大型LNG地上全容儲罐冷卻技術探討

武騰

摘 要：大型常壓LNG儲罐是接收站重要設備，本文詳細介紹了國內(nèi)LNG接收站常用16×104m3常壓LNG儲罐的冷卻過程，分析了LNG儲罐冷卻前應具備的條件及注意事項，討論了LNG儲罐冷卻過程中的壓力控制、冷卻介質（LNG）供應及流量控制、冷卻過程的監(jiān)控及冷卻速率控制等技術，并給出了相應解決方法。

關鍵詞：LNG;全容儲罐;調(diào)試;冷卻;壓力控制;流量控制;冷卻速率控制

1? LNG 儲罐及調(diào)試概述

國內(nèi)LNG接收站常見16×104m3地上全容式LNG儲罐的建設周期一般為3a左右（ 包含設計階段）。在裝置機械安裝完工、電氣和儀表系統(tǒng)調(diào)試完成后，進行 LNG 儲罐的水壓試驗、除水、氣密試驗、儲罐干燥和氮氣置換等預調(diào)試工作，其中最關鍵和最危險的環(huán)節(jié)就是冷卻。LNG儲罐的冷卻范圍除了儲罐本體還有 4 條相關液相管線： 卸料總管、低壓泵輸出總管、零輸出。它們的冷卻順序為： 卸料總管的冷卻、儲罐的冷卻、低壓泵輸出總管的冷卻、零輸出進罐管線的冷卻。

對于一個接收站來說，LNG儲罐冷卻有兩種方式 ：

1） 接收第一船LNG時，對接收站內(nèi)首批建成的儲罐進行冷卻，使LNG儲罐達到使用條件，之后完成其他調(diào)試工作。這種冷卻只能利用船上的LNG進行。

2） 接收站已經(jīng)投產(chǎn)，后續(xù)投用的LNG儲罐冷卻所用的LNG則可以來自其他儲罐 ， 而且不影響接收站的正常外輸和卸船作業(yè)。

本文探討的是第二種情況，且針對國內(nèi)某LNG項目后期投用的的2號160000 m3 地上全容儲罐的冷卻和調(diào)試，所用的冷卻介質LNG來自已經(jīng)投產(chǎn)的1號儲罐。

2? 冷卻過程的前提條件及注意事項

2 . 1? LNG 儲罐冷卻前應具備的條件

1）LNG儲罐已經(jīng)經(jīng)過干燥，內(nèi)罐﹑穹頂﹑內(nèi)外罐夾層﹑罐底等空間已經(jīng)進行了干燥、氮氣吹掃和置換，并保持正壓的氮氣環(huán)境。

2）BOG（蒸發(fā)氣）處理系統(tǒng)已經(jīng)投入運行。

3）其他在用 LNG 儲罐低壓泵外輸運行正常。

4）儲罐頂部的卸料總管與地面卸料總管已經(jīng)同時被冷卻。

5）即將冷卻的2號LNG儲罐與相鄰的工藝系統(tǒng)之間安裝隔離。

6）按照PI&D圖的要求檢查所有工藝閥門、氮氣系統(tǒng)閥門、儀表風系統(tǒng)、放空閥門、安全閥上、下游手閥、儀表的隔離閥狀態(tài)。

7）LNG 接收站處于最小輸出或零輸出的循環(huán)模式。

8）火炬系統(tǒng)運行正常，長明燈已經(jīng)點燃。

2 . 2儲罐冷卻步驟

在DCS中開啟卸料管線主閥門 （注意在開啟此閥門之前，必須平衡閥前閥后的壓力后（0.5MP）再將其開啟，在開啟該閥門時，罐頂必須要有外操，由于閥后至儲罐的該段管線里全部是BOG氣體，所以當該閥開啟時，首先會聽到管線里有很大的氣流聲，隨著LNG不斷的填充管線，管線里的BOG氣體被置換出去，當LNG充滿卸料管線到達罐頂時，會明顯的聽到液體流動的聲音，且之前的BOG強大的氣流聲會隨之消失，管線里是平穩(wěn)的液體流動聲音，聲音較小，所以罐頂?shù)耐獠僖欢ㄒ牴芫€里聲音的變化，當聽到液體到達罐頂開始進入儲罐時，立即通知內(nèi)操將噴淋線的閥門全部關閉，然后再緩慢開啟少量的開度，從2.6%至大約20-30%左右，具體要通過儲罐的溫度下降情況而調(diào)整閥門的開度，儲罐的預冷速率控制在每小時-3℃-5℃），查看儲罐的溫度通過DCS儲罐溫度明細界面來查看，可以將主要的10個溫度控制點設置在一個趨勢圖里通過大屏幕方便隨時掌握預冷情況。

