LNG接收站燃料氣調(diào)壓工藝的改進與應(yīng)用

陳銳瑩，張超，姜夏雪，黃歡

（中海石油氣電集團有限責(zé)任公司，北京100028）

1 引言

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）主要成分為甲烷，具有熱值高、燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染少等特點，是公認的優(yōu)質(zhì)清潔能源【1】。近10 年來，我國LNG 接收站建設(shè)蓬勃發(fā)展【2】。截至2018 年2 月，中國已建成LNG 接收站20 座，LNG 接收站總能達5.96×107t/a，約7.95×1010m3/a。

燃料氣系統(tǒng)是接收站重要的工藝系統(tǒng)之一【3】。其主要功能是向站內(nèi)下游的各設(shè)備及用戶提供穩(wěn)定的氣源。燃料氣的來源既可以采用BOG 低壓壓縮機出口氣體，也可采用高壓外輸氣體減壓后的氣體。燃料氣的用戶及功用主要包括：（1）為SCV 汽化器運行提供充足的燃料氣；（2）為接收站提供生活用氣；（3）為火炬長明燈提供氣源；（4）用作吹掃氣。接收站內(nèi)不同用戶對于燃氣的數(shù)量、壓力、溫度需求均存在差異，形成了多路、異壓燃氣管路。

2 傳統(tǒng)燃料氣系統(tǒng)工藝及缺點

一直以來，典型LNG 接收站的燃料氣系統(tǒng)主要是利用壓力調(diào)節(jié)閥對燃料氣的壓力進行調(diào)節(jié)，利用燃料氣空氣、電加熱器對燃料氣的溫度進行調(diào)節(jié)，使其滿足用戶需求。并聯(lián)的空氣加熱器共2 臺，1 用1 備，當(dāng)1 臺需除霜時運行另1 臺。同時，為了確保燃料氣在低溫天氣下也能滿足溫度要求，在空氣加熱器的下游設(shè)有電加熱器，1 用1 備。這種傳統(tǒng)工藝設(shè)計方法，依靠管道氣體的自身壓力對氣體介質(zhì)進行壓力調(diào)節(jié)，不僅調(diào)壓精度較低，而且調(diào)壓范圍受限，在下游用戶用氣需求量少的時候，經(jīng)常會引起下游超壓的現(xiàn)象，不利于現(xiàn)場操作。

LNG 接收站燃料氣系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示。

圖1 LNG接收站燃料氣系統(tǒng)工藝流程圖

3 燃料氣調(diào)壓工藝的改進

燃氣調(diào)壓橇作為燃氣調(diào)節(jié)的主要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各類天然氣長輸管道的輸氣站場。調(diào)壓撬的主要功能是將較高的入口壓力調(diào)節(jié)至設(shè)定所需的較低的出口壓力，并在用氣量變化及進口壓力波動的情況下將出口壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)【3】。這種自用氣撬是天然氣長輸管道站場內(nèi)重要的調(diào)壓計量裝置，也是當(dāng)今世界天然氣輸送行業(yè)認可的調(diào)壓計量裝置【4】。但尚未有LNG 接收站運用燃氣調(diào)壓橇裝系統(tǒng)的先例。燃氣調(diào)壓橇裝系統(tǒng)是由安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥、電動調(diào)節(jié)閥按照從上游至下游的順序，依次串聯(lián)在一起的安全、監(jiān)控式壓力控制系統(tǒng)，其工作原理是：在正常情況下，安全切斷閥和監(jiān)控調(diào)壓閥處于全開位置，由電動調(diào)節(jié)閥對下游壓力進行控制。當(dāng)電動調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障，無法控制下游壓力時，監(jiān)控調(diào)壓閥開始工作，以維持下游壓力的安全范圍。若監(jiān)控調(diào)壓閥也出現(xiàn)故障，不能控制下游壓力時，安全切斷閥則自動切斷氣源，以保證下游管道和設(shè)備的安全【5】。

