摸清特性很重要
液化气的作用如此之大,用途如此之广,但可千万别大意。正如一匹烈马,要想驯服它、利用它,摸清它的脾气秉性很重要。
脾气火暴,破坏力强
液化气易燃易爆,爆炸危害大,这一特性,令人喜忧参半。喜的是因液化气在常温下就可变成易燃烧的气体,因此是工业和民用的优质清洁燃料;忧的是如使用不当、管理不善,当空气中含量达到一定浓度时,遇明火极易发生爆炸。
所以我们在日常生活中使用液化气一定要特别小心,尽量避免液化气罐处于高温场所,特别是在发生火灾时,以免发生危险。因为一旦发生火灾,着火区温度升高,液化气罐内的气压就会增加,如超过液化气罐的设计压力,液化气就会冲出安全阀,冲出或泄漏的液化气又可能引起更大的爆炸。
对于液化气船来说,因为储存的液化气较多,因此一定要避免火灾、碰撞等危险情况发生。那么一旦引起燃烧爆炸,其破坏力到底有多大呢?
据测算,一艘十几万立方米的液化天然气船如发生碰撞引起燃烧爆炸,其能量将相当于美国曾经投掷到日本广岛、长崎原子弹的几十倍。所以现在许多液化气船的两侧面均写有大大的“LPG”或“LNG”字样,就是要警告其他船舶:注意保持距离,避免碰撞,以免产生危险。
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图20 液化气站发生爆炸
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图21 液化石油气船上的“LPG”标志
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图22 液化天然气船上的“LNG”标志
正因如此,如果不想船毁人亡、同归于尽的话,即使号称“海上霸王”的航母,见到液化天然气船也得躲着走,碰不起呀!也有报道中提到,索马里海盗也不敢公然对液化气船发起攻击,因一旦枪弹击中要害,引起液化气船爆炸,他们自己也跑不了。
小贴士
一条大型液化天然气船发生爆炸的危险有多大?
液化天然气的主要成分是甲烷及少量乙烷等,一般液化天然气的热值为50.24兆焦/千克,而船上常用的柴油的发热值一般为42.6兆焦/千克,所以1千克液化天然气的热能相当于船用柴油的1.18倍。
一艘17.4万立方米的液化天然气船,按每立方米460千克质量计算,相当于8.004万吨,可产生热能402.1万兆焦,相当于95.7万吨TNT产生的热能,而第二次世界大战末投扔日本广岛的原子弹还不到2万吨TNT炸药的能量,所以17.4万立方米液化天然气船若发生爆炸,其产生的能量相当于约50个投扔日本广岛的原子弹,试想它的能量有多大!
液化后体积非常小
像很多气体一样,液化气的气态和液态体积相差很大。通常1立方米的石油气,在常压下经液化变成液化石油气后,体积仅为气体时的1/250;1立方米的天然气,在常压下经冷冻液化变成液化天然气后,体积仅为气体时的1/625。
如果说液化气在气态时是个“超级巨人”的话,那么变成液态时,它就是个“小不点”。不过正是利用这个特性,可将石油气和天然气液化,运输量就大大增加,这就为液化气船的运输带来了方便。
液化气的液化温度很低
要将其转化成液态需要低温或超低温的液化温度。通常,如果在常压(1个大气压)下,有的液化石油气液化温度已经是-48摄氏度,而液化天然气的液化温度竟然低至-163摄氏度。
当然,要提高液化气的液化温度,也不是没有办法,如可采用加压的方法。石油气在8.5个大气压时,其液化温度可提高到-5摄氏度。尽管采用了这些方法,液化气的储存温度之低仍然给液化气船的设计和建造带来了很大的困难!
当然,通常描述水的三态变化都是在大气压下随温度变化而产生的。但对液化气来说,在大气压下,如仅用降温使其液化,温度就要降到零摄氏度以下很多,所以科学家利用在加压时沸点温度(俗称“液化温度”)会升高的原理。当然,针对不同液化气体货品的液化过程主要有三种:一是仅采取加压;二是仅采取降温;三是降温、加压同时进行。
当前较为成熟的液化工艺有:节流制冷液化、膨胀制冷液化、阶式制冷液化和混合冷剂制冷液化。
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图23 部分物质沸点及比较
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图24 高压锅工作原理
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图25 水的沸点随气压的不同变化
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图26 天然气混合制冷剂制冷液化
小贴士
沸点改变与高压锅的原理
液态物质的沸点有一个特性,就是会随着压力的变化而变化。当大气压减小时,水的沸点会降低。在青藏高原上,因海拔高,大气压比平原地区的气压低,此时在室外用水壶烧开水,水温不到100摄氏度就开始出现气泡翻滚的“沸腾”现象。这就说明水的沸点温度随外界气压下降而降低了。
利用这个特性,人们发明了高压锅。高压锅锅盖上有一个加压重块(即限压阀),可以将高压锅内的水与外部的大气隔离开来。水烧至沸腾时,锅内的水蒸气压力就升高,锅内温度也就高于外界气压下的沸点温度。当蒸汽压达到1.8个大气压时,沸点温度将达到116摄氏度。