3? LNG 儲罐冷卻

3 . 1 LNG 儲罐冷卻過程壓力控制

冷卻時LNG儲罐內(nèi)的氮氣通過罐頂DN150的放空管線進行排放，儲罐壓力控制在15 kPa ，過一段時間排放出來的將是天然氣。當?shù)獨鉂舛冉档偷娇苫厥盏臉藴剩w積分數(shù)為15%以下）時，儲罐壓力將由BOG系統(tǒng)來控制。如果罐內(nèi)壓力繼續(xù)上升而超過設定值，還可以通過罐頂?shù)木偷胤趴眨苯优欧诺酱髿庵小?/p>

3 . 2? 冷卻介質（ LNG ） 的供應及流量控制

當上罐的卸料總管冷卻結束后，卸料總管充滿LNG，就可把DN1000 卸料總管內(nèi)的 LNG 引入噴淋環(huán)管對儲罐進行冷卻。

LNG的流量將通過安裝在噴淋線上的孔板流量計來控制，冷卻過程要密切監(jiān)控溫降速率和罐內(nèi)壓力。

LNG流量將周期性地增加以維持穩(wěn)定的冷卻速率。LNG在冷卻過程的實際供應情況如下（與理論計算有一定偏差）：

1） 冷卻開始時的LNG流量為3～ 7.5m3/h（LNG密度約為426.0 kg/m3）。

2）冷卻結束時為27.0 ～33.0m3/h，儲罐內(nèi)壓力控制在23 kPa以內(nèi)，溫度降低速率為3-5℃/h 。

3）LNG儲罐冷卻到-152℃大約需要600m3的LNG，放空量約為94 m3，儲罐冷卻共需 50h ，之后LNG將通過底部卸料管供應。

3 . 3? 冷卻過程的監(jiān)控及冷卻速率控制

冷卻速率為3℃/h ，冷卻用 LNG 最大流量不能引起溫降速率超過5 ℃/h ，即使在最后的冷卻階段。（ 最后的冷卻階段是指所有底部溫度傳感器達到-120℃）。

為了監(jiān)控冷卻過程中儲罐的溫度梯度，在儲罐多處位置安裝了溫度傳感器。內(nèi)罐底部或罐壁任意兩個相鄰檢測點的溫度梯度不得超過30℃。內(nèi)罐底部和罐壁表面的溫度梯度不得超過50℃。如果溫度梯度超過上述數(shù)值，應停止注入LNG到儲罐，直到溫差在允許值內(nèi)。

此過程中可能會出現(xiàn)由于溫度傳感器損壞而溫度讀數(shù)不準確的現(xiàn)象，這時需根據(jù)實際情況進行判斷并參考其他讀數(shù)調(diào)整溫度讀數(shù)。

應調(diào)節(jié)冷卻氣體和LNG的流量以避免由于儲罐內(nèi)氣體冷卻太快引起壓力驟降而產(chǎn)生局部真空。

冷卻過程對接收站外輸沒有影響，但是 LNG 卸船期間儲罐冷卻要暫停， 卸船結束后恢復冷卻。

4冷卻過程出現(xiàn)的問題及解決方法

1）冷卻過程中管線位移過大、法蘭泄漏。如高壓排液管位移量達25 mm ，卸料管線也出現(xiàn)了同樣的問題，并且法蘭發(fā)生泄漏。對于管線的位移，可以通過加固固定支撐解決，或者切割鋼結構，以使管道有足夠位移空間。對于泄漏的法蘭用力矩扳手重新緊固一遍。

2）罐頂 DN150 放空管線不能滿足放空要求，冷卻過程罐壓持續(xù)上升，最高達到23 kPa ，通過暫停冷卻和控制LNG流量，并且打開就地放空閥門來降低罐壓。就地放空時間大約25h，直到氮氣體積分數(shù)低于15%，把BOG系統(tǒng)投用才關閉就地放空閥門。

5? 結論

1）冷卻過程中應著重監(jiān)測儲罐壓力、儲罐LNG流量、罐壁和底板的溫度等參數(shù)，嚴格控制冷卻速度在允許的范圍內(nèi)。

2）大口徑LNG管線的冷卻最好開始時用BOG進行冷卻，會使大口徑管線均勻冷卻，從而減小管道的位移量。

3）編寫、審核調(diào)試規(guī)程，除了對介質特性﹑P&ID圖紙熟練掌握之外，一定要與設備﹑管線的現(xiàn)場實際位置進行充分的對照。

4） LNG接收站的正常外輸對LNG儲罐的冷卻沒有影響，但是卸船對儲罐冷卻有影響，冷卻操作必須暫停。

5）對于已經(jīng)運營的LNG接收站在對后期投用的LNG儲罐冷卻時，冷卻初期可采用較小的冷卻速度，當BOG的排放量達到了接收站最大回收量時可逐漸提高冷卻速度來減少BOG的排放，達到節(jié)能減排的目的。

參考文獻

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