车载天然气水合物储运装置.pdf

第 4 5 卷第 1期 2 0 1 6 年 1月 V O ] ．4 5 ． N O ． 1 J a n u a r y，2 0 1 6 车载天然气水合物储运装置 张萌 ，任远 ，陈炜 ，刘四洋 ，李江飞 ，张进涵 1 ． 中国石油集团东南亚管道有限公司，北京 1 0 0 0 2 8 ； 2 ．承德石油高等专科学校热能工程系，河北 承德 0 6 7 0 0 0 摘 要天然气水合物 N G H储运技术是一种安全高效且费用较低的储运方法。储运水合物车载装置的 出现，为天然气运输又增添了一种选择方式。根据水合物特点，分析了车载装置储运天然气水合物的可行性 ， 介绍了装置的基本结构。N G H储运技术作为一种新式的天然气传输方式，在未来的社会中一定大有可为。 关键词 天然气水合物；储运；车载装置 中图分类号T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 6 0 1 0 1 7 9 0 3 Ve h i c l e Na t u r a l Ga s Hy d r a t e S t o r a g e a n d Tr a n s p o r t a t i o n De v i c e Z H A NG Me n g ，R E NY u a n ，C HE N W e i ，L I US i - y a n g ，L I J i a n g -f e i 2 ，Z H A NGJ i n h a n 1 ． C N P C S o u t h e a s t A s i a P i p e l i n e C o m p a n y L i m i t e d ， B e ij i n g 1 0 0 0 2 8 ， C h i n a ； 2 ． De p a r t me n t o f T h e r ma l E n g i n e e r i n g ， Ch e n g d e P e t r o l e u m Co l l e g e ， He b e i C h e n g d e 0 6 7 0 0 0 ， Ch i n a Ab s t r a c t NGH s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n t e c h n o l o g y i s s a f e ， e ffi c i e n t a n d l o w c o s t ． T h e v e h i c l e d e v i c e o f s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n h a s a d d e d a n e w c h o i c e f o r t h e n a t u r a l g a s t r an s p o rta t i o n ． Ba s e d o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e h y d r a t e ， t h e f e a s i b i l i t y o f NGH v e h i c l e d e v i c e wa s a n a l y z e d ， a n d t h e b a s i c s t r u c tur e o f t h e d e v i c e wa s i n t r o d u c e d ． As a n e w n a t u r a l g a s s t o r a g e a n d t r a n s p o rt a t i o n me t h o d ， t h e NGH s t o r a g e a n d t r a n s p o rta t i o n t e c h n o l o g y wi l l h a v e b r i g h t p r o s p e c t i n t h e f utur e ． Ke y wo r d s NGH； S t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n； Ve h i c l e d e v i c e 随着中国经济的高速发展， 预计未来我国在海上 和陆地上需要开发大量的天然气气田才能满足 日 益 增长的天然气的需求量。对于这些气田 ⋯ 的天然气， 因为地理因素而增加了困难。 将这些天然气储运到遍 布在各个地方的储气站， 传统的储运方式有管道输送 及 L N G方式，这两者都具有施工困难大、投资成本 高、 资金短时间内回收难的缺点 。比如按年产量 1 0 X 1 0 m 际 准状态1 天然气，运输距离为 1 0 0 o k m计 算，N G H储运技术及 L N G储运技术费用进行计算， HG N储运技术 L N G技术便宜大约四分之一。 N G H储 运技术经济实惠 。 中国许多油田都有许多的伴生气， 因为技术限制， 经常是把伴生点燃 ， 不仅浪费资源， 还相当的污染环境。 天然气水合物技术正好可以解决 这一系列的问题。