LNG接收站在海水低溫條件下的ORV節(jié)能運行技術(shù)

陳　帥 張智旋

中國石油大連液化天然氣有限公司

LNG接收站在海水低溫條件下的ORV節(jié)能運行技術(shù)

陳帥 張智旋

中國石油大連液化天然氣有限公司

陳帥等.LNG接收站在海水低溫條件下的ORV節(jié)能運行技術(shù).天然氣工業(yè)，2016,36(5):106-114.

為了保證海水溫度不影響LNG接收站開架式氣化器（ORV）氣化的LNG額定流量， ORV設計文件要求當海水溫度低于5.5 ℃時，不得運行ORV，需改用浸沒燃燒式氣化器（SCV）；但由于SCV運行成本遠遠高于ORV，因此，如何在海水溫度低于5.5 ℃時仍然能運行ORV便成了研究的重點。在海水低溫條件下運行ORV的關(guān)鍵是確定ORV最小海水流量和最大LNG流量。因此，首先以ORV性能曲線為基礎(chǔ)，確定其機械限定LNG流量和特定條件下ORV入口海水溫度在2.5～5.5 ℃范圍內(nèi)的固有性能曲線，然后通過實驗獲得特定條件下入口海水溫度在1.0～2.5 ℃范圍內(nèi)的試驗性能曲線，進而分段建立特定條件下入口海水溫度、LNG入口壓力、最大LNG流量與最小海水流量間的計算模型，并由1stOpt軟件采用多元非線性擬合確定模型系數(shù)，最后由能量守恒定律求解實際運行中的ORV最小海水流量和最大LNG流量，同時設計出了計算軟件。實際運行結(jié)果表明該軟件計算的最大相對誤差僅為0.94%。在中國石油大連液化天然氣有限公司LNG接收站的實際應用效果表明：在2012—2013年間，海水低溫下ORV節(jié)能運行技術(shù)為該LNG接收站節(jié)約氣化成本5 982萬元。

ORV 海水低溫 最小海水流量 最大LNG流量 能量守恒 計算模型 節(jié)能運行 LNG接收站

1　研究背景

目前，國內(nèi)液化天然氣（LNG）接收站主要采用浸沒燃燒式氣化器（SCV）、液體介質(zhì)氣化器和開架式氣化器（Open Rack Vaporizer，縮寫為ORV）作為LNG氣化裝置[1-4]，其中ORV的應用較廣，其工藝流程如圖1所示[5]。實際運行中為了滿足工藝、設備、環(huán)保和換熱效率的要求，中國石油大連液化天然氣有限公司LNG接收站（以下簡稱大連LNG接收站）對ORV運行提出了如下規(guī)定：

1）出口NG溫度不小于1 ℃。根據(jù)4年的運行經(jīng)驗，出口NG溫度只是略低于入口海水溫度，所以只要入口海水溫度不小于1 ℃，則可認為NG出口溫度不小于1 ℃。

2）ORV入口海水溫度與出口海水溫度的差值（以下簡稱海水溫差）不得大于5 ℃（環(huán)保規(guī)定）。

3）出口海水溫度大于0 ℃（防止海水結(jié)冰而堵塞排海管線）。

4）LNG換熱管束結(jié)冰高度不得超過3 m（ORV設備要求）。

5）ORV海水流量在下限海水流量（大連LNG接收站的下限海水流量為3 700 t/h）與上限海水流量(大連LNG接收站的上限海水流量為11 000 t/h)之間，但建議在下限海水流量與額定海水流量(大連LNG接收站的額定海水流量為9 180 t/h)之間運行（超過額度海水流量后ORV的換熱效率明顯下降）。

由于運行ORV的氣化成本遠遠低于SCV。所以，筆者將重點研究海水低溫下ORV的節(jié)能運行技術(shù)，其關(guān)鍵在于探索ORV最小海水流量與最大LNG流量間的關(guān)系。

