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【摘要】：随着LNG（液化天然气）项目的大规模建设，LNG储罐等各方面的技术也得到了长足的发展，对于大型的LNG低温储罐干燥与置换，其目的就是为了降低储罐内氧气的含量及露点，防止LNG首次进入罐内是与空气混合而产生爆炸。本文针对大型LNG低温储罐的干燥及置换方法技术作了简要的阐述与分析。
【关键词】：LNG;低温储罐；干燥；置换
中图分类号：P941.71 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着天然气的发展及用量的不断增长,大型的LNG低温储罐相继建成。作为压力容器,储罐的安全十分的重要,储气罐建成投入运行前及每一次停产检修前和检修后,应对其进行干燥和置换，以降低储罐内的露点和氧气含量，防止LNG进入储罐时与空气混合在罐内形成爆炸性混合气体而发生爆炸事故，LNG低温储罐的干燥及置换的安全至关重要。为此,我们对LNG低温储罐置换的方法、步骤、工艺流程以及有关的理论也进行了研究與实践。
一、储罐的置换及干燥
1.根据目前的技术水平和LNG储配站的具体情况，大型LNG低温储罐的置换方案一般有如下三种方法可以采纳。
（1）燃气直接置换法，此法操作的过程是直接将燃气缓慢的通人低温储罐内置换出内部的空气，从而达到置换目的。当置换达到一定的程度时，从排空管的采样口进行取样，然后通过气相色谱仪来进行分析，可以确定罐内的空气是否达到了预定的置换标准，若达到了预定置换标准，即可宣告置换的结束。
对于比较纯天然气来讲，它与空气混合的爆炸极限为5～15％，再考虑到其混合的不均匀性，若天然气的含量在45％以下均应视为危险区，遇到火源就会发生爆炸。虽此方法的特点是比较的简便且经济，但是因为在置换的过程中，储罐里必然要产生燃气与空气的混合气体，并且一般要经历爆炸极限的范围，具有一定的危险性。为此必须要严格的控制，采取各种安全措施，确保无火种，才能安全地渡过其“危险区”。
(2)水置换法，此方法操作的过程是先将储罐灌满水以水排尽储罐内的空气，然后再排掉水的同时充入燃气，待罐内的水排尽时天然气也充满了罐体，置换就完成了，即把水作为了置换的中间介质。
此法不但确保了进入罐体内的天然气不会与罐内的空气接触，杜绝了产生具有爆炸性的混合气体的可能性，绝对的安全可靠，而且水比其它惰性气体便宜得多，来源途径很容易解决。因此，此法具有安全可靠、操作简单、成功率高、费用低、置换的周期短和还可多台罐连续置换等优点，但是它要求储罐的基础条件较好，即储罐基础（基座）可承担置换重量，同时置换用水浪费较大，尤其对于大型LNG低温储罐的置换，同时，出于对干燥的要求，一般不宜采用此法。
（3）惰性气体置换法，用惰性气体先置换出储罐里的空气，然后再用天然气置换出储罐里的惰性气体（指既不可燃烧又不可助燃的无毒性气体，如氮气、二氧化碳等，一般选用氮气）。此法具体的操作过程是先将惰性气体充满储罐，加压到一定程度后置换出储罐内的空气，直至罐内惰性气体的浓度达到预定的置换标准为止，然后再以燃气充满储罐，同样加压到一定程度后置换出惰性气体，从而完成置换的程序。
此法操作比较复杂、烦琐，反复进行两次换气，不仅耗用会大量惰性气体还会耗用大量的燃气，发生的费用比较高，其换气的时间长、工作量大，但是它不会形成具有爆炸性的混合气体。因此，此法具有可靠性好、安全系数比较高、成功把握大的特点。对于燃气行业、本身有制气（惰性气体）手段和条件的工业普遍的采用这一比较成熟的传统置换方案。
2.空气干燥
