LNG接收站氣化用海水加氯操作方式優(yōu)選——以廣東大鵬LNG接收站為例

吳培葵 魏光華 王慧穎

廣東大鵬液化天然氣有限公司

由廣東大鵬液化天然氣有限公司（以下簡稱GDLNG）建設(shè)和經(jīng)營的廣東LNG接收站項目是國內(nèi)首個引進LNG的試點項目，位于深圳市大鵬灣海域，于2006年投入生產(chǎn)。該接收站將船運LNG卸載至儲罐，由儲罐內(nèi)的低壓泵輸送至高壓泵，然后經(jīng)高壓泵加壓至開架式氣化器（ORV），ORV中LNG被海水加熱、氣化為天然氣，計量后輸送下游用戶［1－5］。因此，海水系統(tǒng)是接收站內(nèi)極為重要的公用工程系統(tǒng)之一。在實際運行中，存在著海洋生物大量附著在海水管線系統(tǒng)及設(shè)備內(nèi)的風險。為應(yīng)對上述風險，接收站一般采用電解海水的方式生產(chǎn)次氯酸鈉溶液，并以一定濃度注入海水系統(tǒng)。加氯濃度和操作模式選擇不當，就會造成嚴重后果。如加氯濃度過高則可能損壞設(shè)備表面、排海余氯濃度不達標，造成環(huán)境污染；過低則會造成海洋生物大量附著，甚至堵塞海水管道，影響生產(chǎn)。如加氯裝置操作模式如選擇不當，則可能造成設(shè)備效率降低、維修量大幅增加，甚至設(shè)備損壞。因此，不同條件下如何選擇合理的海水加氯濃度及裝置操作模式，就成為接收站運營必須要解決的問題。

為此，通過收集、分析大量的運行及測試數(shù)據(jù)、海水管線內(nèi)檢測及取樣分析情況，結(jié)合設(shè)備運行特性，對大鵬LNG接收站海水加氯濃度及加氯裝置操作模式進行分析，選擇出較優(yōu)操作方法，使其滿足生產(chǎn)及環(huán)保要求。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1．1 海洋生物

據(jù)統(tǒng)計，接收站所處大鵬灣海域優(yōu)勢海洋生物種為網(wǎng)紋藤壺、牡蠣、華美盤管蟲和龍介蟲［6］。海域內(nèi)生物附著種類及特點如下。

1）全年附著的種類：網(wǎng)紋藤壺，在春、夏季節(jié)為附著高峰期。

2）年附著雙周期種類：翡翠貽貝等雙殼類，一年有兩次附著周期，一般在春季（4—6月）和秋季（9—10月）。

3）年附著單周期種類，如僅在冬季附著的總合草苔蟲。

1．2 設(shè)備參數(shù)

1．2．1 加氯裝置

接收站目前設(shè)有兩臺加氯裝置，主要設(shè)備參數(shù)見表1。

1．2．2 關(guān)鍵設(shè)備

根據(jù)廠家手冊［7］，接收站關(guān)鍵設(shè)備之一——開架式氣化器（ORV）在持續(xù)運行時，設(shè)備處的海水余氯濃度應(yīng)小于0．5mg／L，否則將可能造成設(shè)備本體損壞。

表1 接收站加氯裝置主要設(shè)備參數(shù)表

1．3 環(huán)保要求

根據(jù)《關(guān)于廣東LNG接收站和輸氣干線項目一期工程環(huán)境影響報告書審查意見的復(fù)函》［8］的要求，接收站營運期間冷排水余氯應(yīng)控制在0．2mg／L以下。

2 加氯濃度主要影響因素

2．1 藥劑持續(xù)性（設(shè)備運行時率）

海洋生物的生長依賴著食物鏈，一旦其所需的物質(zhì)被消除掉，其生長附著就成了問題。因此只要海水中保持一定濃度的余氯，即使該余氯濃度本身不足以殺死較大的海洋生物，但由于更小的有機質(zhì)被次氯酸鈉降解、更小的海洋生物被殺死，那些原本能在管道附著生長的海洋生物就無法存活。因而涉及海水系統(tǒng)的設(shè)備保持連續(xù)運轉(zhuǎn)是確定該處余氯水平的關(guān)鍵因素之一。

2．2 海洋生物種類、數(shù)量

不同區(qū)域海水的加氯量多少與海水中所含的海洋生物種類和數(shù)量密切相關(guān)。比較干凈的海水對有效氯的消耗較小。海洋生物種類、數(shù)量與加氯濃度的關(guān)系，一般通過實驗確定，或在生產(chǎn)過程中摸索得出。

