LNG储罐内液体的蒸发是一个相当复杂的过程 ,为了简化计
算本方案假定罐内上层液体的温度一定 , 所以蒸发气相空间的温 度是不变的。 实际上液体吸收的热量不一定完全转换为蒸发潜热 所以蒸发气相空间的温度也是随着时间在变化的。
LNG储罐内部的气相空间的压力，一方面受环境温度、储罐 的绝热性能、BOG压缩机的运行以及大气压力等的影响；另一方 面，它与储罐内低温LNG液体的气化是密切相关的。 气化过程中 涉及到诸多的天然气的热力学性质，包括天然气的密度或比容、 压缩因子、比热容、晗，以及进行气 -液平衡常数计算所需要的 逸度系数、活度系数等。
一、LNG存储的动态过程分析
LNG正常储存的情况下，因为储存期间液体表面的蒸发使部 分潜热散失，导致液体表面降温而发生冷却作用，
引起LNG液位
密度增加，又由于下层较低密度的LNG接受侧墙与底板的热源而 升温，密度变轻，最后形成上下层温和的对流。同时，热源也同 时经罐顶和上部侧墙渗入 LNG表面，此时辐射热增加了蒸发率且 加速了对流作用。
如果LNG储罐是完全绝热的，即没有热量再传入储罐内，则 此时罐内的BOG体和表面的液体之间会保持这个平衡的状态， 储 罐内的BOG气不再增多。但是由于储罐的保温层不能使内罐与外
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界完全绝热， 而储罐内外的温差一直存在， 所以不断有热量传递 到储罐内，引起新的液体蒸发，破坏了储罐内的相平衡。
LNG夜
体蒸发实际过程是非平衡状态下进行的。 但是由于过程中各个物 理量的变化时较为缓慢的，可认为罐内由 LNG夜体及产生的BOG 构成的体系在任意时刻均近似地达到气 - 液平衡状态。 二、 BOG压缩机工作之前过程分析
当BOG压缩机没运行之前，储罐与外界只有能量交换。这个 过程中，由于不断有外界的热量传递到储罐内，使得储罐内的 BOG量持续增加，储罐内气相空间的压力也随着 上升。
三、 BOG压缩机工作之后过程分析
储罐内的压力随着BOG气体的不断增加而增大，当罐内的压 力达到储罐压力控制阀的上限值，
阀门开启，通过BOGE缩机排
BOGt的增加而
出部分气体，以降低储罐内的压力。这一阶段内由于部分的 BOG 体被排出罐外，对气相空间 BOG的量及总焓都会产生影响。
若BOC排出速率较大，使储罐内的压力下降较快， 经过一段 时间之后， 当储罐内的压力下降到一定值的时候， 为了避免出现 储罐负压，BOGF再向外排出，可通过打回流或者停压缩机实现。 之后储罐内的压力重新开始升高， 罐内气相热力学变化过程与启 机前相似。若BOG非出速率较小，能够使储罐的压力保持在启机 时刻的压力附近，则这个阶段将会持续很长时间，即通过排出 BOG^体使罐内压力保持平衡。
四、LNG储罐蒸发量理论分析
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4.1 储罐绝热性能对罐内压力变化的影响：蒸发速率随着罐 压的增加而减小； 保温层的导热系数增大一倍时， 储罐的安全存 储时间几乎减小一半。
储罐的热传递性能对罐内压力变化的影响最大， 经过相同的 存储时间，储罐的绝热性能越差，压力变化越大，热泄露量决定 了 LNG蒸发的速率。
由于本文采取的罐体结构形式及保温材料已固定， 所以较于 其他变量是定值，此项不考虑。
4.2 储罐充装量对罐内压力变化的影响：在某一初始充满率 下密闭LNG储罐内的压力和泡点温度都随着时间增加而增大； 初 始充满率越大，储罐内的压力升高得也越慢， 安全存储时间越长。
4.3 密闭储罐内初始充满率存在一临界值，当初始充满率小 于临界初始充满率时， 各充满率下储罐内的蒸发率随时间而增大； 当初始充满率大于临界初始充满率时， 各充满率下储罐内的蒸发 率随时间的增加而更大，然后又随时间的增加而减小；密闭 LNG 储罐内的平均日蒸发率随初始充满率的增大而减小。
储罐在不同充装量时蒸发气排出速率对罐内压力变化的影 响是相似的，虽然在不同充装量时 , 罐内压力随着蒸发气排出变 化的幅度不一样 , 但是在相近的蒸发气排出速率下 , 罐内压力开 始下降。