为节省氮气的用量，降低储罐空间的露点，先采用干燥的热空气进行除湿，初步降低各个区域的露点。安装干燥热空气与氮气的临时供给管路，干燥前，还要在所有管嘴及拱顶人孔处安装顶盖，以防止湿气进入储罐。启动空气供给等设备，监测放空区域的露点。当所有区域的露点均降低到一定的值后，用氮气进行置换(氮气置换的同时能够对储罐进一步的进行干燥)。
3.干燥和置换空间
干燥和置换空间分为主密闭、次密闭空间。底部保冷空间为次密闭空间，主要由玻璃砖等保冷材料构成;次密闭空间以外的储罐空间为主密闭空间，主要为容纳BOG的拱顶气相空间、盛装LNG的内罐空间及充装膨胀珍珠岩的环形空间。
二、氮气的压力及纯度的分析
对于升压的方式,在甲烷临界浓度在一定的情况下,放散结束的压力越小,则越小,则所用的氮气量则会越少;反之则越多。故在实际的工程中确定一次置换放散结束压力为0.05MPa,二次置换放散结束压力为0.02MPa,充氮气结束压力为0.2MPa。
由于可燃气体存在爆炸的上限与下限,所以,在置换开始或过程中是允许进入少量的氧气,但在具体的置换中不能超过规定的临界值，即不能超过燃气爆炸的下限。对于含有一定氧气的氮气(在此只考虑氧体积分数,不考虑其他的杂质),随着氮气的充入,氮气的体积分数在不断增加的同时,带入氧的体积分数也在不断地升高,但只要直到充氮气结束,即甲烷浓度达到所规定的临界值后,氧体积分数一直也未能超过爆炸临界值就可以。可以根据临界氧体积分数确定此氮气纯的度。因此,氮气纯度不必一定非要达到99%以上。氮气纯度的降低将会大大地降低置换的成本。
三、置换效果的控制
氮气在内罐和拱顶气相空间流通时沿途的阻力很小，所以该区域干燥和置换效果很好，氧气含量和露点实测值均小于目标值。拱顶气相空间的置换贯穿整个置换过程，大部分死角空隙在足够长的时间内会被氮气渗透，从而使该区域的氧气含量和露点实测值达到目标值。环形空间自上而下进行置换，充实的珍珠岩之间的空隙远远小于内罐和拱顶，气流沿途阻力较大，但前期珍珠岩膨胀填充整个空间，几乎没有水汽进入，其初始露点比较低，因此置换效果也较理想，然而底部保冷空间以及内罐罐底干砂层的置换却难以达到目标值，因此我们需采取以下措施：
将底部干砂层更改为混凝土结构，不仅方便内罐底板施工，提高底板施工的平整度，而且省去了该区域的干燥和置换。
（2）从储罐的实际运行情况看，并没有产生明显的不良影响因此，在对底部保冷空间特别是边缘位置采取防护措施，做到无雨水渗漏和无大量湿气渗入的前提下，建议对底部保冷空间不做干燥和置换要求。
（3）在氮气置换前，水压试验后且未排水的时候(水的自重可以压住底板，避免底板受压鼓起)，重点对底部保冷层输入大量压力略高的干燥热空气并维持一段时间，从而大幅度降低保冷层露点。
（4）严格进行施工过程控制，错开玻璃砖以及毛毡之间的相邻间隙，控制间隙大小，避免出现过大的通孔。
四、安全事项
采用干燥热空气和氮气进行干燥和置换，容易产生窒息和噪声危害。大量呼吸氮气会使人失去意识甚至死亡。因此氮气置换过程中，对所有的氮气进出口及阀门等位置进行隔离，在氮气放空口安装至少3m高的烟囱，工作人员需佩戴专用呼吸器进行现场作业。此外，置换过程中大量的高速气流通过相对狭小的放空口时产生很大的噪声，其危害性较大，需要佩戴耳塞等防护用品。
结语
天然气作为低消耗、高收益、低污染、高效益的能源已经受到世界各国的关注和青睐,在我国推广使用LNG，是我国优化能源结构的重大战略决策，也是实现经济、社会和环境协调发展的重要途径,对于大型LNG低温储罐的干燥及置换，氮气干燥置换施工工艺日益成熟,氮气排放无毒无害,对环境无污染；减少了用干燥空气干燥罐体的工作量，大大缩短了工程的建设工期，充分保证了施工的安全。
参考文献：
[1]刘亚士,罗义英.燃气储罐置换过程的探讨[J].煤气与热力,2001(4).
