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LNG动力船舶储罐选型设计及稳压过程

201912-2812:47:03

随着近年来天然气作为燃料的推广和普及,用于LNG储运的设备得到了广泛应用。LNG储运设备首先可分为固定式和移动式两种,固定式主要为LNG接收站的大型储槽,容积一般在万方以上;移动式LNG储罐容积一般在千方以下,包括当前的LNG槽车、车船用LNG储罐等。从外部结构来看,LNG储罐可以分为球型和圆筒形两种,球形容器单位体积的表面积小,受力性能好,但缺点是生产加工过程难度较大;圆筒形储罐容易成型,加工方便并且有较好的结构尺寸,但只适用于操作压力不高的场合,而LNG目前大多采用低温常压储存,因此圆筒形储罐普及率更广泛。LNG储罐有多种不同的绝热结构,常见的有正压堆积、真空粉末和高真空多层绝热三种形式,其中高真空多层绝热效果,但山于高真空实现困难,目前多用于中小型储罐,对于大型储罐一般多采用真空粉末绝热。此外,LNG储罐双层壳之间还需要安装良好的的支撑结构,以防止使用过程中的冲击和震动对储罐造成破坏。

LNG无损储存过程中需要了解储罐内部压力的变化情况。对其无损储存过程的研究能够得到影响储罐内压力变化的因素,确保储罐达到要求的储存时间。目前认为环境温度、储罐绝热性能、充满率以及液体翻滚等都会影响LNG的储存时间。

低温储罐增压方式研究现状

为了使储罐达到足够的压力向外供液,低温储罐在工作过程中必须保持一定的压力,储罐的增压方式目前主要有低温泵增压、外部气源增压和自增压三种。

(1)低温泵增压

低温泵增压即在储罐内安装低温泵,靠低温泵向汽化单元供给LNG。此种方式需要额外购买低温泵,价格昂贵,还会增加功耗,经济性较差,同时也会增加安装和维护的难度,不适合船舶LNG燃料储罐。

(2)外部气源增压

外部气源增压是指将外部的高压气源(如压缩天然气)充入储罐的气空间,从而使储罐压力升高。

(3)自增压

这是目前低温储罐最常用的增压方式,是将从储罐流出的少量LNG在储罐外部吸热汽化变为气态,然后再返回低温储罐内,从而提高储罐压力。

LNG动力船舶使用双燃料发动机提供动力,需要船舶在燃油舱的基础上增加LNG储气罐,随之而来的就是如何向LNG动力船舶加气的问题。尽管“油改气”在技术上已经成熟,但“加气难”成为其全面普及的瓶颈。由于燃油和LNG理化性质的巨大差异,以往的燃油加装方式不适用于LNG燃料的加装,因此需要寻求新的合适的加气方式来满足LNG的加装。LNG相对于燃油的加装更加严格,对加气管路也有很高的要求。轻质燃油可在常温加装,而重质燃油为了降低粘度,方便加装,温度一般为零上几十度,但都不需要绝热保温等措施。而LNG的储存温度为-163℃,为了防止LNG在加装过程中吸热汽化,必须使用具有一定绝热保温功能的管路进行作业。

LNG燃料储气罐初次使用(新造或检修后)前需先进行氮气置换或抽真空处理,当含氧量小于3%时,方可进行充装。充装前还需要预冷,预冷完成后即可进行正常的充装作业。充装前若罐中仍有部分LNG残留,需注意前后加装的LNG组分差异,防止因分层而发生LNG翻滚事故。本章将对几种可行的LNG燃料加装方式及过程进行介绍和研究对比,并指出加装过程中需要注意的问题。

2.1几种可行的LNG燃料加装方式的分析对比

对于LNG动力船舶燃料的加装,首先是要注意安全问题,要有配套的安全设施,以应对LNG加装过程中的突发事故。目前认为可行的LNG燃料加装方式主要包括:储气罐加气、岸基加气、船基加气以及浮仓加气,本文对这几种加气方式进行了深入的分析和比较。

储气罐加气方法最为简单,即将LNG充装入特制的LNG低温储气罐内,通过LNG槽车运至码头岸边直接给小型船舶加气。


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