2．3 溫度變化

就海洋生物的生長環(huán)境來講，換熱過程中，海水溫度升高更適合于海洋生物生長，而且也會加快余氯分解，因此需要相對較高的加氯濃度。反之，則可適當降低。例如同一海域，電廠冷卻用水所需加氯濃度要高于LNG接收站。

3 加氯濃度選擇

3．1 原設(shè)計加氯濃度

接收站原設(shè)計［9］中，連續(xù)加藥濃度與沖擊加藥濃度比值為1∶3；連續(xù)加氯濃度為3mg／L；每天依次對單臺運行的海水泵按照9mg／L（總計12mg／L）進行沖擊加藥，持續(xù)時間30min。

3．2 參考加氯濃度

根據(jù)相關(guān)研究資料［10］，“連續(xù)加氯，控制海水有效氯濃度0．05mg／L，能有效控制各類海洋生物滋長”。

3．3 加氯濃度評估標準

評估接收站海水加氯濃度的合理性，主要看其是否能滿足以下3個標準或要求。在實際生產(chǎn)中，需以此為依據(jù)，通過不斷實踐，分析出符合自身要求的加氯濃度設(shè)定值。

1）該加氯濃度能夠有效抑制海洋生物附著。

2）海水余氯濃度處于設(shè)備長期運行所能承受的范圍內(nèi)。

3）海水余氯濃度滿足外排環(huán)保要求。

3．4 實際運行、測試數(shù)據(jù)

3．4．1 持續(xù)運行數(shù)據(jù)

2009年1月至2012年9月，接收站加氯裝置一直連續(xù)運轉(zhuǎn)，采用單臺設(shè)備運行的方式，加氯濃度的設(shè)定同時考慮ORV承受能力及外排海水余氯環(huán)保要求。期間平均持續(xù)加氯濃度設(shè)定值及各點余氯檢測值見表2、3。

表2 2009—2010年平均持續(xù)加氯濃度設(shè)定值及各點余氯檢測值表 mg／L

表3 2011年1月—2012年9月平均持續(xù)加氯濃度設(shè)定值及各點余氯檢測值表 mg／L

另外，大鵬海域夏季時將面臨赤潮問題，此時由于海水中有機物增多，需要消耗較多的次氯酸，發(fā)生氧化反應(yīng)，即在加氯瞬間，次氯酸鈉的降解較平時快且消耗多，這就要求增大加氯濃度，以保證海水中的有效氯水平。赤潮期間加氯操作濃度及各監(jiān)測點余氯水平見表4。

表4 2011—2012年赤潮期間持續(xù)加氯濃度設(shè)定值及各點余氯檢測值表（選?。?mg／L

由表3、4運行數(shù)據(jù)來看：

1）海水進水口處有效氯濃度遠低于設(shè)定點，原因在于不同海水流態(tài)及取樣過程中次氯酸鈉產(chǎn)生了自然分解，同時，海水中一些雜質(zhì)（反映在海水COD值）也消耗了部分次氯酸。

2）在保持海水有效氯濃度的前提下，春、冬季加氯濃度設(shè)定值一般比夏、秋季低0．2～0．3mg／L。此濃度下，ORV處海水余氯值小于0．5mg／L，同時外排海水余氯值小于0．2mg／L。這也側(cè)面反映了原設(shè)計中3mg／L的持續(xù)加氯濃度不合理。

3）赤潮期間，由于海水對次氯酸的消耗增大，為保證有效氯水平，應(yīng)提高持續(xù)加氯濃度設(shè)定點為0．95 mg／L左右。

3．4．2 加氯系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)

2010年8月4日至6日，接收站針對不同海水流量下的加氯濃度及工作電流運行單臺裝置進行測試，以此檢驗設(shè)備能力，同時作為日常操作優(yōu)化的依據(jù)。部分測試數(shù)據(jù)選取見表5。

其中：

1）7臺海水泵并聯(lián)運行時，水量大、流速快，海水中次氯酸分解小，因此設(shè)定值在0．95mg／L時測得排海溝渠處的余氯濃度反而高于設(shè)定值為1．0mg／L時。

2）由于檢測時間不同，一般來說，海水中次氯酸在早晨較午間及晚間分解少。因此，早、晚時段應(yīng)比中午時段設(shè)定值低。

測試數(shù)據(jù)顯示：

1）夏季，當接收站運行在最大海水工況下（7臺海水泵并聯(lián)運行），持續(xù)加氯濃度設(shè)定值為0．95mg／L時，ORV及外排溝渠處的余氯水平均超出設(shè)備承受能力或環(huán)保要求。因此，除赤潮情況下的日常操作不應(yīng)采取該設(shè)定濃度。