圖1　ORV工藝流程簡圖

2　ORV機械限定LNG流量的計算

ORV機械限定LNG流量是指其他參數(shù)條件全部滿足的情況下，任意設定ORV入口LNG壓力（以下簡稱LNG壓力）時，ORV設備結(jié)構(gòu)、傳熱及材質(zhì)所能承受的最大LNG流量[6]。ORV所允許的機械限定LNG流量與LNG壓力滿足式（1）的關(guān)系。

式中Flng_mec表示ORV機械限定LNG流量，t/h；plng表示LNG的壓力，MPa。

3　特定條件下ORV性能曲線確定

3.1特定條件下海水溫度在2.5～5.5 ℃范圍內(nèi)ORV固有性能曲線

特定條件是指：LNG組分為富氣（表1），ORV入口LNG溫度（以下簡稱LNG溫度）為－155 ℃。ORV設備文件給出了此條件下，入口海水溫度在2.5～5.5 ℃范圍內(nèi)的固有性能曲線（圖2）。

表1　富氣組成表

從圖2可以看出，隨著入口海水溫度升高，ORV氣化相同最大流量LNG所需的最小海水流量逐漸減小，且最大LNG流量與最小海水流量呈線性關(guān)系。因此，只要入口海水溫度和LNG壓力一定，已知任意2點的最大LNG流量和最小海水流量方能確定出此入口海水溫度和LNG壓力下，最大LNG流量與最小海水流量的關(guān)系。

3.2特定條件下入口海水溫度在1.0～2.5 ℃范圍內(nèi)ORV實驗性能曲線確定

為了確定特定條件下入口海水溫度在1.0～2.5℃范圍內(nèi)的ORV性能曲線。大連LNG接收站首先通過實際運行實驗獲得入口海水溫度、LNG壓力、最大LNG流量與最小海水流量間的對應數(shù)據(jù)組，然后通過能量守恒將此對應數(shù)據(jù)組轉(zhuǎn)化為特定條件下的對應數(shù)據(jù)組，最后作出特定條件下入口海水溫度在1.0～2.5 ℃范圍內(nèi)的ORV試驗性能曲線（圖3）。

圖2　ORV固有性能曲線圖(入口海水溫度為2.5～5.5 ℃)

圖3　ORV實驗性能曲線圖（入口海水溫度為1～2.5 ℃）

4　建立特定條件下的計算模型

4.1LNG壓力及入口海水溫度分段處理

為了建立高精度計算模型，對LNG壓力和入口海水溫度采用分段處理[7-9]。因為最小海水流量與最大LNG流量呈線性關(guān)系，所以在分段分析時，只需找到LNG壓力與最大LNG流量間的關(guān)系曲線形態(tài)即可判斷出其與最小海水流量間的關(guān)系曲線形態(tài)；同理，找到入口海水溫度與最大LNG流量間的關(guān)系曲線形態(tài)也能判斷出其與最小海水流量間的關(guān)系曲線形態(tài)。因此，以入口海水溫度為2.5 ℃、最小海水流量為5 500 t/h時，LNG壓力與最大LNG流量間的關(guān)系曲線（圖4）為例進行壓力分段分析；以LNG壓力為4 MPa、最小海水流量為5 500 t/h時，入口海水溫度與最大LNG流量間的關(guān)系曲線（圖5）為例進行入口海水溫度分段分析。

圖4　LNG壓力與最大LNG流量關(guān)系曲線圖

4.1.1 LNG壓力分段

從圖4可以看出，LNG壓力從4.00～10.36 MPa所對應的最大LNG流量曲線并不平滑，且每個已知壓力點處都顯示為明顯拐點狀，因此任意3個連續(xù)壓力點間都無法用一次或二次式進行高精度擬合；同時，假設其他入口海水溫度、最小海水流量點對應的LNG壓力與最大LNG流量的曲線類似于圖4，便可對LNG壓力采用五分段處理。