[2]敬加强,梁光川,蒋宏业.液化天然气技术问答[M].北京:化学工业出版社,2006（1).
【关键词】：LNG;低温储罐；干燥；置换
中图分类号：P941.71 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着天然气的发展及用量的不断增长,大型的LNG低温储罐相继建成。作为压力容器,储罐的安全十分的重要,储气罐建成投入运行前及每一次停产检修前和检修后,应对其进行干燥和置换，以降低储罐内的露点和氧气含量，防止LNG进入储罐时与空气混合在罐内形成爆炸性混合气体而发生爆炸事故，LNG低温储罐的干燥及置换的安全至关重要。为此,我们对LNG低温储罐置换的方法、步骤、工艺流程以及有关的理论也进行了研究與实践。
一、储罐的置换及干燥
1.根据目前的技术水平和LNG储配站的具体情况，大型LNG低温储罐的置换方案一般有如下三种方法可以采纳。
（1）燃气直接置换法，此法操作的过程是直接将燃气缓慢的通人低温储罐内置换出内部的空气，从而达到置换目的。当置换达到一定的程度时，从排空管的采样口进行取样，然后通过气相色谱仪来进行分析，可以确定罐内的空气是否达到了预定的置换标准，若达到了预定置换标准，即可宣告置换的结束。
对于比较纯天然气来讲，它与空气混合的爆炸极限为5～15％，再考虑到其混合的不均匀性，若天然气的含量在45％以下均应视为危险区，遇到火源就会发生爆炸。虽此方法的特点是比较的简便且经济，但是因为在置换的过程中，储罐里必然要产生燃气与空气的混合气体，并且一般要经历爆炸极限的范围，具有一定的危险性。为此必须要严格的控制，采取各种安全措施，确保无火种，才能安全地渡过其“危险区”。
(2)水置换法，此方法操作的过程是先将储罐灌满水以水排尽储罐内的空气，然后再排掉水的同时充入燃气，待罐内的水排尽时天然气也充满了罐体，置换就完成了，即把水作为了置换的中间介质。
此法不但确保了进入罐体内的天然气不会与罐内的空气接触，杜绝了产生具有爆炸性的混合气体的可能性，绝对的安全可靠，而且水比其它惰性气体便宜得多，来源途径很容易解决。因此，此法具有安全可靠、操作简单、成功率高、费用低、置换的周期短和还可多台罐连续置换等优点，但是它要求储罐的基础条件较好，即储罐基础（基座）可承担置换重量，同时置换用水浪费较大，尤其对于大型LNG低温储罐的置换，同时，出于对干燥的要求，一般不宜采用此法。
（3）惰性气体置换法，用惰性气体先置换出储罐里的空气，然后再用天然气置换出储罐里的惰性气体（指既不可燃烧又不可助燃的无毒性气体，如氮气、二氧化碳等，一般选用氮气）。此法具体的操作过程是先将惰性气体充满储罐，加压到一定程度后置换出储罐内的空气，直至罐内惰性气体的浓度达到预定的置换标准为止，然后再以燃气充满储罐，同样加压到一定程度后置换出惰性气体，从而完成置换的程序。
此法操作比较复杂、烦琐，反复进行两次换气，不仅耗用会大量惰性气体还会耗用大量的燃气，发生的费用比较高，其换气的时间长、工作量大，但是它不会形成具有爆炸性的混合气体。因此，此法具有可靠性好、安全系数比较高、成功把握大的特点。对于燃气行业、本身有制气（惰性气体）手段和条件的工业普遍的采用这一比较成熟的传统置换方案。
2.空气干燥
为节省氮气的用量，降低储罐空间的露点，先采用干燥的热空气进行除湿，初步降低各个区域的露点。安装干燥热空气与氮气的临时供给管路，干燥前，还要在所有管嘴及拱顶人孔处安装顶盖，以防止湿气进入储罐。启动空气供给等设备，监测放空区域的露点。当所有区域的露点均降低到一定的值后，用氮气进行置换(氮气置换的同时能够对储罐进一步的进行干燥)。