较其它储运技术相比较，N G H储 运技术有着巨大的的优点， 第一， 工艺简单容易操作， 第二 投资费用低廉， 第三储运简单并且有特殊的安 全性。依靠我国的资源优势，N G H技术在我国有着 极为深远的发展潜力与前景陋 。 N G H储运技术的主要原理是用 N G H的高效储 气能力，把做好的 N G H 固体运送到中转站，中转 站经过汽化之后，居民和工厂才能使用 。将开采 出的天然气水合物或者工业大规模制备的水合物在 一 定的条件下，利用管道、天然气水合物储运船 或者冷藏车的方式进行运输。 N G H在常温、 常压下 会发生分解 ，因此通常采用低温常压法或高压常温 法储存 N G H。 经研究发现， N G H可以在一 5℃、 一 1 0 ℃的环境下储存 1 0 d 19 1o N G H在不加压力的一 5 一 l 0 ℃的冷库中可以稳定存放数天， N G H仅仅在表面上 分解，产生的水在表面上形成冰膜。另外天气水合 物的导热能力非常的低，比一般的隔热材料还要低 ，拥有良好的自我储存能力。N G H在低温隔热且 不加压力的储存罐中可以稳定存放。 1 车载天然气水合物储运装置 1 ． 1 车载天然气水合物储运装置的基本原理 天然气水合物的车载装置类似于一个低温冷 藏车，为了储运天然气水合物，进行了特殊的结构 设计，就是一个专门为储运天然气水合物的低温冷 藏车。大致原理等同于其它低温冷藏车。 运输天然气水合物的过程中首先要保证它的稳 定性， 通过大量试验， 得出常压低温储运水合物， 短 期常压储存 1 d 左右 ， 一 1 0 o C 是比较合适和经济的 收稿 日期2 0 1 5 - 0 8 0 7 作者简介 张萌 9 8 8 一 ，女，北京人，助理工程师，2 O 1 1年毕业于 中国石油大学 北京 油气储运专业，研究方向长输管道。 E -ma i ] zh mml 2 3 4 1 2 6 ． c o rn 通讯作者 李江飞 1 9 8 8 一 ，男，讲师，硕士研究生，主要从事油气储运专业的教学和研 究。E - m a i l c d p c s p e q q ．com。 化 工 2 0 1 6 年 1月 温度，一 1 5 ～ 2 0 cC 是可以选择的温度 ” 。车载装置只 需要制冷使温度降到一1 5℃以下，而不需要加压就 可以用来储运天然气水合物。 这样装置所需要提供的 环境条件就十分简单而且明确，那就是低温环境。 因为天然气水合物为固体，比液体和气体都方 便卸载，但是天然气水合物不能长时间在常温下储 存，这就需要对车载装置提出新的要求。为了方便 卸装，减少天然气水合物在常温中的时间，对装置 内部进行简单合理的分隔，以各个单元的方式进行 储运。这些单元不但能防止水合物和水合物发生粘 连，并且缩短了卸载的时间，防止水合物长期暴露 于常温中而分解。储运单元的规格需要进行统一的 规范，在开采出或者制备完成之后就包装，成为统 一 的储运单元。有了统一的标准，天然气水合物的 生产和储运的整个过程就变得更加有序，这还需要 在 以后做大量的_T作 。 1 ． 2 车载天然气水合物储运装置的基本结构 天然气水合物的储运条件需要低温冷藏，所以 装置需要制冷设备，机械制冷系统由压缩机、冷凝 器、膨胀阀、 蒸发器组成 ，现在机械制冷设备主 要在制冷机方面进行新技术的开发，提升了机械冷 藏机器的能力 图 1 。 图 1 机械制冷系统 F i g ． 1 M e c h a n i c a l r e f r i g e r a t i o n s y s t e m 1 ～ 储藏室；2 一 内筒体；3 - 保温隔热材料；4 一 机械制冷设备 ；5 - 外简体 N G H 在不加压力储运时温度不需低于平衡温 度，温度只要低于水的冰点即可，并且保持完全的 隔热，N G H就能保持稳定存在。所以将 N G H存储 在双层壁的金属罐里，里面的壁使用耐低温的不锈 钢，外面的用平常的碳钢制成即可，两壁之间填充 绝热材料， 底部的隔热层必一定要有充足的强度和 稳定性，用来承重。外筒体是装置中不可或缺的部 分。用不锈钢作为外筒体的材料，使用铝箔和超细 玻璃纤维纸缠绕在外筒体形成保温隔热层 0。如此 一 来即可以承压，又能保温隔热。内、 外简体之间 是保温隔热材料制成的夹层，有一定的密封作用。 筒体组合的一侧同机械制冷设备相连接，构成整个 装置的基本结构。 装置的尾部一端设有封闭门，封闭门是两扇对 开的门，是由外筒体、夹层、内简体三层的材料叠 加成的。封闭门的边缘处需要加装橡胶垫来提高密 封性能，保证装置的制冷能力。封闭门和筒体之间 的焊接需要相当的精确， 对工艺提出了较高的要求。 封闭门有上中下三个柱形的枷锁装置来密封。 2 天然气水合物的卸装 2 ． 1 天然气水合物的包装 N G H的外观类似雪或冰渣， 是一种疏松的固体。 天然气水合物暴露在大气中， 会迅速气化， 释放出大 量天然气， 容易引起事故。 而在天然气水合物的储运 过程中又不可避免的要和带起接触 ， 因此必须对天然 气水合物进行合适的包装 唧 ， 才能让水合物稳定。 首先将天然气水合物压实， 简单形成大小一致 的单元，这是为了方便卸装。这样单元在以后需要 统一规范化 ，以方便整个生产过程的进行。