圖5　入口海水溫度與最大LNG流量關(guān)系曲線圖

4.1.2 入口海水溫度分段

從圖5-a中可以看出，入口海水溫度為1.0～2.5℃對應的最大LNG流量曲線接近于二次曲線，所以對此溫度范圍內(nèi)的曲線采用二次擬合（圖5-b），結(jié)果發(fā)現(xiàn)擬合曲線的相關(guān)系數(shù)Re較小，擬合精度較低。因此，將此溫度范圍分為2段：第1段為1.0～2.0 ℃，第2段為2.0～2.5 ℃。對第1段溫度范圍進行二次曲線擬合（圖5-c），相關(guān)系數(shù)為1，精度較高。入口海水溫度在2.5～5.5 ℃范圍內(nèi)，則采用相同的方法進行分析、處理。最后將其分為：2.5～4.5 ℃范圍內(nèi)采用二次曲線擬合；4.5～5.5 ℃則采用線性關(guān)系處理。與壓力分段分析類似，假設其他LNG壓力、最小海水流量點對應的入口海水溫度與最大LNG流量的曲線類似于圖5-a，則可對入口海水溫度采用4分段處理。

經(jīng)以上綜合分析，在滿足精度且分段最少的前提下，對圖2、3中列出的各種情況采用如下分段方式處理（表2）。LNG壓力在4.00～10.36 MPa之間分為5段，入口海水溫度在1.0～5.5 ℃間分為4段。

表2　擬合分段情況表

4.2建立計算模型

根據(jù)圖2、3和表2，很容易看出在LNG壓力和入口海水溫度一定的情況下，最小海水流量與最大LNG流量可表示成式（2）；由于對LNG壓力采取了5分段處理，在各分段內(nèi)當最大LNG流量和入口海水溫度一定時，可將最小海水流量與LNG壓力當作線性關(guān)系處理，如式（3）所示；同時對入口海水溫度采用了4分段處理，在第2、4段將最小海水流量與入口海水溫度當作線性關(guān)系，而第1、3段則看作二次曲線關(guān)系處理，如式（4）所示。

式中Fsw_min_spe表示特定條件下最小海水流量，t/h；Flng_max_spe表示特定條件下最大LNG流量，t/h；Tsw表示入口海水溫度，℃；Ax、Bx和Cx表示關(guān)系系數(shù)（x為f、p、t）。

通過以上分析，可以建立最小海水流量隨最大LNG流量、LNG壓力和入口海水溫度變化的三元交互分段擬合模型[10-14]。對于入口海水溫度2、4分段與LNG壓力分段的擬合模型可表示為式（5），而入口海水溫度1、3的分段則按式（6）擬合模型執(zhí)行[14-17]。

式中plng表示LNG壓力，Mpa；ki表示擬合模型系數(shù)，i＝1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12。

實際中，除了根據(jù)最大LNG流量求解對應最小海水流量外，有時還需要根據(jù)最小海水流量確定對應的最大LNG流量。因此，根據(jù)式（5）、（6），求得特定條件下最小海水流量對應的最大LNG流量，如式（7）、（8）所示。

若將ORV額定海水流量作為式（7）、（8）的最小海水流量，則根據(jù)式（7）、（8）求出的特定條件下最大LNG流量即為ORV額定海水流量對應的最大LNG流量。

4.3模型系數(shù)求解

要求得各分段模型的系數(shù)，首先通過圖2、3性能曲線獲得一系列擬合用數(shù)據(jù)組，然后采用1stOpt軟件[15-16]選擇適合的優(yōu)化算法進行三元擬合。由于4.1中分段較多（20段），且擬合過程也基本類似，所以在此以分段號為14（LNG壓力為4～5 MPa，入口海水溫度為4.5～5.5 ℃）進行詳細分析，而其他分段的模型系數(shù)求解則只給出最后結(jié)果。

