液化天然氣（LNG）在儲罐儲存中可能發(fā)生渦旋、爆噴等安全事故。1971 年 8 月，意大利 La Spezia 的某 LNG 儲配站，在儲罐充注 LNG 約 18 h 后，儲罐壓力突然迅速升高，罐內(nèi) 318 立方米的 LNG 急劇汽化頂開安全閥全部放空。1993 年 10 月，英國燃氣公司某儲配站的 LNG 儲罐，壓力突然上升，罐上兩個安全閥被頂開，緊急泄放閥同時開啟，罐內(nèi) 150 t 天然氣全部被放空。無論 LNG 液化廠還是接收站或氣化站，均需儲存大量 LNG，但 LNG 儲存溫度極低（-162 ℃）且易燃易爆，必然遇到一些特殊的安全問題需要處理。因此，研究 LNG 的儲存特性具有重要意義。
??????? 1 分層翻滾和間歇泉
??????? 1.1 分層翻滾的形成機理及預(yù)防
??????? 由不同氣田的天然氣生產(chǎn)的 LNG，成分和密度可能不同，如果將其儲存在同一儲罐中，重的往下沉，輕的向上浮，因而形成分層。由于儲罐從外界吸熱，上層 LNG 中的輕組分首先蒸發(fā)，密度增大，而下層 LNG雖然吸收外表熱量，但因上層 LNG 的壓制，蒸發(fā)溫度升高，導(dǎo)致下層液體形成獨立的自由熱循環(huán)，能量不斷積聚，溫度升高，導(dǎo)致密度減小。當(dāng)上下層 LNG 密度接近時，下層 LNG 突然上升而越過上層 LNG。上層 LNG 被下層溫度高的 LNG 加熱而快速蒸發(fā)，下層LNG 翻上來之后失去上層 LNG 的壓制，因壓力降低而處于過熱狀態(tài)，進而劇烈蒸發(fā)形成翻滾。翻滾時上下層 LNG 的迅速混合加快了罐內(nèi) LNG 的流動，蒸發(fā)率驟升，導(dǎo)致儲罐壓力驟增，如果罐內(nèi) LNG 超過設(shè)計壓力，大量 LNG 將從安全閥噴出，導(dǎo)致安全事故。
??????? 同品種的 LNG 也會產(chǎn)生分層和渦旋，這是因為LNG 在儲存中輕組分率先蒸發(fā)而導(dǎo)致密度變大，即所謂的“老化”。老化后的 LNG 密度增大下沉，輕組分沒有蒸發(fā)的下層 LNG 上浮，產(chǎn)生分層。LNG 中含氮越多老化越快，這是由于氮的常壓沸點為 -195.8 ℃，低于甲烷的沸點-161.5 ℃，因此在LNG中率先蒸發(fā)。
??????? 而在儲存條件下，氮的密度約為 613 kg/m3，是甲烷密度 (425 kg/m3) 的 1.44 倍，氮蒸發(fā)后，LNG 因密度減小而上浮，隨著時間的延長，在液面上積聚一層密度較小的液層，使罐內(nèi)液體分層。可見，將不同成分或密度的LNG 分開儲存，是防止罐內(nèi) LNG 分層的主要方法。
??????? 1.2 間歇泉的形成機理及預(yù)防
??????? 向儲存有 LNG 的儲罐中充入新的 LNG，正確方法如下：使用噴嘴管或多孔管充注，較重的從上部充注，較輕的和等重的從下部充注。在儲罐內(nèi)安裝溫度和壓力傳感器，當(dāng)兩層 LNG 間溫度差大于 0.2 K 或密度差大于 0.5 kg/m3時，罐內(nèi) LNG 可能已經(jīng)發(fā)生分層，需要采用攪拌或用泵循環(huán)的方法消除。向空罐注入LNG 前，可先用少量 LNG 對其噴淋預(yù)冷，防止因罐壁溫度高而使 LNG 蒸發(fā)。如果儲罐底部存在很長且充滿 LNG 的豎直管路，因管內(nèi)流體受熱而產(chǎn)生蒸發(fā)氣體，可能定期發(fā)生 LNG 突然噴發(fā)的現(xiàn)象。其原因是：管內(nèi)的蒸發(fā)氣體不能及時上升到油面，因而溫度不斷升高，密度減小，當(dāng)氣體產(chǎn)生的浮力足以克服 LNG 液柱高度產(chǎn)生的壓力時，氣體就會突然噴發(fā)。氣體上升時，同時將管內(nèi)的 LNG 也推入儲罐，因豎管內(nèi)的 LNG溫度比儲罐內(nèi)的 LNG 溫度高，故使罐內(nèi) LNG 大量氣化，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力迅速升高。如果豎直管路的底部存在較長的水平管路，這種現(xiàn)象將更為加嚴重。管內(nèi)LNG 被推入儲罐后，管內(nèi)壓力下降，儲罐內(nèi)的 LNG 補充進去，重新開始能量集聚，經(jīng)過一段時間，再次噴發(fā)。
??????? 這種間斷性的噴發(fā)稱為間歇泉。罐內(nèi)壓力驟然上升，可能導(dǎo)致安全閥開啟。豎管內(nèi)的 LNG 被周期性的減壓和增壓，導(dǎo)致液體不斷地排空和充注，管路中產(chǎn)生的甲烷蒸氣被重新注入的 LNG 冷凝，形成水錘現(xiàn)象，產(chǎn)生很大的瞬間高壓。這種高壓可能造成管路中小的墊圈和閥門損壞。為防止間歇泉現(xiàn)象，儲罐內(nèi)避免設(shè)置過長管路，若必須設(shè)置，應(yīng)關(guān)閉豎管底部的截斷閥。
??????? 2 LNG 充注和壓力控制
??????? 空儲罐 ( 或管路、設(shè)備 ) 一般充滿空氣，充注 LNG前，需先用氮氣、二氧化碳等惰性氣體置換罐內(nèi)空氣，使罐內(nèi)含氧量達到安全規(guī)定，再用 LNG 蒸氣置換罐內(nèi)惰性氣體，之后進行冷卻降溫和充注 LNG。如儲罐需進行內(nèi)部檢修，應(yīng)先用惰性氣體置換 LNG，再用空氣置換惰性氣體，相關(guān)指標(biāo)達到安全規(guī)定后才能進入。
??????? LNG 受熱膨脹，因此向儲罐內(nèi)充注 LNG 時，必須留有膨脹空間，最大充裝容量可以根據(jù)儲罐安全閥設(shè)定壓力和充注壓力查圖確定（圖 1）。LNG 儲罐一般裝有兩套獨立的液位測量裝置，同時配有高液位報警器，用以監(jiān)視和控制液位。