LNG接收站儲罐罐容計算方法對比分析

侯軍

廣東陽江海陵灣液化天然氣有限責(zé)任公司 （廣東 陽江529500）

近幾年來，國家致力于大氣污染治理，多地制定“城市氣化”規(guī)劃，實施煤改氣、油改氣、燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程，天然氣需求急速擴張。2017年6月23日，國家發(fā)改委發(fā)布《加快推進天然氣利用的意見》，要求建立綜合儲氣調(diào)峰和應(yīng)急保障體系，以解決氣荒問題。LNG接收站的大力開發(fā)、建設(shè)將大大提升天然氣供應(yīng)能力，為調(diào)峰儲氣及應(yīng)急保障提供有力支撐。LNG接收站儲罐的配置情況直接影響到接收站開發(fā)、運營的安全可靠性與經(jīng)濟性。因此，有必要對LNG接收站儲罐罐容進行合理計算，在保障接收站穩(wěn)定供氣的同時，最大限度地提高投資回報率。

1 LNG接收站儲罐罐容計算方法

LNG接收站儲罐罐容需要綜合考慮最大設(shè)計LNG運輸船船容、LNG接收站外輸要求、調(diào)峰與應(yīng)急儲備需求、碼頭狀況、LNG運輸船的延期或維修等多種因素來確定[1-2]。國內(nèi)外儲罐罐容的計算方法較多，常用的有以下3種。

1.1 方法1

儲罐罐容V可根據(jù)式（1）進行計算：

式中：V1為LNG運輸船有效船容，m3；t為卸船時間，h；q為最小輸轉(zhuǎn)量（僅保持正常氣態(tài)外輸），m3/h；s為碼頭最大連續(xù)不可作業(yè)天數(shù),d；Qa為最大日外輸量，m3/d。

1.2 方法2

儲罐罐容V可按式（2）進行計算：

式中：m為應(yīng)急儲備天數(shù)，d；Qb為年度日均外輸量，m3/d。

1.3 方法3

儲罐罐容V還可按式（3）進行計算：

式中：Qc為高峰月日均外輸量，m3/d；n為季節(jié)調(diào)峰系數(shù)；Qy為年用氣總量，m3。

2 儲罐罐容計算參數(shù)的選取

2.1 LNG運輸船有效船容

LNG運輸船有效船容即接卸LNG運輸船所需的罐容，可根據(jù)接收站最大設(shè)計LNG船型確定，一般取最大設(shè)計LNG船型裝載量的96%～98%。國內(nèi)LNG接收站儲罐罐容計算中LNG運輸船有效船容常取最大設(shè)計船型裝載量的96%，以下LNG運輸船有效船容計算采用國內(nèi)常用做法。不同最大設(shè)計LNG船型下，運輸船有效船容詳見表1。

表1 不同最大設(shè)計LNG船型下運輸船有效船容

2.2 碼頭最大連續(xù)不可作業(yè)天數(shù)

英國規(guī)范《Maritime Works-Part 2∶Code of Practice for the Design of Quay Walls,Jetties and Dolphins》（BS6349-2∶2010）規(guī)定：油氣碼頭的年不可作業(yè)天數(shù)一般不可超過10%[3]。

西班牙規(guī)范《Actions in the Design of Maritime and Harbor Works》（ROM 0.2-90）規(guī)定：在船舶停泊區(qū)域，對于沒有定期航線的專用碼頭，其最大不可作業(yè)時間為600小時/年或60小時/月[4]。

我國JTS 165-5—2016《液化天然氣碼頭設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：海港液化天然氣碼頭最長連續(xù)不可作業(yè)天數(shù)不宜超過5天[5]。

根據(jù)國內(nèi)外規(guī)范，結(jié)合國內(nèi)LNG接收站設(shè)計慣用做法，確定接收站碼頭最大連續(xù)不可作業(yè)天數(shù)取為5天。

2.3 季節(jié)調(diào)峰系數(shù)

天然氣市場用戶需求量隨著季節(jié)的變化而變化。因此，對于兼具調(diào)峰功能的LNG接收站而言，有必要考慮季節(jié)性調(diào)峰。季節(jié)調(diào)峰系數(shù)n可根據(jù)式（4）進行計算。