4.3.1 分段號14的模型系數(shù)求解

分段號14的LNG壓力范圍為4～5 MPa，入口海水溫度范圍為4.5～5.5 ℃，從圖2中獲取擬合用數(shù)據(jù)組（表3）。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，通過1stOpt軟件，采用“準牛頓法+通用全局優(yōu)化法”求解式（5）中的模型系數(shù)ki（表4）。圖6為3種不同情況擬合的三維曲面圖，其中，圖6-a為最大LNG流量固定時，最小海水流量與LNG壓力、入口海水溫度的關(guān)系曲面；圖6-b為LNG壓力一定時，最小海水流量與最大LNG流量、入口海水溫度的關(guān)系曲面；圖6-c為入口海水溫度一定時，最小海水流量與最大LNG流量、LNG壓力的關(guān)系曲面。從圖6可以看出，曲面連續(xù)、平滑變化，且無任何突變點，說明求解系數(shù)基本正確。同時，擬合式相關(guān)系數(shù)為0.999 999 8，說明擬合式能較好地涵蓋實取數(shù)據(jù)，且具有一定的普遍性。綜上而述，擬合式可以較為準確地求解分段號14其他數(shù)據(jù)點的最小海水流量。

表4　分段號14內(nèi)擬合系數(shù)ki值表

圖6　分段號14的擬合關(guān)系曲面圖

剩下19種分段號內(nèi)，則沿用與4.3.1相同的方式來求解其模型系數(shù)，得出對應擬合式的相關(guān)系數(shù)都大于0.999 999，說明擬合式能較好地涵蓋實取數(shù)據(jù)；同時所有擬合式的擬合關(guān)系曲面也都連續(xù)、平滑變化，無任何突變點。因此，各分段號對應擬合式都可以較為準確地求解其范圍內(nèi)其他數(shù)據(jù)點的最小海水流量。

在規(guī)定的分段內(nèi)，將模型系數(shù)帶入式（5）、（6）就可求解特定條件下ORV最小海水流量。同理，帶入式（7）、（8）則可求得特定條件下，額定海水流量對應的最大LNG流量。

5　實際計算

5.1實際運行中ORV最小海水流量計算

實際運行中LNG溫度和組分不是固定的。因此，下面將根據(jù)能量守恒定律求解任意LNG溫度和組分時，ORV所需的最小海水流量。具體步驟為：①計算特定條件下ORV所需最小海水流量；②求解特定條件下NG與LNG質(zhì)量比焓（采用BWRS方程求解NG和LNG質(zhì)量比焓，且以下所有焓值求解均采用BWRS方程）[17-19]，并確定其質(zhì)量比焓差；③求解實際運行中NG與LNG質(zhì)量比焓，同時確定其質(zhì)量比焓差；④給定需要氣化的最大LNG流量，利用式（9）～（11）求解實際運行中ORV最小海水流量。

式中ΔHspe表示特定條件下，NG與LNG質(zhì)量比焓差；Flng_max表示給定需要氣化的最大LNG流量，t/ h；ΔTsw表示海水溫差，℃；Cp_sw表示海水定壓比熱熔，kJ/(kg·℃)；ΔHreal表示實際運行中NG與LNG質(zhì)量比焓差，kJ/kg；η表示ORV氣化效率；Fsw_min_real表示實際運行中氣化給定最大流量LNG所需的最小海水流量，t/h。

由于LNG組分及溫度對ORV氣化效率影響很小，因此，可以將ORV實際運行和特定條件下運行的氣化效率看作相等。

5.2實際運行中ORV設備最大LNG流量及對應最小海水流量計算

通過5.1求出特定條件下NG與LNG的質(zhì)量比焓差和實際實際運行中NG與LNG的質(zhì)量比焓差后，可直接根據(jù)式（12）求出實際運行中ORV最小海水流量對應的最大LNG流量；之后與機械限定LNG流量比較，取其小者即為實際運行中ORV設備具有的最大LNG流量，根據(jù)式（13）方能求解。

