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LNG低溫儲(chǔ)罐干燥與置換的目的是降低儲(chǔ)罐的露點(diǎn)和氧氣含量，防止LNG首次進(jìn)入儲(chǔ)罐時(shí)與空氣混合引起爆炸。本文我們用國(guó)內(nèi)某LNG接收站中1座儲(chǔ)氣容積為l6×104m3的儲(chǔ)罐的干燥和置換方法及其結(jié)果進(jìn)行分析.
1、干燥與置換
對(duì)儲(chǔ)罐的置換方式有4種：大氣壓力稀釋置換法、壓力(循環(huán))置換法、抽真空法以及燃?xì)庵苯又脫Q法。由于LNG儲(chǔ)罐為常壓大型儲(chǔ)罐，且結(jié)構(gòu)與普通鋼制容器不同，因此采用大氣壓力稀釋置換法進(jìn)行氮?dú)庵脫Q。即氮?dú)鈴囊欢诉M(jìn)人儲(chǔ)罐，罐內(nèi)空氣或其他氣體被置換排放到另一端的大氣中，系統(tǒng)在大氣壓力下進(jìn)行置換。
①干燥和置換空問(wèn)
干燥和置換空間分為主密閉、次密閉空間(見(jiàn)圖1)。底部保冷空間為次密閉空間，主要由玻璃磚等保冷材料構(gòu)成；次密閉空間以外的儲(chǔ)罐空問(wèn)為主密閉空間，主要為盛裝LNG的內(nèi)罐空間、容納BOG的拱頂氣相空間及充裝膨脹珍珠巖的環(huán)形空間。
②空氣干燥
為降低儲(chǔ)罐空間的露點(diǎn)，節(jié)省氮?dú)庥昧�，先采用干燥熱空氣進(jìn)行除濕，初步降低各個(gè)區(qū)域的露點(diǎn)。干燥前，在拱頂人孔和所有管嘴處安裝頂蓋，以防止?jié)駳膺M(jìn)入儲(chǔ)罐。安裝干燥熱空氣和氮?dú)獾呐R時(shí)供給管路，啟動(dòng)空氣供給設(shè)備，監(jiān)測(cè)放空區(qū)域的露點(diǎn)。當(dāng)所有區(qū)域的露點(diǎn)均降低到一定值后，用氮?dú)膺M(jìn)行置換(氮?dú)庵脫Q的同時(shí)對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)一步進(jìn)行干燥)。
圖1 干燥和置換空間
③氮?dú)庵脫Q
氮?dú)庵脫Q需先置換內(nèi)罐后置換環(huán)形空間，以避免置換過(guò)程中對(duì)內(nèi)罐壁板產(chǎn)生額外的壓力。置換管路見(jiàn)圖2。置換方法為：首先打開(kāi)A閥和8閥，氮?dú)鈴腁閥進(jìn)入，進(jìn)行內(nèi)罐和拱頂?shù)闹脫Q；然后關(guān)閉B閥，打開(kāi)c閥進(jìn)行環(huán)形空間的置換；接著關(guān)閉c閥，打開(kāi)D閥進(jìn)行內(nèi)罐罐底干砂層的置換；最后關(guān)閉D閥，打開(kāi)E閥和F閥進(jìn)行底部保冷空間的置換。
圖2置換管路
根據(jù)充氮速度，每隔一段時(shí)間觀(guān)察并記錄壓力表讀數(shù)以及采樣口的氧氣含量和露點(diǎn)，當(dāng)氧氣含量和露點(diǎn)達(dá)到要求時(shí)，置換工作結(jié)束。此時(shí)，需要用氮?dú)馐箖?chǔ)罐維持一定的壓力，以防濕空氣再次進(jìn)入。
2、結(jié)果分析
BS ENl4620：2006((現(xiàn)場(chǎng)組裝存儲(chǔ) – 165-0℃冷凍液體的立式圓筒平底鋼質(zhì)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)與建造標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，儲(chǔ)罐內(nèi)部應(yīng)干燥至最高露點(diǎn)為一20℃，環(huán)形空間在填滿(mǎn)珍珠巖的情況下最高露點(diǎn)應(yīng)干燥至一8℃，而對(duì)底部保冷空間的露點(diǎn)不做要求；對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行置換后，應(yīng)使儲(chǔ)罐內(nèi)氧氣的體積分?jǐn)?shù)小于等于9％，對(duì)底部保冷空間的氧氣含量也不做要求。該儲(chǔ)罐的干燥和置換結(jié)果見(jiàn)表1。
