大型LNG储罐干燥置换计算分析

吴占杰

河南辰华工程设备有限公司  河南 濮阳  457099

摘要：在社会发展的过程中，大型LNG储罐的水压测试工作越来越受到关注，在试水完成之后技术人员要及时进行干燥置换，才可满足规定要求。目前很多工作人员会使用液氮作为干燥置换的主要原材料，但这种物质使用，却呈现花费量较大、成本较高、在干燥置换的过程中介质计算不精准等情况。鉴于此情况，本文将重点围绕大型LNG储罐干燥置换计算进行研究，以此优化计算方式，更好确认氮用量和工期，为后续的工序提供数据支持与帮助。

关键词：大型LNG储罐；干燥置换；液氮量计算

引言：在国家加大对能源保护等问题关注的背景下，液化天然气（LNG）的使用，变得愈加广泛。此种气体无色无味，与传统能源应用相比可以降低对周围环境的影响。储罐作为LNG的基础和储存设备，其种类较为丰富，在使用之前，必须进行水压测试，才能确保装置的安全性与气密性，减少安全风险。为更加精准地进行干燥置换，并明确相应数值，要求工作人员科学进行步骤优化，并利用现代化技术和理论计算置换时间。由此可见，围绕大型LNG储罐干燥置换计算进行研究，对于社会发展具有重要意义。

一、大型LNG储罐干燥置换计算方式研究

（一）压涨式吹扫干燥升压计算

在进行大型LNG储罐干燥置换的过程中，需要加入氮气增加其内部的气压，之后在其达到10kPa左右时，打开设备上端的阀门。在升压过程中液氮量的增加量需要按照下方公式进行计算：

其中是指大型LNG储罐内部的气体压强状况，单位为Pa；是指大型LNG储罐的体积大小，单位为m3；为大型LNG储罐内部的氮气量，单位为kg；为液氮的摩尔质量，单位为kg/mol；为大型LNG储罐内部的气体热力学温度状况，单位为K；是指理想气体常数，其单位为Pa·m3/mol·K。

（二）干燥置换使用液氮量的计算

很多技术人员会使用工业中的全面通风方式进行计算，进而掌握大型LNG储罐内部水蒸气达到质量标准时需要使用的时间，其中置换时间的计算公式如下所示：

在计算公式中，tc是指大型LNG储罐内部水蒸气质量浓度从P1转换为P2过程中一共需要花费的时间，单位为s；Vt则是指大型LNG储罐气体容积含量，单位为m³；q为技术使用过程中氮气的输入含量，单位为m³/s；p0则是水蒸气质量浓度，单位为g/m³；p1是最初水蒸气的质量浓度状况，单位为g/m³；p2为完成置换工作之后内部水蒸气的质量浓度状况，单位为g/m³[1]。

（三）另一种干燥置换方式中氮气量计算分析

大型LNG储罐干燥置换中不仅需要技术人员加大对罐内露点的关注，还要加大对安全性的重视，防止由于气体交换出现严重的风险状况。与此同时，内部的氮含量十分重要，要求工作人员需要精准计算置换过程中的气体浓度状况，掌握干燥置换过程中所花费的时间及液氮含量。在计算的过程中，假设在t时，氮气输入的过程中，同时导出大型LNG储罐内部的混合气体，使其处于一种等压状态，则此时大型LNG储罐内部氮含量Co2变化呈现以下状况：

其中，Co2是指大型LNG储罐内部的氮气含量；t为时间，单位h；V为内部溶剂大小，单位m³；V1则是氮气的输入速度，单位为m³/h。在计算的过程中，加深V1/V=α，且条件为t=0，则Co2为0.21，其数值为：

Co2=0.21*[1-Ln（1+αt）]

其中，α是指置换过程中速度与大型LNG储罐内部容积之间的比例，由上述公式可知，α会直接影响置换过程中所花费的时间。

二、大型LNG储罐计算结果研究

（一）大型LNG储罐干空气吹扫干燥

    1.储罐内部无水膜

    在完成试水试验之后，若是内部并没有水膜，则可以使用干空气的形式进行吹扫工作。假设前期大型LNG储罐内部的露点为30℃，而完成吹扫之后的温度下降为10℃，则可以将相关数值代入到上述干燥置换用氮气含量计算方法一的公式中加以计算，获得吹扫过程中需要花费的时间。

2.大型LNG储罐背部存在水膜

大型LNG储罐内部在试压之后若是存在水膜或者在底部存在少量的水留存，则需要耗费更多的干空气。在此种背景下，内部处于一种绝热加湿的过程，可以利用干燥公式加以计算获取时间数值。

（二）大型LNG储罐氮气干燥置换

    1.计算结果研究

将大型LNG储罐的相关数据进行上述不同公式的计算便可以获取到露点温度下降过程中的时间花费数值，以16万m³的大型LNG储罐为案例，经过上述计算公式计算之后，得出tc1=265小时；t2=153小时，而在得出以上时间数值之后便可以计算出氮气的使用量状况。

2.计算方案优化

大量的大型LNG储罐共同组成接收站，因此置换工作经常会同时进行，为进一步增强置换质量和效率，缩短时间的使用，技术人员可以利用并联的形式完成吹扫工作，进而最大程度地缩短干燥置换的时间花费，如图1所示。

图 1 大型LNG储罐并联干燥吹扫置换示意图

根据上述示意图所示，先对1*储罐进行吹扫工作，在其温度下降时10℃便可以进行氮气干燥置换工序，同时进行2*储罐的干燥置换工作。以此进一步缩短1*与2*的干燥置换时间，最大限度地减少液氮能源的使用。此种方案的优化，不仅有助于成本管控，还可促进企业的进一步发展，满足我国高效发展理念。

3.结论分析

    此种在温度下降之后使用氮气进行吹扫的方案，可最大化地提升干燥置换的速率，减少液氮的使用量。与此同时，在充分分析露点的同时，要根据公式进行数据计算与对比，此种方法与传统计算形式相比，结果的精准度更强，可以为相关工作提供参考与借鉴[2]。

结论：综上所述，大型LNG储罐干燥置换工作的主要形式便是运用液氮进行扫吹，但是此过程中，对液氮量的需求量却较高，与此同时，传统方式在数据计算以及工期预估方面，并不能发挥预期作用，不仅造成严重的成本花费，还会影响工期。为此，本文提出利用热干空气代替传统液氮进行吹扫新型计算形式，要求技术人员在温度达到一定标准之后，更换液氮进行干燥置换。在此过程中，要严格根据干燥置换计算公式，完成数值计算，并将其结果与标准数据加以对比，以此精准计算大型LNG储罐干燥置换对液氮用量的需求，降低能源浪费。

参考文献：

[1]贺彬,郭正东.液化天然气低温储罐吹扫干燥方法及应用探讨[J].石油化工设备,2020,19(03):85-89.

[2]潘吉龙.全容式LNG储罐干燥置换工程施工新技术[J].石油化工建设,2019,39(03):70-75.