通過挖礦的方式解決PoW的數(shù)學難題具有不可逆的特征。從技術(shù)角度來說，挖礦的過程就是一個不斷進行的哈希運算過程，它通過嘗試產(chǎn)生隨機數(shù)，找到滿足條件的隨機數(shù)后立即將區(qū)塊進行打包并全網(wǎng)廣播，找到該隨機數(shù)的節(jié)點也是贏得本輪記賬權(quán)利的節(jié)點。該區(qū)塊將在整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡廣播，進行共識的達成。如果達成共識，每個節(jié)點將會將該區(qū)塊添加到自己的區(qū)塊鏈中，同時該礦工將會得到以太幣獎勵。

式中Flng_max_real表示實際運行中，給定最小海水流量對應的ORV最大LNG流量，t/h；Flng_max_orv_real表示實際運行中給定最小海水流量，ORV設備具有的最大LNG流量，t/h。

若實際運行中給定最小海水流量，ORV對應的最大LNG流量不大于機械限定LNG流量，則此給定最小海水流量即為ORV設備具有的最大LNG流量對應的最小海水流量；若實際運行中給定最小海水流量，ORV對應的最大LNG流量大于機械限定LNG流量，那么則應該將此機械限定LNG流量作為ORV設備具有的最大LNG流量，并將此最大LNG流量代入式（9）～（11），求出的最小海水流量即為ORV設備最大LNG流量對應的最小海水流量。

同時，若將ORV額定海水流量作為式（7）、（8）的最小海水流量，求出特定條件下額定海水流量對應最大LNG流量，并將此最大LNG流量代入式（12）中，則可求解出實際運行中額定海水流量對應的最大LNG流量；再通過式（13），方能求解出實際運行中ORV設備具有的最大LNG流量。

6　軟件設計及使用說明

為了迅速、準確地確定ORV最小海水流量和最大LNG流量，根據(jù)以上研究、分析，在Forcecontrol V7.0平臺上利用計算機編程技術(shù)設計出ORV最小海水流量及最大LNG流量計算軟件。由于在實際運行中ORV最大LNG流量會受到下限海水流量及額定海水流量的影響，而且額定海水流量對應的最大LNG流量也是運行中非常關(guān)注的，所以在軟件中也計算了實際運行中下限海水流量所對應的最大LNG流量和額定海水流量所對應的最大LNG流量。

由于ORV入口LNG與出口LNG的壓差非常小，出口NG溫度也與入口海水溫度非常接近，所以在軟件中將出口NG壓力看作與入口LNG壓力相等，出口NG溫度與入口海水溫度相同。同時，由于實際運行中所用的壓力通常為表觀壓力，所以軟件將面向用戶的壓力設置為表觀壓力，并在內(nèi)部程序中完成表觀壓力與絕對壓力的自動轉(zhuǎn)換。

7　軟件計算結(jié)果可靠性驗證

為了驗證軟件計算結(jié)果的可靠性，在海水低溫時，作了最小海水流量為額定海水流量的3種工況實際運行測試（LNG中CH4的摩爾分數(shù)為93.50%，C2H6的摩爾分數(shù)為6.28%，C3H8的摩爾分數(shù)為0.03%，N2的摩爾分數(shù)為0.19%）。測試中的實際運行壓力、溫度、管束結(jié)冰高度數(shù)值、測試結(jié)果和軟件運用此數(shù)值的軟件計算結(jié)果及相對誤差見表5。

表5　測試、軟件計算結(jié)果及相對誤差表

從表5可以看出，測試所得最大LNG流量與軟件計算所得最大LNG流量非常接近，最大相對誤差僅為0.94%，說明軟件在計算最大LNG流量時精度是完全滿足實際運行要求的。但同時可以看出，測試中的海水出口溫度都控制在0.1 ℃附近，若按照理論將此溫度控制在0 ℃，那么軟件所計算的相對誤差就會增大，但仍然在可接受范圍內(nèi)。