氮?dú)庠趦?nèi)罐和拱頂氣相空間流通時(shí)沿途的阻力很小，所以該區(qū)域干燥和置換效果很好，氧氣含量和露點(diǎn)實(shí)測(cè)值均小于目標(biāo)值。拱頂氣相空間的置換貫穿整個(gè)置換過(guò)程，大部分死角空隙在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)會(huì)被氮?dú)鉂B透，從而使該區(qū)域的氧氣含量和露點(diǎn)實(shí)測(cè)值達(dá)到目標(biāo)值。環(huán)形空間自上而下進(jìn)行置換，充實(shí)的珍珠巖之間的空隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)罐和拱頂，氣流沿途阻力較大，但前期珍珠巖膨脹填充整個(gè)空間，幾乎沒(méi)有水汽進(jìn)入，其初始露點(diǎn)比較低，因此置換效果也較理想。然而底部保冷空間以及內(nèi)罐罐底干砂層的置換結(jié)果未能達(dá)到目標(biāo)值，其主要影響因素為：
①液珠
底部保冷層和罐底部干砂層的施工期較長(zhǎng)，特別是邊緣位置的保冷層在混凝土外墻澆筑階段就已經(jīng)開(kāi)始施工(有些項(xiàng)目邊緣位置保冷層在拱頂氣升之后進(jìn)行)。該區(qū)域長(zhǎng)期暴露在潮濕的海洋性大氣中，且在拱頂預(yù)制時(shí)可能存在雨水滲漏，因此濕度較大，甚至在某些局部區(qū)域會(huì)形成小液珠。由于保冷層的保冷和致密性，液珠不易被周?chē)h(huán)境汽化，而是大量附著在保冷材料上。底部邊緣位置保冷層(玻璃磚)見(jiàn)圖3。
圖3底部邊緣位置保冷層(玻璃磚)
從干燥和置換結(jié)果可知，如果該區(qū)域的水以水蒸氣形式存在，則露點(diǎn)也應(yīng)該與氧含量一樣達(dá)到目標(biāo)值。既然氧含量達(dá)標(biāo)而露點(diǎn)不達(dá)標(biāo)，說(shuō)明該區(qū)域的水部分以液珠形式存在。采用大氣壓力稀釋置換法要求氮?dú)夤┙o速度不能過(guò)快，以使氮?dú)夂涂諝鈫?wèn)存在一個(gè)穩(wěn)定的界面，避免氮?dú)馀c空氣大量混合，影響置換效率。然而，想要汽化附著在保冷材料上的液珠，要么提高氮?dú)獾墓馑俣龋囱娱L(zhǎng)置換時(shí)間，而這些都與氮?dú)庵脫Q要求和經(jīng)濟(jì)成本相矛盾。
②溫度和流動(dòng)阻力
保冷層傳熱系數(shù)小，環(huán)境溫度變化對(duì)底部保冷層的影響很小。因此置換前，通過(guò)直接輸入大量的干燥熱空氣，使大部分液珠汽化并隨空氣流而被置換出保冷層。然而在保冷層和罐底部干砂層中，玻璃磚、毛氈以及干砂之問(wèn)的問(wèn)隙很小，氮?dú)庋赝舅茏枇^大，置換壓力偏小，造成置換困難。因此對(duì)于底部保冷層和罐底部干砂層，如果置換時(shí)間不足，盡管當(dāng)時(shí)的實(shí)測(cè)值合格，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后仍會(huì)出現(xiàn)反彈，甚至實(shí)測(cè)值久久不能達(dá)標(biāo)。
③通孔
如果保冷層存在連續(xù)的過(guò)大間隙或通孔(特別是在氮?dú)庵脫Q管路進(jìn)出口之問(wèn)形成通孔)，則氮?dú)鈺?huì)優(yōu)先在這些通孑L流通，而不會(huì)選擇間隙較小、阻力較大的區(qū)域進(jìn)行流通，導(dǎo)致短路，出現(xiàn)很多死角。如果置換時(shí)間不足，氮?dú)夂茈y滲透整個(gè)保冷層，同樣出現(xiàn)反彈現(xiàn)象。
④時(shí)間
實(shí)測(cè)結(jié)果能否真實(shí)地反映實(shí)際情況主要取決于置換時(shí)間。只要置換時(shí)問(wèn)足夠長(zhǎng)，氮?dú)饩湍軡B透到任何位置，使空氣與氮?dú)獬浞只旌隙恢脫Q。露點(diǎn)與置換時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。然而對(duì)于一個(gè)工程來(lái)說(shuō)，置換時(shí)間與成本緊密相關(guān)，不能無(wú)限地追求質(zhì)量而忽略成本。
3、安全事項(xiàng)
采用干燥熱空氣和氮?dú)膺M(jìn)行干燥和置換，容易產(chǎn)生窒息和噪聲危害。大量呼吸氮?dú)鈺?huì)使人失去意識(shí)甚至死亡。因此氮?dú)庵脫Q過(guò)程中，對(duì)所有的氮?dú)膺M(jìn)出口及閥門(mén)等位置進(jìn)行隔離，在氮?dú)夥趴誌5安裝至少3 m高的煙囪，工作人員需佩戴專(zhuān)用呼吸器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。此外，置換過(guò)程中大量的高速氣流通過(guò)相對(duì)狹小的放空口時(shí)產(chǎn)生很大的噪聲，其危害性較大，需要佩戴耳塞等防護(hù)用品。
4、結(jié)論與建議
