液化天然氣（LNG）在儲(chǔ)罐儲(chǔ)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(chǔ)配站，在儲(chǔ)罐充注 LNG 約 18 h 后，儲(chǔ)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(guó)燃?xì)夤灸硟?chǔ)配站的 LNG 儲(chǔ)罐，壓力突然上升，罐上兩個(gè)安全閥被頂開，緊急泄放閥同時(shí)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(chǔ)存大量 LNG，但 LNG 儲(chǔ)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(chǔ)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(jī)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(chǔ)存在同一儲(chǔ)罐中，重的往下沉，輕的向上浮，因而形成分層。由于儲(chǔ)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(dú)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(shí)，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(jìn)而劇烈蒸發(fā)形成翻滾。翻滾時(shí)上下層 LNG 的迅速混合加快了罐內(nèi) LNG 的流動(dòng)，蒸發(fā)率驟升，導(dǎo)致儲(chǔ)罐壓力驟增，如果罐內(nèi) LNG 超過設(shè)計(jì)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(huì)產(chǎn)生分層和渦旋，這是因?yàn)長(zhǎng)NG 在儲(chǔ)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(diǎn)為 -195.8 ℃，低于甲烷的沸點(diǎn)-161.5 ℃，因此在LNG中率先蒸發(fā)。
??????? 而在儲(chǔ)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(shí)間的延長(zhǎng)，在液面上積聚一層密度較小的液層，使罐內(nèi)液體分層?？梢?，將不同成分或密度的LNG 分開儲(chǔ)存，是防止罐內(nèi) LNG 分層的主要方法。
??????? 1.2 間歇泉的形成機(jī)理及預(yù)防
??????? 向儲(chǔ)存有 LNG 的儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)，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(duì)其噴淋預(yù)冷，防止因罐壁溫度高而使 LNG 蒸發(fā)。如果儲(chǔ)罐底部存在很長(zhǎng)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(shí)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(shí)，氣體就會(huì)突然噴發(fā)。氣體上升時(shí)，同時(shí)將管內(nèi)的 LNG 也推入儲(chǔ)罐，因豎管內(nèi)的 LNG溫度比儲(chǔ)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(zhǎng)的水平管路，這種現(xiàn)象將更為加嚴(yán)重。管內(nèi)LNG 被推入儲(chǔ)罐后，管內(nèi)壓力下降，儲(chǔ)罐內(nèi)的 LNG 補(bǔ)充進(jìn)去，重新開始能量集聚，經(jīng)過一段時(shí)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(chǔ)罐內(nèi)避免設(shè)置過長(zhǎng)管路，若必須設(shè)置，應(yīng)關(guān)閉豎管底部的截?cái)嚅y。
??????? 2 LNG 充注和壓力控制
??????? 空儲(chǔ)罐 ( 或管路、設(shè)備 ) 一般充滿空氣，充注 LNG前，需先用氮?dú)?、二氧化碳等惰性氣體置換罐內(nèi)空氣，使罐內(nèi)含氧量達(dá)到安全規(guī)定，再用 LNG 蒸氣置換罐內(nèi)惰性氣體，之后進(jìn)行冷卻降溫和充注 LNG。如儲(chǔ)罐需進(jìn)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(dá)到安全規(guī)定后才能進(jìn)入。
??????? LNG 受熱膨脹，因此向儲(chǔ)罐內(nèi)充注 LNG 時(shí)，必須留有膨脹空間，最大充裝容量可以根據(jù)儲(chǔ)罐安全閥設(shè)定壓力和充注壓力查圖確定（圖 1）。LNG 儲(chǔ)罐一般裝有兩套獨(dú)立的液位測(cè)量裝置，同時(shí)配有高液位報(bào)警器，用以監(jiān)視和控制液位。