3.干燥和置换空间
干燥和置换空间分为主密闭、次密闭空间。底部保冷空间为次密闭空间，主要由玻璃砖等保冷材料构成;次密闭空间以外的储罐空间为主密闭空间，主要为容纳BOG的拱顶气相空间、盛装LNG的内罐空间及充装膨胀珍珠岩的环形空间。
二、氮气的压力及纯度的分析
对于升压的方式,在甲烷临界浓度在一定的情况下,放散结束的压力越小,则越小,则所用的氮气量则会越少;反之则越多。故在实际的工程中确定一次置换放散结束压力为0.05MPa,二次置换放散结束压力为0.02MPa,充氮气结束压力为0.2MPa。
由于可燃气体存在爆炸的上限与下限,所以,在置换开始或过程中是允许进入少量的氧气,但在具体的置换中不能超过规定的临界值，即不能超过燃气爆炸的下限。对于含有一定氧气的氮气(在此只考虑氧体积分数,不考虑其他的杂质),随着氮气的充入,氮气的体积分数在不断增加的同时,带入氧的体积分数也在不断地升高,但只要直到充氮气结束,即甲烷浓度达到所规定的临界值后,氧体积分数一直也未能超过爆炸临界值就可以。可以根据临界氧体积分数确定此氮气纯的度。因此,氮气纯度不必一定非要达到99%以上。氮气纯度的降低将会大大地降低置换的成本。
三、置换效果的控制
氮气在内罐和拱顶气相空间流通时沿途的阻力很小，所以该区域干燥和置换效果很好，氧气含量和露点实测值均小于目标值。拱顶气相空间的置换贯穿整个置换过程，大部分死角空隙在足够长的时间内会被氮气渗透，从而使该区域的氧气含量和露点实测值达到目标值。环形空间自上而下进行置换，充实的珍珠岩之间的空隙远远小于内罐和拱顶，气流沿途阻力较大，但前期珍珠岩膨胀填充整个空间，几乎没有水汽进入，其初始露点比较低，因此置换效果也较理想，然而底部保冷空间以及内罐罐底干砂层的置换却难以达到目标值，因此我们需采取以下措施：
将底部干砂层更改为混凝土结构，不仅方便内罐底板施工，提高底板施工的平整度，而且省去了该区域的干燥和置换。
（2）从储罐的实际运行情况看，并没有产生明显的不良影响因此，在对底部保冷空间特别是边缘位置采取防护措施，做到无雨水渗漏和无大量湿气渗入的前提下，建议对底部保冷空间不做干燥和置换要求。
（3）在氮气置换前，水压试验后且未排水的时候(水的自重可以压住底板，避免底板受压鼓起)，重点对底部保冷层输入大量压力略高的干燥热空气并维持一段时间，从而大幅度降低保冷层露点。
（4）严格进行施工过程控制，错开玻璃砖以及毛毡之间的相邻间隙，控制间隙大小，避免出现过大的通孔。
四、安全事项
采用干燥热空气和氮气进行干燥和置换，容易产生窒息和噪声危害。大量呼吸氮气会使人失去意识甚至死亡。因此氮气置换过程中，对所有的氮气进出口及阀门等位置进行隔离，在氮气放空口安装至少3m高的烟囱，工作人员需佩戴专用呼吸器进行现场作业。此外，置换过程中大量的高速气流通过相对狭小的放空口时产生很大的噪声，其危害性较大，需要佩戴耳塞等防护用品。
结语
天然气作为低消耗、高收益、低污染、高效益的能源已经受到世界各国的关注和青睐,在我国推广使用LNG，是我国优化能源结构的重大战略决策，也是实现经济、社会和环境协调发展的重要途径,对于大型LNG低温储罐的干燥及置换，氮气干燥置换施工工艺日益成熟,氮气排放无毒无害,对环境无污染；减少了用干燥空气干燥罐体的工作量，大大缩短了工程的建设工期，充分保证了施工的安全。
参考文献：
[1]刘亚士,罗义英.燃气储罐置换过程的探讨[J].煤气与热力,2001(4).
[2]敬加强,梁光川,蒋宏业.液化天然气技术问答[M].北京:化学工业出版社,2006（1).