式中：M為需求高峰期的每月需求量，m3；N為月平均需求量，m3。

季節(jié)調(diào)峰系數(shù)可以根據(jù)往年的市場用氣狀況

式中：Vsx為第x個罐的死庫容，m3；k為儲罐數(shù)量。

當LNG接收站采用的儲罐規(guī)格一致時，式（5）可簡化為：計算得到。為使數(shù)據(jù)更可靠，可算出最近5年的季節(jié)調(diào)峰系數(shù)，根據(jù)調(diào)峰系數(shù)的變化趨勢預(yù)測今后幾年的季節(jié)調(diào)峰系數(shù)，并據(jù)此計算季節(jié)調(diào)峰儲備量。

2.4 死庫容

儲罐底部的LNG因輸送泵所需最低吸入凈壓頭（NPSH）限制而無法利用。該部分在計算儲罐罐容時作為不可用容積考慮。上述4種方法均未考慮由于潛液泵NPSH值的要求而剩余約2 m的滯留量[6]。死罐容V2可根據(jù)式（5）進行計算：

3 算例及結(jié)果分析

假設(shè)LNG接收站的設(shè)計規(guī)模為300×104t/a（年用氣總量），其中氣化外輸230×104t/a，槽車外輸50×104t/a，槽船外輸20×104t/a；最大設(shè)計船型為21.7×104m3；LNG密度為430 t/m3；年操作天數(shù)為365天；應(yīng)急儲備天數(shù)為5天；碼頭最大連續(xù)不可作業(yè)天數(shù)為5天；季節(jié)調(diào)峰系數(shù)為3%；高峰月不均勻系數(shù)為1.2；日不均勻系數(shù)為1.2；有效卸船時間為14 h。采用上述3種方法，可得到計算結(jié)果[7]見表2。

表2 3種罐容計算方法的結(jié)果對比分析

由表2可知，方法3考慮了季節(jié)調(diào)峰，其庫容計算結(jié)果最大；方法1未考慮接收站的調(diào)峰功能，其庫容計算得到的結(jié)果最??；方法2介于方法1與方法3之間，考慮了接收站在較極端條件下的平穩(wěn)供氣需求，但對于季節(jié)性調(diào)峰未加以考慮。

4 計算方法的選擇與優(yōu)化

上述計算方法均未考慮儲罐的死庫容，但該部分LNG在實際運營過程中是存在但不可計入工作容積的。因此，需在儲罐罐容計算時將死庫容考慮在內(nèi)。為保障接收站穩(wěn)定供氣的同時，最大限度地提高投資回報率，根據(jù)接收站的定位對各種計算方法及參數(shù)進行優(yōu)化，以確定合適的罐容。

對于基本負荷型LNG接收站，儲罐罐容V可在方法1的基礎(chǔ)上進行簡單優(yōu)化，計算，見式（7）：

對于兼顧調(diào)峰型LNG接收站，儲罐罐容V可在方法2的基礎(chǔ)上進行簡單優(yōu)化，計算見式（8）：

式中：應(yīng)急儲備天數(shù)m的大小需根據(jù)接收站的定位確定。若接收站承擔(dān)的調(diào)峰任務(wù)較重或市場用氣波動較大，則可適當增大m值。

對于調(diào)峰型LNG接收站，儲罐罐容V可在方法3的基礎(chǔ)上進行簡單優(yōu)化，計算見式（9）：

式中：l為季節(jié)調(diào)峰保障率，取值區(qū)間為[33.3%，100%]。l的取值需根據(jù)LNG接收站承擔(dān)的調(diào)峰任務(wù)確定，當承擔(dān)的調(diào)峰任務(wù)較重時，l的取值也就越大，反之越小。

5 結(jié)束語

儲罐罐容的計算是LNG接收站設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到LNG接收站的運營安全與經(jīng)濟效益。在儲罐罐容計算中，需根據(jù)LNG接收站的定位及市場需求情況選擇合適的計算方法和參數(shù)，以確保所計算出來的結(jié)果能更貼近需求，儲罐的罐容能夠得到高效利用。