG接收站，都有一定数量和不同规模的储罐或储槽。LNG槽船、槽车、罐式集装箱是主要的运输工具。天然气是易燃易爆的燃料，而LNG的储存温度很低，因此对其储存设备的安全、高效有严格要求。

随着LNG技术在我国的发展，国内许多相关设备制造厂和科研单位在LNG储罐的设计和制造中积累了丰富的经验。 但是相关标准没有给出LNG储罐蒸发率的上限，文中介绍了对其试验和计算进行分析的结果。

1、LNG储罐静态蒸发率

LNG储罐的主要性能指标有静态蒸发率、封结真空度、真空夹层漏率、真空夹层放气速率及真空夹层漏放气速率等。储罐静态蒸发率能较为直观的反映储罐在使用时的保冷性能。其定义为低温绝热压力容器在装有大于有效体积1/2低温液体时，静置达到热平衡后，24h内自然蒸发损失的低温液体质量和容器有效体积下低温液体质量的百分比，换算为标准环境下(20℃，101325Pa)的蒸发率值。

LNG储罐因用途、规模及地形等原因，选择的结构形式、绝热方式各不相同，对储罐蒸发率的要求也有不同。以中小城市LNG城市卫星站大多采用的50m3及100m3带压LNG储罐为例，文献[1]和[2]对其静态蒸发率的要求见表1。

储罐蒸发率的性能指标可以通过测试(试验法)得到，也可在实际运行中根据运行数据计算(工况计算法)求得。

2、试验研究

城市LNG气化站储罐蒸发率的试验通常在液氮预冷后、LNG进液前进行。这样可充分利用预冷与保冷阶段的液氮，节省投资。另外，在LNG进液前对储罐的保冷性能有充分地了解，可以减少运营后因储罐问题带来的负面影响，保证气化站正常的生产运营。文中以江苏省姜堰市天然气有限公司LNG气化站内1#储罐的静态蒸发率试验为例作一介绍。

2.1试验方法

按照文献[3]，LNG储罐静态蒸发率测量的试验方法主要规定如下：

(1)试验仪器

所用计量器具必须经过计量部门检定合格，并在有效期内；湿式气体流量计或质量流量计的测量不确定度≤2%；温度计的测量误差≤0.1℃；气压计的测量误差≤150Pa

(2)测量程序

①几何体积的测定按GB/T 18443.1进行，有效体积根据几何体积计算；②低温液体充装量应为50%以上，静置时间不少于48h；③打开与流量计相连的气体蒸发出口管道阀门，同时关闭各气、液管道上其他阀门，当内容器表压力为零时，连接流量计；④观察蒸发气体流量稳定后，每个一定时间记录一次流量计示值，按时记录环境温度、大气压力、流量计入口温度；⑤稳定连续测量不少于24h。

2.2 实例测试

测试实例：姜堰天然气公司LNG气化站1#储罐，体积为50m3，结构型式为立式圆筒形带压罐，绝热形式为真空粉末。

(1)测试前的准备

测试前已向LNG储罐内充装液氮约22t(27m3)，符合标准充装量大于50％的规定。充装完毕后，将该储罐气相管路上的阀门完全打开，储罐内的压力基本降至零压(约600Pa)。液氮的静置时间为106h，超过了国家标准所要求的48h。

(2)测试仪器及装置

测试采用的仪器有：湿式流量计型号SB，精度2%；玻璃棒温度计型号WBG，精度±0.2℃；秒表精度1S；大气压表型号DYM-3。

与湿式气体流量相连的气体蒸发出口管道可有多种途径选择，测试中，应尽量选择口径较大的气相管路，防止储罐因蒸发气体放散不畅造成的憋压现象而影响测试数据的准确性。在姜堰储罐蒸发率的试验中，选择罐气相出口安全阀(爆破片拆除)作为气体蒸发出口管道与流量计相连。

3、蒸发率实例计算

在城市LNG气化站建设投产初期，用户还未达到设计规模，当用量足够低以致完全可以用储罐自蒸发的气体供应时，储罐出液阀门关闭，汽化器不开启。此时，储罐内液位的降低(液态体积的减少)完全来自罐内液体的蒸发，据此，可根据一定时间内液位(体积)的变化计算储罐的蒸发率。据此，笔者对通达九江天然气公司气化站内2个LNG储罐的蒸发率进行了计算。

九江天然气公司气化站LNG储罐其结构和绝热形式与上文中姜堰LNG1#罐相同，体积为98m3。

根据该气化站内投产3个月来储罐内液位的数据记录，可以很方便的计算出储罐在3个月内运行的平均蒸发率。根据记录数据计算，1#罐平均每天蒸发的液体量为0.265m3，2#罐平均每天蒸发的液体量为0.289m3，根据储罐蒸发率的定义得：

根据以上计算，站内2个储罐每天平均放散LNG液体体积为0.554m3，在0.5MPa下，LNG的密度为394kg/m3，而LNG气化后标准状态下的密度为0.6959kg/m3。由此，可以得出，每天放散的气态天然气在标准状态下的体积为313.66m3，可满足约600户居民的用气。

采用工况计算的方法能够非常方便快速地计算出储罐在运行时的保冷性能，并能直接应用于实际的生产运营，可为运营者合理进行用户的拓展、气源的调度以及站内的运营提供有力的数据支持。

但此方法仍受一定的限制，只有当汽化器不开启时，储罐内液位的降低完全来自液体的自身蒸发，才能根据储罐液位的降低计算液体的蒸发量。因此，只适用于气化站投产的初期。

4、两种方法的区别与联系

2种方法都是对储罐的绝热性能——蒸发率指标进行判定，但方法不同，得出的结果有所区别：

(1)试验法是严格遵照国家标准进行，对试验工况进行了修正，测试的是储罐的静态标准蒸发率；而计算法是在运行工况下进行的计算，得到的是平均运行工况下的储罐实际蒸发率。

(2)试验法通常采用液氮作为介质，而计算法中针对的是LNG介质。介质不同，蒸发率也不同。

(3)试验法适用于预冷保冷阶段，计算法适合于投产的初期，且对日用气量有要求。

(4)试验法需一定的费用(液氮、测试单位、仪表等)和时间，操作较为繁琐。 计算法只需取站内日常记录数据进行分析和计算，操作简单方便，

(5)试验法与实际情况有一定的差距，而工况计算法更为接近实际情况，对日常工作的指导意义更大。

5、结语

储罐静态蒸发率是衡量储罐绝热性能的一个重要的指标，从不同角度对储罐蒸发率的了解，有利于LNG气化站内安全有效的运营管理。试验法和计算法各有特点，应结合使用。国家标准中没有给出LNG储罐蒸发率的上限指标，相关企业只能参考液氮的标准。笔者在此建议有关主管部门尽快修订相关标准，完善有关数据，以促进LNG技术在我国的快速发展。