本文將燃氣調(diào)壓橇裝系統(tǒng)運用在接收站工藝設(shè)計中，利用燃氣調(diào)壓橇裝系統(tǒng)替換原有工藝中的燃料氣空溫加熱器、燃料氣電加熱器及配套調(diào)壓措施，提出了一種新型LNG 接收站多路異壓燃氣管路工藝設(shè)計方法，對站內(nèi)燃料氣系統(tǒng)進行優(yōu)化。

4 工程應(yīng)用

某接收站分一期工程和擴建工程分步實施，其燃料氣系統(tǒng)經(jīng)過不斷擴充，較一般接收站而言還增加了燃氣發(fā)電機用戶，更為復(fù)雜。擴建工程投產(chǎn)后，站內(nèi)燃料氣系統(tǒng)需依據(jù)不同壓力和溫度需求（見表1），為SCV 氣化器、發(fā)電機、火炬、食堂、行政樓以及維修車間提供燃氣，形成了多路異壓的復(fù)雜燃氣管路，對站內(nèi)燃氣的壓力與溫度的安全、穩(wěn)步調(diào)節(jié)提出了更加嚴(yán)格的要求，因此，采取本文所述的新方法進行其燃料氣系統(tǒng)設(shè)計。

表1 某接收站不同燃料氣用戶需求

采用燃氣調(diào)壓撬的工藝流程圖如圖2 所示。

圖2 某接收站燃料氣系統(tǒng)工藝流程圖

天然氣經(jīng)來氣管線引入調(diào)壓橇，經(jīng)濾芯式過濾器，除去天然氣中的5μm 以上的固體粉塵顆粒等雜質(zhì)，經(jīng)氣體質(zhì)量流量計對用氣量進行計量并通過4～20mA 信號將質(zhì)量瞬時流量上傳至站控系統(tǒng)。經(jīng)計量后的天然氣進入直接作用式電加熱系統(tǒng)，將天然氣升溫后進入壓力控制系統(tǒng)。同時，系統(tǒng)每路設(shè)置電加熱器，對管道內(nèi)天然氣進行加熱，用于補償調(diào)壓系統(tǒng)節(jié)流壓降引起的管道內(nèi)燃氣溫降。

壓力控制系統(tǒng)一級調(diào)壓將進氣壓力由9.13MPa 調(diào)至2.9～3.2MPa，調(diào)壓后溫度控制在18～22℃，后分為2 個支路，1 個支路直接給燃料氣發(fā)電機供氣；另1 個支路通過二級調(diào)壓將壓力由2.9～3.2MPa 調(diào)至0.7MPa，調(diào)壓后溫度控制在5℃，供給一期低壓燃料氣管網(wǎng)和擴建工程SCV 燃燒器。壓力控制系統(tǒng)工作形式為一用一備。當(dāng)工作路出現(xiàn)故障時，啟用備用路，保證供氣的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

燃料調(diào)壓橇現(xiàn)場安裝情況如圖3 所示。

圖3 燃料調(diào)壓橇現(xiàn)場安裝圖

5 結(jié)論與展望

將本文中新型多路異壓燃氣管路工藝應(yīng)用于接收站工程設(shè)計中，利用燃氣調(diào)壓橇裝系統(tǒng)對接收站燃料氣進行調(diào)節(jié)和控制，具有調(diào)壓級數(shù)多、用氣壓力調(diào)節(jié)范圍大、間歇供氣、安全性更為突出等優(yōu)點，同時降低了燃料氣系統(tǒng)投資費用，較好地解決了接收站多路異壓復(fù)雜燃氣管路工藝控制難點，為LNG接收站燃氣生產(chǎn)和生活的平穩(wěn)提供了保障。

隨著LNG 能源市場的不斷擴張，LNG 產(chǎn)業(yè)將在未來能源領(lǐng)域起到主導(dǎo)作用【6】，未來國內(nèi)將開展多個LNG 接收站的建設(shè)，此種新型多路異壓燃氣管路工藝設(shè)計方法將會有更大的市場前景和應(yīng)用前景。