表5 不同持續(xù)加氯濃度設(shè)定值及各點余氯測定表（選取）

2）同時，此工況下，單臺裝置工作電流小于2 500 A，能夠保證設(shè)備長期穩(wěn)定運行。這也說明即便在赤潮期間、高海水工況下，運行單臺電解裝置即可滿足海水加氯要求。

3．4．3 海水管線系統(tǒng)內(nèi)檢測情況

2010年、2011年及2012年國慶節(jié)期間，3次對海水泵出口至各ORV進口之間主海水管線進行年度內(nèi)表面檢測并取樣、分析（圖1）。

圖1 海水管線內(nèi)檢測情況圖

現(xiàn)場檢測中，未發(fā)現(xiàn)明顯活體海洋生物附著。同時，對所取生物樣本的分析也表明，網(wǎng)紋藤壺和華美盤管蟲等本海區(qū)優(yōu)勢種個體死亡率高達100%，說明目前海水管道及設(shè)備處的余氯濃度（0．2～0．5mg／L），能夠達到有效防止海洋生物附著的目的。

4 加氯裝置運行模式選擇

4．1 廠家推薦模式［7］

接收站目前設(shè)置兩臺電解器，基于第3．1節(jié)中原設(shè)計加氯濃度，廠家推薦模式為：小于3臺（含3臺）海水泵運行時，啟動1臺電解器；3臺以上海水泵運行時，2臺電解器并聯(lián)運行。

在給定持續(xù)加氯濃度的情況下，單臺或兩臺電解器以恒定功率工作。此時，由于產(chǎn)氯量大于持續(xù)加氯所需量，多余的次氯酸鈉溶液會儲存在脫氫罐內(nèi)。待達到設(shè)定的沖擊加氯時間點時（沖擊加氯間隔時間＝24h／海水泵運行數(shù)量），打開控制閥，持續(xù)加藥的同時進行沖擊加藥，持續(xù)時間30min。

高峰工況（7臺海水泵同時運行）下，沖擊加氯操作每隔2．9h進行一次。

4．2 實際運行模式

如表4和表5所示，即便在最大海水工況下（7臺海水泵并聯(lián)運行），持續(xù)加氯濃度設(shè)定值為0．95mg／L時，運行單臺加氯裝置，即可保證海水有效氯水平，此時裝置工作電流為2 420A，小于允許的持續(xù)工作電流2 500A。因此，接收站實際操作中，即便在赤潮期間，仍運行單臺電解裝置。同時，兩套裝置每季度切換一次，進行維護。

脫氫罐內(nèi)正常保持70%的液位，以保證新產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液在罐內(nèi)有至少5min的脫氫時間。

接收站日間只進行持續(xù)加氯操作，而沖擊加氯操作在夜班進行，依次對單臺運行的海水泵以固定的3 mg／L濃度進行沖擊加藥30min。

4．3 運行模式評估

廠家推薦的操作模式中，需要累積用于沖擊加氯的次氯酸鈉溶液，考慮到脫氫罐容積，即持續(xù)加氯過程中，罐內(nèi)起始溶液有可能已低于液位低點設(shè)定值，較難滿足脫氫時間不少于5min的要求。因此，建議在進行沖擊加氯操作時，暫停持續(xù)加氯操作，以保證必要的脫氫時間。

就電解設(shè)備本身運行特點來看，在合理的電流持續(xù)運行，能夠有效控制變壓器溫升、防止電極管結(jié)垢、沉積，降低故障率。表5測試數(shù)據(jù)也表明，即便在高海水工況，裝置變壓器仍運行在能夠保證其長期穩(wěn)定運行合理電流。另外，從設(shè)備維護來看，當電解裝置停運時，需要及時沖洗、填充淡水，從而避免海水對電極管、閥門的腐蝕。但接收站海水負荷調(diào)整較為頻繁，裝置隨之頻繁啟停、沖洗顯然不合理。

因此，從設(shè)備能力及設(shè)備維護角度考慮，接收站宜采用單臺設(shè)備運行、定期切換維護的操作模式。同時，考慮所需的脫氫時間要求，建議僅在夜間以固定的3 mg／L濃度依次對設(shè)備沖擊加氯30min。

5 結(jié)論

作為接收站重要的公用工程系統(tǒng)，海水系統(tǒng)穩(wěn)定運行關(guān)系著全站的正常生產(chǎn)，而選擇合理的海水加氯濃度設(shè)定值及裝置操作模式，則是保證站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、海水管線系統(tǒng)通暢的關(guān)鍵因素。處于不同海域的接收站，因其水域生物種類、海水質(zhì)量、設(shè)備條件及環(huán)保要求不同，海水加氯濃度及操作模式也相應(yīng)有所不同。但對操作參數(shù)的摸索方式具有共通性，即根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備及海域條件、通過不斷地實踐，選擇出適合自身生產(chǎn)的合理參數(shù)及模式。

