LNG接收終端儲存系統(tǒng)罐容的方案優(yōu)選研究

王兆鳳

(中石油華東設(shè)計院有限公司，山東 青島 266071)

液化天然氣(LNG)接收站項目群是我國“四大油氣進口戰(zhàn)略通道”之一的海上油氣戰(zhàn)略通道的重要組成部分[1]，有強大的應(yīng)急調(diào)峰功能且相關(guān)業(yè)務(wù)受地緣政治影響較小。國內(nèi)已建、在建和擴建中的LNG接收站約20座，LNG貿(mào)易量以每年約12%的速度增長[2]，更加有力地保障了國家能源安全，為國家經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

LNG儲罐是LNG接收站的核心設(shè)備，儲罐占接收站投資的30%以上，因此罐容的設(shè)計計算至關(guān)重要，同時由于受LNG運輸船的有效容積和運輸安排、單個儲罐的安全余量、滿足季節(jié)調(diào)峰任務(wù)的存儲量、以及其它可能出現(xiàn)的事件，比如LNG運輸船來期的推遲及檢修，或者無法預(yù)料的意外事件，比如遇上惡劣的天氣，等等突發(fā)事件所需的儲備量[3]。充分利用用氣的月不均勻性調(diào)整船期，可大大降低LNG的儲存量?？蓪⒂脷獾头逶碌哪承㎜NG來船調(diào)至用氣高峰月，也可增大用氣低峰月的LNG來船期，減小用氣高峰月的LNG來船期[4]。在此基礎(chǔ)上，本文通過理論計算對LNG儲罐罐容進行了模擬與方案比選，通過調(diào)整船期得到了最優(yōu)方案。

1 LNG存儲系統(tǒng)工藝

LNG經(jīng)由卸料管線進入LNG儲罐內(nèi)低溫儲存，根據(jù)LNG的密度選擇進罐方式。相比罐內(nèi)LNG密度小的選擇從儲罐下部進料，反之選擇從上部進料，有效避免分層。為了防止儲罐內(nèi)的LNG分層及翻滾，站內(nèi)儲罐設(shè)有液位、溫度、密度監(jiān)測系統(tǒng)來實時監(jiān)測儲罐[5]。

LNG儲罐內(nèi)設(shè)有低壓泵以保證LNG的低壓輸出。低壓泵的出口管線均要匯總到低壓輸出管網(wǎng)。為確保各臺低壓泵在同等的流量下工作，需要能靈活控制泵的出口流量，因此，每臺泵的出口管線上都安裝了流量控制閥，除此之外，該流量控制閥還可以在緊急情況下切斷輸出。此外，每臺低壓泵的出口管線上都要設(shè)置最小流量控制回路，但在正常操作條件下，這條回路要保持關(guān)閉。在輸出量很小或者為零的時候，這條回路將開始工作，用來保護低壓泵。在接收站零輸出的情況下，仍然要有一臺低壓泵保持運行，使小部分LNG在卸料管線及輸出管線中循環(huán)，以確保系統(tǒng)一直處于低溫狀態(tài)[6-7]。

2 LNG接收站儲存能力

方案一：不調(diào)整船期

根據(jù)LNG接收站承擔季節(jié)調(diào)峰的特點，接收站的處理能力為600萬t/a，接收站儲存能力計算由下式給出：

V=V1+V2+V3

其中：LNG密度按437.4kg/m3考慮；

V——接收站LNG儲存能力，m3；

V1——LNG船裝卸有效船容，m3；

V2——儲備量，考慮最大不可作業(yè)期間的儲備量，本站按5天的儲備量考慮，m3；

V3——季節(jié)調(diào)峰儲量，m3。

2.1 V1的計算

本接收站LNG船的主力船容按215000m3考慮，其有效船容為206400m3。即：

V1=206400m3

2.2 V2的計算

V2的計算與整個LNG接收站的年供氣能力有關(guān)，考慮5天的最大不可作業(yè)天數(shù)。圖1為用戶用氣月不均勻系數(shù)。

圖1 某城市用氣月不均勻系數(shù)

由圖可知，一年中12月用氣量最大。在V2的計算中，取12月的五天考慮最大不可作業(yè)期間的儲備量。

V2=600×107÷350÷437.4×1.36×5=195963m3

2.3 V3的計算

V3的計算量很大程度上考慮的是接收站的季節(jié)調(diào)峰。以2013年基本方案季節(jié)調(diào)峰為例，四至十月為低峰月，一至三月、十一至十二月為高峰月。在低峰月，接收站將在儲罐內(nèi)貯存一定數(shù)量的LNG，來確保滿足高峰月的供氣要求。經(jīng)計算得，2013年基本方案最大季調(diào)峰系數(shù)為3.75%。