4.4 BOG 排出速率对罐内压力的影响：蒸发气体排出罐外会 使罐内的压力减小 , 但是同时压力减小会使得液体蒸发速率加快， 罐内压力增加，这是两种相反的趋势 , 只有当蒸发气体排出速率 达到一
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定值的时候 , 使得前一种趋势占主导作用时 , 储罐内的压 力才会逐渐下降。
4.5 LNG组分对罐内压力的影响， 含氮量越高，储罐的日BOG 体积量越大，蒸发率越高，储罐压力上升的越快，安全存储时间 越短。
储罐的LNG组分不同，在同样的热量泄露效率下 LNG液体蒸 发速率也有差异。三种组分的LNG经过相同的存储时间后罐内压 力上升幅度相差不大，LNG组分中氮气的蒸发性最大，其次是甲 烷。
4.6环境温度越高，密闭LNG储罐内的压力上升的越快， 安 全存储时间越短。
五、LNG储罐日蒸发率实际数据计算分析
5.1 BOG排出方式比较
由上述理论计算可得出，通过排出BOG可以使储罐的压力减 缓上升 , 当排出速率达到一定值的时候罐内的压力开始下降；当 BOG排出速率为某一个值时，能够保证储罐的压力在一个固定的 值而不再变化，所以为了使储罐内的压力在设计允许的范围内 , 有两种BOG非出方式:
一种是当储罐内的压力上升到一定值的时候 ，启动BOG压缩 机,BOG排出速率较大，使得储罐内的压力下降，经过一段时间后BOG压缩机停止工作，直到罐内压力再次升高到设定值的时候重 新启动,如此循环以保持罐内压力在一定的范围之内
；
另一种是当储罐内的压力升高到一定值的时候 ，启动BOG压 缩
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机,BOG排出的速率使储罐内的压力保持在 BOG压缩机启动时 刻的压力值附近。
5.2 LNG储罐在仅开启BOGS缩机（无装车）的实际工况分 析
6月13日8:00-6月14日8:00 ,储运未装车; 6月17日8:00-6月18日8:00 ,储运未装车;
日期 早8点压力Kpa 早8点液位m 13 13.5 7.181 14 12.7 7.135 17 12 6.711 18 12.7 6.669 其中：13号早8点和14号早8点储罐压力相近，17号早8 点和18号早8点储罐压力相近，所以液位变化即为： BOG压缩 机正常运行工况下储罐一天产生的 BOG量。
根据生产报表得出：13号8点-14号8点BOGt为36000 mi, 17号8点-18号8点BOGt为33000 m3,取平均值，得出：
在BOGE缩机运行下储罐产生 BOG 34000nVd。 5.3 LNG储罐在停BOGE缩机的实际工况分析
5月30日8:00-5月31日8:00，工厂停BOGE缩机24h。
（5月31日2:00放空一次）；
6月7日17:00-6月8日16:00，工厂停BOGE缩机22h。
（6月8日16:00开始预冷BOGE缩机，21:00启机）；
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不包含储罐放空、预冷压缩机工况，仅在储罐静置时，每小 时储罐实时压力如下：
图1-1 BOG压缩机停机期间储罐压力变化图
如图所示，BOG压缩机停机期间，两日液位虽然不同，但储 罐内压力整体变化趋势基本一致； 储罐液位较低，则气相空间变 大，因此7.974米液位时，储罐压力到BOGE缩机启机压力时间 间隔长。
当BOGE缩机停机后，储罐压力场变化量较大，会在短期内 压力上升较快，但逐渐平衡过程中，压力会以均值每小时 0.3-0.4Kpa呈稳定值变化
图1-2 BOG压缩机停机期间储罐每间隔1小时压力差值变化图
上图时间6月7日储罐液位为7.974米，贝卩：
气相空间的体积为：(21-7.974 ) *1256+3252=19612.656〃
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储罐压力由14Kpa升到了 23Kpa，根据理想气体方程及BOG勺密