8　海水低溫下運行ORV的節(jié)能效果

為了驗證海水低溫下ORV節(jié)能運行技術(shù)的節(jié)能效果，分析了大連LNG接收站2012年12月23日至2013年4月29日期間（合計128天）入口海水溫度低于5.5 ℃的成本節(jié)約情況。

此時間段內(nèi)，LNG接收站天然氣平均外輸流量（即氣化LNG平均流量）為270 t/h；LNG中CH4的摩爾分數(shù)為93.44%，C2H6的摩爾分數(shù)為6.23%，C3H8的摩爾分數(shù)為0.04%，N2的摩爾分數(shù)為0.20%；氣化器（ORV或SCV）入口LNG溫度為－137.5 ℃；氣化器入口LNG壓力為9.1 MPa（大氣壓取標準大氣壓101.325 kPa）。在以上運行數(shù)值下分別計算單獨運行SCV氣化LNG所耗費的氣化成本和采用海水低溫下ORV節(jié)能運行技術(shù)所耗費的氣化成本。

8.1單獨運行SCV氣化成本計算

計算SCV氣化成本所需的相關(guān)參數(shù)值：單臺SCV額定流量為200 t/h，SCV風機運行功率為400 kW，電價為0.6 元/(kW·h)，氣化每噸LNG所需燃燒天然氣質(zhì)量為0.013 t，LNG價格為6 000元/t。而單獨運行SCV氣化成本則可按式（14）求得。

式中Prcscv_total表示單獨運行SCV的氣化成本，萬元；Nscv表示SCV的運行臺數(shù)，很顯然所以NSCV應取2；Flng_avg_128表示128天內(nèi)氣化LNG平均流量，270 t/h。

將NSCV為2、Flng_avg_128為270 t/h帶入式（14），得到單獨運行SCV的氣化成本為6 617.09萬元。

8.2海水低溫下采用ORV節(jié)能運行技術(shù)的氣化成本計算

大連LNG接收站設置了3臺ORV，海水低溫下，ORV通常采用1臺海水泵為1臺ORV提供額定海水流量氣化LNG的模式運行，而單臺海水泵的平均運行功率為1 000 kW。由于入口海水溫度的不同，額定海水流量下ORV氣化的最大LNG流量也不同。所以使用軟件計算了入口海水溫度與額定海水流量下ORV最大LNG流量的對應數(shù)據(jù)，如表6所示。

表6　入口海水溫度與ORV最大LNG流量的對應數(shù)據(jù)表

同時統(tǒng)計出128天內(nèi)不同海水溫度范圍的天數(shù)：①海水溫度為1.00～1.65 ℃時，天數(shù)為58天，且58天內(nèi)的平均溫度為1.5 ℃；②海水溫度為1.65～2.59℃時，天數(shù)為23天；③海水溫度為2.59～5.50 ℃時，天數(shù)為37天。

根據(jù)表6及統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出不同溫度范圍運行ORV、SCV的臺數(shù)和氣化的LNG流量，結(jié)果如表7所示。

表7　不同入口海水溫度氣化器運行臺數(shù)及流量值表

綜合上述分析，分段計算運用海水低溫下ORV節(jié)能運行技術(shù)氣化LNG的成本，最后將各段氣化成本相加，即為運用海水低溫下ORV節(jié)能運行技術(shù)氣化LNG的總成本，如式（15）所示。

式中Prcorv_1表示入口海水溫度在1.00～1.65 ℃范圍內(nèi)，ORV運行耗費的氣化成本，萬元；Prcorv_2表示入口海水溫度在1.65～2.95 ℃范圍內(nèi)，ORV運行耗費的氣化成本，萬元；Prcorv_3表示入口海水溫度在2.95～5.50℃范圍內(nèi)，ORV運行耗費的氣化成本，萬元；Prcscv_1表示入口海水溫度在1.00～1.65 ℃范圍內(nèi)，SCV氣化剩余LNG（3臺ORV無法氣化的LNG）耗費的氣化成本，萬元；Prcorv_total表示海水低溫下，運用ORV節(jié)能運行技術(shù)耗費的全部氣化成本，萬元。