在以上分析的基礎(chǔ)上，后期儲(chǔ)罐邊緣位置保冷層的實(shí)際檢查結(jié)果也證實(shí)，造成保冷位置干燥效果不佳的首要原因是保冷材料附著液珠。大氣壓力稀釋置換法對(duì)于內(nèi)罐、拱頂、LNG泵池以及環(huán)形空間的氮?dú)庵脫Q效果很好，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而對(duì)于底部保冷層和干砂層則效果不佳�？紤]實(shí)際過(guò)程中各種因素的影響，針對(duì)底部保冷層和干砂層置換效果不佳的情況，提出以下幾點(diǎn)建議：
①在氮?dú)庵脫Q前，水壓試驗(yàn)后且未排水的時(shí)候(水的自重可以壓住底板，避免底板受壓鼓起)，重點(diǎn)對(duì)底部保冷層輸入大量壓力略高的干燥熱空氣并維持一段時(shí)間，從而大幅度降低保冷層露點(diǎn)。
②將底部干砂層更改為混凝土結(jié)構(gòu)，不僅方便內(nèi)罐底板施工，提高底板施工的平整度，而且省去了該區(qū)域的干燥和置換。
③嚴(yán)格進(jìn)行施工過(guò)程控制，錯(cuò)開(kāi)玻璃磚以及毛氈之間的相鄰間隙，控制間隙大小，避免出現(xiàn)過(guò)大的通孔。
④考慮到底部保冷空問(wèn)為密閉空間，即使存在少量氧氣和水蒸氣，對(duì)儲(chǔ)罐的保冷效果和安全性沒(méi)有多大影響，且BS ENl4620：2006標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)此部分不做干燥和置換要求。此外，從LNG儲(chǔ)罐的實(shí)際運(yùn)行情況看，并沒(méi)有產(chǎn)生明顯的不良影響。因此，在對(duì)底部保冷空間特別是邊緣位置采取防護(hù)措施，做到無(wú)雨水滲漏和無(wú)大量濕氣滲入的前提下，建議對(duì)底部保冷空間不做干燥和置換要求。
采用干燥熱空氣和氮?dú)膺M(jìn)行干燥和置換，容易產(chǎn)生窒息和噪聲危害。大量呼吸氮?dú)鈺?huì)使人失去意識(shí)甚至死亡。因此氮?dú)庵脫Q過(guò)程中，對(duì)所有的氮?dú)膺M(jìn)出口及閥門(mén)等位置進(jìn)行隔離，在氮?dú)夥趴誌5安裝至少3 m高的煙囪，工作人員需佩戴專(zhuān)用呼吸器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。此外，置換過(guò)程中大量的高速氣流通過(guò)相對(duì)狹小的放空口時(shí)產(chǎn)生很大的噪聲，其危害性較大，需要佩戴耳塞等防護(hù)用品。
4、結(jié)論與建議
在以上分析的基礎(chǔ)上，后期儲(chǔ)罐邊緣位置保冷層的實(shí)際檢查結(jié)果也證實(shí)，造成保冷位置干燥效果不佳的首要原因是保冷材料附著液珠。大氣壓力稀釋置換法對(duì)于內(nèi)罐、拱頂、LNG泵池以及環(huán)形空間的氮?dú)庵脫Q效果很好，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而對(duì)于底部保冷層和干砂層則效果不佳�？紤]實(shí)際過(guò)程中各種因素的影響，針對(duì)底部保冷層和干砂層置換效果不佳的情況，提出以下幾點(diǎn)建議：
①在氮?dú)庵脫Q前，水壓試驗(yàn)后且未排水的時(shí)候(水的自重可以壓住底板，避免底板受壓鼓起)，重點(diǎn)對(duì)底部保冷層輸入大量壓力略高的干燥熱空氣并維持一段時(shí)間，從而大幅度降低保冷層露點(diǎn)。
②將底部干砂層更改為混凝土結(jié)構(gòu)，不僅方便內(nèi)罐底板施工，提高底板施工的平整度，而且省去了該區(qū)域的干燥和置換。
③嚴(yán)格進(jìn)行施工過(guò)程控制，錯(cuò)開(kāi)玻璃磚以及毛氈之間的相鄰間隙，控制間隙大小，避免出現(xiàn)過(guò)大的通孔。
④考慮到底部保冷空問(wèn)為密閉空間，即使存在少量氧氣和水蒸氣，對(duì)儲(chǔ)罐的保冷效果和安全性沒(méi)有多大影響，且BS ENl4620：2006標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)此部分不做干燥和置換要求。此外，從LNG儲(chǔ)罐的實(shí)際運(yùn)行情況看，并沒(méi)有產(chǎn)生明顯的不良影響。因此，在對(duì)底部保冷空間特別是邊緣位置采取防護(hù)措施，做到無(wú)雨水滲漏和無(wú)大量濕氣滲入的前提下，建議對(duì)底部保冷空間不做干燥和置換要求。
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