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度为1.7kg/m ,甲烷的摩尔质量为16,得出：
储罐升高1Kpa下产生BOGt为2520kg，压力共升高9Kpa,所以共 产生22747kg,又因为随着压力的升高BOGT量逐渐降低所以乘以系 数 0.7 为 15923kg,折合 22196用。
根据相关论文公式根据当前液位计算，BOGt也为20000方左右。
时间 压力
16:00 22.8
17:00 22.8
18:00 22.5
19:00 22.3
20:00 22.5
21:00 22.5
当BOGE缩机停机后再启动，需放空BOG进行预冷，6月8日16 点至21点，预冷时间为5h，根据每日生产报表可得出：
在BOGE缩机不启机的工况下，在预冷期间储罐压力不变，经计 算需要放空3900方左右。其中低纯氮置换成本已计入空压机的电费 中，此处不计。
通过每日电量统计，BOGE缩机日用电量为12000度，依照现有 单价0.499元/度，折合电费共计5988元。
现米用两种方式进行BOGE缩机的运行：
1. 采取间歇性停机方式，依据现场实际工况，在一天中需启停压 缩机，并提前预冷。
2. 采取BOGE缩机一直运行方式，保持储罐处于较高压力，以打 回流的方式运行。
方式一：第一天17点停BOG压缩机，第二天16点预冷，21点 启机，一天未向外输BOG预冷量3900方，每方气1.54元，耗气量 6006
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元。
方式二：一直保持BOGE缩机运行，通过每日电量及气量统计， BOG压缩机日用电量为12000度，外输量34000方，依照现有单价 0.499 元/ 度，折合电费共计 5988元。
5.4 BOG 排出速率及方式
通过排出部分BOG可以达到降低罐内压力的作用，但是BOG 排出速率需要满足一定的要求才能达到这个目的。
如果BOG排出的速率过小，只能使罐内压力上升的趋势减缓， 随着时间增加罐内压力会超过设计允许范围内； 如果BOG非出速 率过大 , 罐内压力下降也很大 , 而压力降低使得液体蒸发速率加 快, 而且有可能使储罐内产生一定的真空度 是不安全的。
由于液体蒸发速率主要受储罐的绝热性能的影响 , 所以要确 定合适的BOG非出速率，即BOC压缩机的速率，需要根据储罐热量 泄漏速率确定液体蒸发的速率。 当BOG非出速率比液体蒸发的速 率小的时候，只能减缓罐内压力上升趋势；当BOG排出速率略大 于液体蒸发速率时候，储罐内的压力变化幅度很小；当BOG排出 速率约为液体蒸发速率两倍时 , 经过与压力上升段相同的时间内 使得罐内压力下降到初始时刻的值。
从前面分析可以看出，当采取BOG排出方式2时,开始排出 BOG后储罐内的压力保持在一个较高的值 ，液体平均蒸发速率比 方式1要小，在模拟时间内,BOG排出的总量要比小一些，而且方 式2
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, 这对于储罐来说也
避免了 BOG压缩机的频繁启动。 六、结论
BOGE缩机采用方式2进行工作，BOG排出速率保持在BOG压 缩机启动时刻的压力值附近（略大于液体蒸发速率） ，即：使储 罐内压力一直保持在一个较高的值， 液体蒸发率要少一些， 也可 避免压缩机频繁启动。
根据储运部热气回收报表，热气回收最大量为： 5 月 20 日 394,99m3，依据每天最大回收 4车计算，共计回收1579.96方， 回收气体温度较高， 会导致储罐温度场变化较大； 依据储罐实时 参考数据，在 18 Kpa 以上，储罐每小时压力变化较为稳定；为 防止其他突发事件，预留 5 Kpa的富余量，特将储罐保持压力设 定为 18-19Kpa。
技术部
2016 年 6 月 20 日
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