天然氣是當今世界能源的重要組成部分,它與煤炭、石油并稱為世界能源的三大支柱。它在我國調整產業結構的歷史進程中扮演著越來越重要的角色。雖然我國具有豐富的天然氣資源,然而隨著國民經濟的高速增長,西氣東輸工程向東南沿海提供的天然氣已遠遠不能滿足需要了,為了切實解決我國東南沿海地區快速發展給能源帶來的巨大需求和沉重壓力,也為了適應電力企業、城鎮燃氣等諸多方面的發展,在我國東南沿海經濟發達地區進口液化天然氣(LING)既是大勢所趨,也是不爭的事實。液化天然氣作為一種清潔、高效優質的能源,成為我國乃至世界能源供應增長速度最快的領域,這是因為LING除了可用作工業燃料和化工原料外,還可用作民用燃料,尤其在城市配氣系統中作為調峰的手段,能充分保證城市安全、平穩的供氣。這就使得我國迅速成為跨人LNG進ISl大國的行列.。為此,對LING特有的物理現象加以分析,了解LING的快速相態轉變產生的危害及預防措施,旨在加強LNG的安全開發和利用,達到促進我國LING儲運事業發展的目的。
1、 LNG特有的物理現象
LING是一種以CH4為主要組分的無色、無嗅液體,它除了具有低溫、可燃等固有特性外,還具有下列物理特性。
1.1 滾騰現象
當不同成分的超低溫液體共同儲存在同一個儲罐中,由于吸熱與蒸發作用,可能會形成不同密度的兩層液體,此現象稱為層化現象,這些液體再繼續受到吸熱與蒸發的運作,兩個液層之間就自發地進行傳質傳熱,同時在液層表面進行蒸發。當兩層液體的密度接近平衡點即相等時,就會發生上下劇烈對流與混合,并在短時間內產生大量氣體,這就是滾騰。其危害是儲罐內壓力急劇地變化,導致設備超壓,以及罐體受到損害等。
1.2 快速相態轉變(rapid.phase.transition)
當LING泄漏流進水中時,產生強烈的對流傳熱,以致在一定的面積內蒸發速度保持不變,隨著LING流動,泄漏面積逐漸擴大,直到氣體蒸發量等于漏出液體所能產生的氣體量。如LNG槽船發生意外事故時,可導致LING泄漏流進水中;又如LNG接收終端的主要設備之一,浸沒燃燒式汽化器的內部泄漏可導致LNG/水相接觸。在某一條件下,這種接觸可使LING蒸發速度劇增,此時就會發生被稱為快速相態轉變(RPT)的現象,RPT現象具備爆炸的特,由此產生的爆炸威力可導致嚴重事故的發生。
2、快速相態轉變的危害
當LNG泄漏剛開始蒸發時,產生的氣體溫度接近液體溫度,其密度大于環境空氣密度,沿地面形成一個流動層,并從環境中吸收熱量,同時將周圍的環境空氣冷卻,當溫度上升約一80~C時,蒸氣與空氣的混合物在溫度逐漸上升以及擴散的過程中,形成了密度小于空氣的云團,然后,LNG再進一步與空氣混合直至完全氣化。在此過程中,如果遇到潛在的火源,就會十分危險。再者,LNG泄漏入水中產生的RPT后果較嚴重,尤其是在一個狹窄且密集的安裝有很多設備的區域或建筑物內,云團內部有可能形成較高的爆炸壓力波,從而對設備或建筑物構成威脅。如1973年5月,在英國的坎維依(Canvey),一艘LNG槽船正進行卸液操作時,位于出口管線上的一個長為10 cm的破裂膜片破裂了。LNG泄漏流進一個存有LNG儲罐的碼頭,那里由于陣雨而積存了雨水,于是響起了三聲爆炸聲,所幸只是鄰近大樓的一扇窗戶被損壞了。又如,1995年lO月在法國Montoir終端接收站,位于一套開架式海水汽化器頂部高壓閥的盤根盒處出現了泄漏。海水在汽化器管束的外側由上而下流動,泄漏的高壓LNG流進海水收集池中與水接觸了。在幾聲沉悶的砰砰聲響過后,緊接著發生了一次RPT,造成了環繞著汽化器的波紋狀塑膠結構的損壞。所以快速相態轉變可導致嚴重的局部的損壞,不但能造成設備結構整體性的喪失,而且還會傷及鄰近的工廠或建筑物。因此,RPT現象是LNG設施安全生產的組成部分,也是從設計階段就必須予以考慮的一個重要環節。