2. LNG物性与低温储存特性

LNG（液化天然气）在常压下约 −162 ℃ 时由气态转为液态，体积缩小约 1/600。这一相变既是接收站能够经济运输和储存的基础，也决定了卸船臂、卸料管线、储罐、蒸发气（BOG）系统和安全设施的全部设计逻辑。理解LNG的组分、密度、沸点、蒸发特性以及低温材料性能要求，是判断卸船与储存工艺参数是否合理的前提。

一、组分与密度：不是单一物质，而是混合物

LNG的主要成分是甲烷（通常 85%～95% 摩尔分数），其余为乙烷、丙烷、丁烷及少量氮气。组分差异直接改变物性：甲烷含量越高，密度越低、沸点越低；氮含量升高会降低热值并影响BOG再冷凝的负荷分配。工程上常用“贫液”和“富液”描述组分差异，贫LNG甲烷含量高、密度约 430～450 kg/m³，富LNG重烃较多、密度可达 470～490 kg/m³（均为示例范围，实际以卖方气质报告为准）。

密度对卸船工艺的影响体现在两处：一是卸料管线与卸船臂的静压计算，密度越大，同样液位高度产生的静压越高；二是储罐内LNG分层判断，不同密度液体在同一罐内可能形成稳定分层，为“翻滚”事故埋下条件。因此接收站必须获取每船LNG的组分分析报告，并据此校核卸料流量、管线压降和储罐接收策略。

二、沸点与饱和蒸气压：储存压力的来源

LNG的沸点随组分和压力变化。常压下纯甲烷沸点为 −161.5 ℃，含氮或轻组分时沸点更低。储罐并非在常压储存，而是维持微正压（通常 10～25 kPa 表压，示例值），对应饱和温度略高于常压沸点。储罐压力与液温是一一对应的饱和关系：液温升高，饱和蒸气压上升；压力降低，液体开始闪蒸。

这一关系决定了储罐压力控制的基本手段——通过BOG压缩机抽出蒸发气、或通过再冷凝器回收，将罐压维持在设定区间。若罐压过低，空气可能渗入形成可燃混合气；若罐压过高，安全阀起跳并造成天然气排放。卸船期间大量低温LNG进入储罐，会置换出罐内气相空间并产生闪蒸，罐压上升速率是卸船速率的重要约束条件。

三、蒸发特性：闪蒸与漏热共同产生BOG

LNG进入储罐时，因罐内压力对应的饱和温度高于来液温度，部分液体会闪蒸；同时储罐绝热层不可能完全绝热，外界热量持续渗入，使部分液体蒸发。两者共同构成蒸发气（BOG）。闪蒸量与来液温度、罐压和组分有关，漏热蒸发量则与储罐绝热性能、液位和环境温度有关。

以示例说明：某储罐日漏热蒸发率按 0.05%（示例假设）计，罐容 160000 m³、充装率 90%，则日蒸发量约为 160000×0.9×0.05% ≈ 72 m³ 液体当量。卸船期间，若卸料流量为 12000 m³/h，来液过冷度不足导致闪蒸率约 0.3%（示例假设），则闪蒸产生的气体量会显著抬高罐压。操作上需提前启动BOG压缩机并将再冷凝器投入，按“罐压上升速率不超过设定值”反算允许卸料流量，而不是仅按泵能力确定卸船速率。

四、低温材料性能要求

−162 ℃ 已远低于普通碳钢的脆性转变温度，普通碳钢在此温度下会呈脆性断裂。因此与LNG接触的材料必须满足低温韧性要求，常用 9%Ni 钢（储罐内罐）、奥氏体不锈钢（管线、泵体）、铝合金（部分储罐）以及殷钢（薄膜型围护）。材料选择的核心指标是低温冲击韧性、线膨胀系数和导热性。

低温带来的第二个问题是收缩。不锈钢从常温降至 −162 ℃ 的线收缩率约为 0.3%（示例量级），一根 40 m 长的卸料管线会缩短约 120 mm。管线系统必须设置膨胀弯、波纹补偿器或滑动支架吸收收缩量，否则会在法兰、支吊架处产生过大应力。卸船臂则通过旋转接头和平衡配重适应船体位移与管线收缩。

第三个问题是预冷。卸船前必须对卸料管线、卸船臂和储罐进料管进行预冷，使管壁温度平缓降至接近LNG温度。预冷速率通常控制在每小时数十摄氏度（示例），并通过管壁温度测点监视上下壁温差。若降温过快，厚壁管件内外温差过大，会产生热应力并可能引发低温冲击。预冷介质可用BOG或小流量LNG，预冷完成的判断依据是管线温度稳定、无异常振动和泄漏。

五、物性对工艺的综合约束

把上述物性放在一起看，卸船与储存工艺的参数不是孤立设定的：组分决定密度和沸点，密度影响静压和分层，沸点与罐压构成饱和对应关系，蒸发特性决定BOG平衡，低温材料性能决定预冷速率和收缩补偿。实际运行中，每船LNG到港后应先核对气质报告，确认密度、组分与设计工况的偏差；卸船前完成管线预冷并记录温降曲线；卸船中同步监视罐压、BOG压缩机负荷和储罐液位密度分布；卸船后根据液位和密度数据判断是否需要倒罐混合。只有把这些物性参数与工艺动作对应起来，才能避免翻滚、超压和低温脆断等风险。