季節(jié)調(diào)峰系數(shù)=∑(A-B)÷C (∑：需求高峰期)=3.75%

式中：A：需求高峰期的每月需求量；

B：月平均需求量；

C：年需求總量。

V3=年需求量×季節(jié)調(diào)峰系數(shù)600×107÷437.4×0.0375=514403.3m3

2.4 V的計算

可得：

V=206400+195963.2+514403.3=916766.6m3

方案二：調(diào)整船期

根據(jù)LNG接收終端的年供氣能力及LNG船的有效船容，可得出一年中需要67艘LNG船才能滿足城市的用氣。經(jīng)初步計算的LNG接收站的船期為5.4天，現(xiàn)規(guī)定在用氣高峰月以5天為船期，在用氣低峰月以6天為一個船期。在上述基礎(chǔ)上，LNG接收站得到均勻的氣源。

根據(jù)圖1，可知一年中的用氣月不均勻系數(shù)，進一步計算得每個月的日均勻用氣量，見表1。由表的數(shù)據(jù)，加上運輸來的LNG量，再減去當日的日用氣量，依次累計，可得出LNG接收站每日需要儲存的LNG量，見圖2?？傻貌徽{(diào)整船期的方案，接收站最高需要754878.6m3的LNG儲存量。

充分利用用氣的月不均勻性調(diào)整船期，可大大降低LNG的儲存量?？蓪⒂脷獾头逶碌哪承㎜NG來船調(diào)至用氣高峰月，也可增大用氣低峰月的LNG來船期，減小用氣高峰月的LNG來船期。本接收站將在全年均勻供氣的基礎(chǔ)上，將用氣低峰月六月中旬的一艘來船調(diào)至用氣高峰月十月末，將用氣低峰月八月中旬的一艘來船調(diào)至用氣高峰月十二月上旬。經(jīng)反復(fù)試驗、比較，按此種方案調(diào)整船期時LNG儲存量最小。此種調(diào)整方案下，本LNG接收站每日需要儲存的LNG量變化曲線如圖2所示，接收站最大存儲需求量為448771.1m3。

表1 各月用氣量

圖2 LNG接收站日要求儲存量

3 LNG儲罐數(shù)量方案比選

方案一：不調(diào)整船期

經(jīng)計算得，LNG接收站以5.4天為一個船期。為使調(diào)整船期計算方便，四～十月低峰月取6天為一個船期，其余月份以5天為一個船期。

LNG船對LNG接收站全年均勻供氣，考慮最大不可作業(yè)期間的儲備量，但是不采取調(diào)整LNG船期的方法來緩解調(diào)峰壓力，接收站儲存能力及儲罐數(shù)量計算見表2。

表2 接收站儲罐數(shù)量的計算

方案二：調(diào)整船期

高峰月時為保證供氣量充足穩(wěn)定，個別來船日一次來兩艘LNG船。低峰月為了避免LNG接收站LNG儲存量過大，個別來船日取消來船。經(jīng)過多種調(diào)整船期的比較，圖2所示的調(diào)整方案使得LNG接收站的LNG儲存量最小。此調(diào)整方案是在全年均勻供氣的基礎(chǔ)上，將低峰月的兩艘來船調(diào)至高峰月十月末。此時LNG接收站儲存能力及儲罐數(shù)量計算見表3。

表3 接收站儲罐數(shù)量的計算

方案分析：

方案一：若本接收站全年均勻送氣，接收站為滿足下游市場季節(jié)調(diào)峰的要求，接收站需建六座160000m3儲罐。但從總圖布置上分析，接收站無法布置如此多數(shù)量的儲罐。而且，本方案大多數(shù)時間內(nèi)儲罐中的LNG只用于儲備，僅僅在需求高峰期時才能得以有效利用。此種方案儲罐利用率很低，投資不合理。

方案二：若將供氣低峰月的LNG船調(diào)整至供氣高峰月，以緩解接收站季節(jié)調(diào)峰壓力，則接收站設(shè)置三座160000m3的儲罐即可滿足儲存需求。根據(jù)世界LNG接收站運營情況、LNG船運輸方式及貿(mào)易協(xié)議，與上游供氣方簽訂船運協(xié)議，調(diào)整船期或購買現(xiàn)貨用于季節(jié)調(diào)峰是相對可行的。通過調(diào)整船期可以減少三個儲罐的投資，而且提高了LNG利用率，大大提高了項目的經(jīng)濟效益。

綜合以上因素考慮，LNG接收站擬采用方案二，即于建設(shè)三座160000m3儲罐。

4 結(jié)論

本文對600萬t/a的LNG接收終端的罐容進行了設(shè)計計算，在LNG接收站儲存能力計算的基礎(chǔ)上，通過方案比選以及調(diào)整船期將LNG儲罐數(shù)量同6座降低為3座，大幅度降低了LNG接收站的投資，同時滿足了下周儲氣調(diào)峰的需求，同時建議通過購買LNG現(xiàn)貨的方式，在保證供氣安全的基礎(chǔ)上靈活利用儲罐空間，可以提高項目的收益。