從式（15）可以看出，在2012年12月23日至2013年4月29日期間，運用海水低溫下ORV節(jié)能運行技術(shù)耗費的全部氣化成本為643.31萬元。

通過以上計算可看出，運用海水低溫下ORV節(jié)能運行技術(shù)，可大大降低LNG接收站的氣化成本，在2012年12月23日至2013年4月29日期間，大連LNG接收站最多可節(jié)約氣化成本5 982.78萬元。

9　結(jié)論

1）提出了一種計算ORV最小海水流量與最大LNG流量的方法并設計了計算軟件，計算結(jié)果最大相對誤差僅0.94%，基本符合LNG接收站的需求。

2）海水低溫下ORV節(jié)能運行技術(shù)已在大連LNG接收站得到了較好的應用，每年冬季平均實際節(jié)約氣化成本約2 500萬元。但由于該技術(shù)偏向于理論研究，未考慮實際運行中其他限制因素（如環(huán)境溫度、ORV檢修和海水管線檢修等），所以實際節(jié)約氣化成本會稍低。

3）海水低溫下ORV節(jié)能運行技術(shù)的節(jié)能效果，不僅會受到海水低溫時間長短的影響，而且還會受到氣化外輸流量和ORV設備運行臺數(shù)等的影響。當海水低溫時間長時，節(jié)能效果會更加明顯；氣化外輸流量越大、ORV臺數(shù)越多，節(jié)能效果也更明顯。

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（修改回稿日期 2016-03-10編 輯 何明）

Energy-saving operation of ORV under low seawater temperatures at LNG terminals

Chen Shuai, Zhang Zhixuan
(PetroChina Dalian Liquefi ed Natural Gas Company Limited, Dalian, Liaoning 116001, China)NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 5, pp.106-114,5/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Low temperatures of seawater may negatively affect the rated LNG flow of open rack vaporizer (ORV) in LNG terminals. The design documents of ORV specify that ORV should be replaced with submerged combustion vaporizer (SCV) when seawater temperature is below 5.5℃. However, SCV involves much higher costs than ORV. Accordingly, how to maintain the proper functioning of ORV under seawater temperatures below 5.5℃ becomes a hot subject in researches. The key for operation of ORV at low temperatures of seawater is to determine the minimum seawater flow and the maximum LNG flow of ORV. For this purpose, ORV performance curves were used to determine the mechanically limited LNG flow and the inherent performance curves of ORV in temperatures of 2.5–5.5℃ under certain conditions. Then, the test performance curves in the range of inlet seawater under temperatures of 1.0–2.5℃ were obtained through experiments. The calculation model for inlet seawater temperatures, LNG inlet pressures, the maximum LNG flow and the minimum seawater flow under certain conditions is then built by sections. By using the 1stOpt software, coefficients of the model were determined through multivariate nonlinear fitting. Finally, the maximum LNG flow and the minimum seawater flow of ORV under actual operation conditions were clarified by using the energy conservation law, and the design software was also developed. Actual operations show that the maximum relative error of the software is only 0.94%. Application in an LNG terminal of PetroChina Dalian LNG Co., Ltd. reveals that, from 2012 to 2013, the energy-saving operation technique of ORV under low seawater temperatures help to reduce the gasification cost by about RMB59.82 million yuan at the terminal.

Open rack vaporizer (ORV); Low temperature of seawater; Minimum seawater flow; Maximum LNG flow; Energy conservation law; Calculation model; Energy-saving operation; LNG terminal

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.05.016

陳帥，1986年生，工程師，學士；主要從事LNG接收站的運營管理工作。地址：(116600)遼寧省大連市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)鞍山街12號(漢庭酒店407)。電話：13889545236。ORCID:0000-000X-0579-5327。E-mail:64336992@qq.com