具體到本文所研究的大鵬LNG接收站，正是通過不斷實踐，積累了大量的海水加氯系統(tǒng)運行操作數(shù)據(jù)，并兩次對海水管線系統(tǒng)進行內(nèi)部檢測及取樣分析，獲取有針對性的生物分析成果，選擇如下符合實際生產(chǎn)及環(huán)保要求的、不同季節(jié)條件下海水加氯濃度及裝置操作模式：

1）根據(jù)海洋生物附著情況以及大鵬海域外排海水環(huán)保要求，夏、秋季加氯裝置日常持續(xù)加氯濃度設(shè)定值宜為0．5～0．8mg／L（赤潮期間需要提高為0．95mg／L左右，以保證必要的海水有效氯濃度），春、冬季宜為0．45mg／L及以下。這樣，可同時滿足抑制海洋生物生長、ORV設(shè)備材質(zhì)要求及海域排水環(huán)保要求。

2）裝置運行模式方面，建議采用單臺設(shè)備運行、定期切換維護的操作模式。同時，考慮脫氫罐有效容積，在進行沖擊加氯操作時，建議暫停持續(xù)加氯操作，以保證必要的脫氫時間。

［1］曹文勝，魯雪生，顧安忠，等．液化天然氣接收終端及其相關(guān)技術(shù)［J］．天然氣工業(yè)，2006，26（1）：112－115．CAO Wensheng，LU Xuesheng，GU Anzhong，et al．LNG receiving terminal and its correlative techniques［J］．Natural Gas Industry，2006，26（1）：112－115．

［2］初燕群，陳文煜，牛軍鋒，等．液化天然氣接收站應(yīng)用技術(shù)（Ⅰ）［J］．天然氣工業(yè)，2007，27（1）：120－123．CHU Yanqun，CHEN Wenyu，NIU Junfeng，et al．The applied techniques in LNG receiving terminal（Ⅰ）［J］．Natural Gas Industry，2007，27（1）：120－123．

［3］初燕群，陳文煜，牛軍鋒，等．液化天然氣接收站應(yīng)用技術(shù)（Ⅱ）［J］．天然氣工業(yè)，2007，27（1）：124－127．CHU Yanqun，CHEN Wenyu，NIU Junfeng，et al．The applied technology of LNG receiving terminal（Ⅱ）［J］．Natural Gas Industry，2007，27（1）：124－127．

［4］趙德廷．廣東大鵬LNG接收站終端總體設(shè)計及主要系統(tǒng)工藝優(yōu)化［J］．中國海上油氣，2007，19（3）：208－213．ZHAO Deting．The overall design and system optimization of Guangdong Dapeng LNG receiving terminal［J］．China Offshore Oil and Gas，2007，19（3）：208－213．

［5］柳山，魏光華．廣東大鵬LNG接收站運行節(jié)能措施［J］．天然氣工業(yè)，2010，30（12）：77－80．LIU Shan，WEI Guanghua．Energy saving measures for the operation of Guangdong Dapeng LNG receiving terminal［J］．Natural Gas Industry，2010，30（12）：77－80．

［6］嚴巖．海洋污損生物檢測報告［R］．廣州：中國科學(xué)院南海海洋研究所，2010．YAN Yan．Inspection report on marine fouling organisms［R］．Guangzhou：South China Sea Institute of Oceanology，Chinese Academy of Sciences，2010．

［7］PAUL C H．Control philosophy and functional description［R］．Sandy Lane：Electrocatalytic Ltd．，2006．

［8］國家環(huán)境保護總局．關(guān)于廣東LNG接收站和輸氣干線項目一期工程環(huán)境影響報告書審查意見的復(fù)函［R］．北京：國家環(huán)境保護總局，2003．State Environmental Protection Administration．Reply for review comments on the environmental impact statement of GDLNG Receiving Terminal and Trunkline Project Phase I［R］．Beijing：State Environmental Protection Administration，2003．

［9］GOSSE G．Specification of electrochlorination unit［R］．Paris：Joint Venture between Saipem Sa，Technigaz，Tecnimont and Sofregaz，2004．

［10］湯東升．海水循環(huán)冷卻水處理方案的選擇［J］．電力建設(shè)，2003，24（5）：12－15．TANG Dongsheng．Selection of treatment options for sea water circulating cooling water［J］．Electric Power Construction，2003，24（5）：12－15．