网状结 构可以防止各个单元粘连，又减轻 自 重。网状结构 除底部外也不需要使用特殊的材料，只要强度足够 即可。将进行简单包装的天然气水合物放置于由网 状结构组合成的立方体中构成小的基本单元。整个 装置需要使用不易生锈的材料f 图 2 。 绪运 元 图 2 储运 单元 Fi g ． 2 S t o r a g e a n d t r a n s p 0 r t a t i 0 n u n i t 储运单元形状类似一个提篮， 开口的一方加装有 两个把手。 把手下方是可以活动的， 需要移动储运单 元时拉起来， 不使用把手时放下。 把手需要用强度高 硬度高的材料， 足以承受一定重量的水合物。 为了防 止把手脱落和难以拉起的问题， 把手的活动处要加强 焊接并做防锈润滑的处理。 把手上加装橡胶套， 用手 拿起时能增大摩擦力并且减小对手的压力。 2 _ 2 车载装置内部结构 储运 的过程中并不是卸装小 的储运单元 ，而是 一 个相当于货架的装置，将包装好的水合物放置在 货架上，向车上装载时直接从冷库中通过高平台将 货架平移入装置的简体内。卸载时，直接将货架平 移出简体。这样就大大减少了水合物与大气的接触 时间 ，省时省力 。 货架以钢结构为主体并焊接上分隔网的装置把 简体分为若干个较大的矩形单元。 这种网状结构不但 把整个简体分开来方便卸装， 同时又不会对装置的制 冷能力产生太大的影响。 较大的单元可以放置多个包 装好的较小的基本单元， 小的基本单元之间进行简单 的连接， 方便卸装。 如用锁扣和挂钩将多个小的储运 单元链接在一起。 整个货架需要用不易生锈的材料制 骶 第 4 5 卷第 1期 张萌， 等 车载天然气水合物储运装置 1 8 1 造， 并作防锈处理。 装置长时间储运天然气水合物后， 设计通信模块。 车载终端实时收集传感器和定位系统 简体内部和分隔网可能会出现故障或是需要进行清 的数据， 简单处理后通过通信模块传输到远程端。 这 洗， 分隔网的整个主体和筒体并没有连接起来。 这样 样远程端可以明确车载装置的实时位置和安全状况， 的设计，就方便了后期修理和清洗装置。 并根据相关情况作出科学调度和处置。 储运水合物的货架在水合物的生产、储运、分 解的整个过程中都可以起到一定的作用。水合物在 工业生产完成后，包装并放置在货架上冷藏在冷库 中。需要车载运输时，直接移人车载装置中。汽车 运送到水合物分解加工点后 ，将货架移入分解设备 中。 货架足够承受水合物分解的温度， N G H在上货 架直接加热分解出天然气。当分解完成后，将货架 移出分解设备，简单处理后投人随后的使用。货架 的存在让水合物的整个储运过程事半功倍。 3 车载装置附属装置 汽车运载天然气水合物这样可能会引发事故的 固体， 首先要保证水合物安全， 防止发生事故。当装 置内温度过高时， 水合物会发生分解。 为了保证装置 内的温度趋于匣定， 在内部加装温度传感器， 将温度 实时反馈到车载终端，当温度升高时报警 ， 就可以自 动或手动控制制冷设备制冷降温， 以免水合物受热分 解。 甚至机械制冷装置不可使用时， 也能及时对正在 分解的水合物进行处理。装置内部设置压力传感器， 当装置内压力过高时，终端报警，及时泄压 图 3 。 分隔网 简体 主 视 图 左 视 J 刳 图 3 车载装置内部结构 F i g ． 3 I n t e r n a l s t r u c t u r e o f v e h i c l e 储运危险品， 安全是重中之重， 必须要做足工作。 车载装置硬件安全防护设备主要有安全防泄装置， 灭 火装置， 导静电装置，阻火器 等。封闭门与筒体连 接处的缝隙用橡胶材料密封， 阻止简体内部与外部大 气环境的接触。车载装置配备干粉灭火器和阻火器， 一 旦发生火灾， 可以及时阻碍火睛的蔓延。 罐体尾部 用铁链或者橡胶带接大地， 用来传导静电， 防止发生 意外。 利用我国自主研发的北斗卫星导航系统的短报 文通信功能，可以在紧急情况下通过卫星通信报警， 为装置安全又添了一道安全保障。 因为要对储运车进行实时调度监控， 所以为装置 配备远程监控系统。 远程监控系统由定位系统和通讯 系统组成， 是运输车和监控调度室的双向链接 。车 载部分主要是多个模块组成的车载终端，利用 G P S 和北斗导航技术设计导航定位模块，用4 G通信技术 4 结束语 N G H储运技术是衔接天然气开发、 利用的重要 环节， 在未来拥有巨大的应用前景。 人类对能源的需 求量的不断加大，天然气开发和利用技术日 趋成熟， 我们需要发展 N G H储运技术。用陆路运输的方式储 运天然气水合物， 无论从安全还是从经济可行f生 角度 来说， 都是为人类生产和生活带来了极大的效益。 车 载天然气水合物储运装置的研究仍然在设想的阶段， 必须有更多的人才加入到其中， 投入更深入的研究， 对它不断地完善。我相信在不久的将来，N G H储运 技术会使天然气运输业发生革命f生 的改变。 参考文献 [ 1 ] 任悦琴， 寇雄， 徐慧，等 天然气水合物运输船『 J 1 ． 江苏船舶， 2 0 0 6 ， 2 3 f 1 1 2 1 - 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