LNG接收站雙儲(chǔ)罐串聯(lián)預(yù)冷方案

高瑋，楊文剛，蓋小剛(中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 引言

大型LNG儲(chǔ)罐是LNG接收站最主要的設(shè)備，其功能是用以儲(chǔ)存液化天然氣。一般的大型常壓LNG儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)型式包括：?jiǎn)稳莨?、雙容罐、全容罐及膜式罐等。按儲(chǔ)罐的設(shè)置方式可分為地上儲(chǔ)罐與地下儲(chǔ)罐兩種。按結(jié)構(gòu)型式可分為球罐、單容罐、雙容罐和全容罐。其中單容罐、雙容罐及全容罐均為雙層，由內(nèi)罐和外罐組成，在內(nèi)外罐間充填有保冷材料，罐內(nèi)絕熱材料主要為膨脹珍珠巖、彈性玻璃纖維氈及泡沫玻璃磚等[1]。

目前國(guó)內(nèi)已建成投產(chǎn)的LNG接收站用LNG儲(chǔ)罐全部為地上全包容式混凝土頂儲(chǔ)罐(簡(jiǎn)稱FCR)，有效工作容積一般為16 000 m3，內(nèi)罐采用9%鎳鋼，外罐是預(yù)應(yīng)力混凝土材料建成，內(nèi)罐和外罐均具有獨(dú)立儲(chǔ)存LNG的功能[2]。此類LNG儲(chǔ)罐的建設(shè)周期一般在3年左右(包含設(shè)計(jì)階段),在裝置機(jī)械安裝完工、電氣和儀表系統(tǒng)調(diào)試完成后，進(jìn)行LNG儲(chǔ)罐的水壓試驗(yàn)、除明水、氣密試驗(yàn)、儲(chǔ)罐干燥和氮?dú)庵脫Q等預(yù)調(diào)試工作，之后進(jìn)行LNG儲(chǔ)罐調(diào)試工作。

LNG儲(chǔ)罐的調(diào)試工作主要包括儲(chǔ)罐冷卻、5 m液位建立及靜置、低壓泵性能測(cè)試、液位儀表調(diào)試等工作，當(dāng)所有調(diào)試工作完成后，標(biāo)志著LNG儲(chǔ)罐真正意義上投入運(yùn)行。LNG儲(chǔ)罐的冷卻是整個(gè)投用調(diào)試過程中風(fēng)險(xiǎn)最大、最難控制的一個(gè)環(huán)節(jié)，由于新罐冷卻期間可能會(huì)有然氣或LNG泄漏，處理不當(dāng)就會(huì)發(fā)生安全事故。另外，儲(chǔ)罐冷卻過程中內(nèi)罐罐體要收縮，如果冷卻過程中溫降速率控制不好，極有可能破壞LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐，造成儲(chǔ)罐泄漏[3-4]。

1 LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷工藝

儲(chǔ)罐預(yù)冷環(huán)節(jié)作為最為儲(chǔ)罐調(diào)試工作重要的一個(gè)環(huán)節(jié)且風(fēng)險(xiǎn)最高。因此需要在預(yù)冷過程中著重控制儲(chǔ)罐的溫降速率，使儲(chǔ)罐以一定的速度緩慢降溫，逐步冷卻。同時(shí)，需要在預(yù)冷過程中密切檢測(cè)儲(chǔ)罐及附屬設(shè)備的狀態(tài)，保證預(yù)冷過程更加安全可靠，避免破壞儲(chǔ)罐內(nèi)部，造成儲(chǔ)罐泄漏風(fēng)險(xiǎn)[5]。儲(chǔ)罐冷卻方式有液氮預(yù)冷與LNG預(yù)冷兩種，目前國(guó)內(nèi)LNG接收站常采用LNG預(yù)冷的方式。

1.1 新建LNG接收站

全廠機(jī)械完工后，于接收首船LNG的時(shí)候，利用首船LNG對(duì)卸料管線進(jìn)行冷卻和填充后，對(duì)新建LNG接收站一期儲(chǔ)罐進(jìn)行冷卻，冷卻儲(chǔ)罐的順序應(yīng)為距離卸料碼頭從遠(yuǎn)到近，使LNG儲(chǔ)罐達(dá)到投產(chǎn)條件。

1.2 已投產(chǎn)LNG接收站

對(duì)已投產(chǎn)的接收站后期新建成的LNG儲(chǔ)罐，可以利用已投產(chǎn)的儲(chǔ)罐中的LNG來提供新建儲(chǔ)罐預(yù)冷所需的LNG。

中海油福建LNG項(xiàng)目二期兩個(gè)新建5#、6#儲(chǔ)罐的預(yù)冷，使用一期儲(chǔ)罐中的LNG對(duì)新建儲(chǔ)罐進(jìn)行預(yù)冷。根據(jù)福建LNG一期投產(chǎn)數(shù)據(jù)來看，在儲(chǔ)罐預(yù)冷過程中，用于儲(chǔ)罐預(yù)冷的LNG氣化成的大量BOG被直接排放至火炬燃燒，造成了大量損失。因此，二期在確保儲(chǔ)罐預(yù)冷的情況下，提出了雙儲(chǔ)罐串聯(lián)預(yù)冷的設(shè)想：一方面進(jìn)一步利用第一個(gè)預(yù)冷儲(chǔ)罐產(chǎn)生BOG的冷量；另一方面對(duì)產(chǎn)生的BOG最大限度的進(jìn)行回收，以達(dá)到降本增效的生產(chǎn)目標(biāo)。本文針對(duì)福建LNG項(xiàng)目二期2個(gè)16×104m3儲(chǔ)罐5#、6#儲(chǔ)罐的雙儲(chǔ)罐串聯(lián)預(yù)冷技術(shù)方案及過程進(jìn)行介紹。

2 儲(chǔ)罐預(yù)冷程序

福建LNG接收站此前已建成并運(yùn)行4個(gè)儲(chǔ)罐，接收處理規(guī)模為630萬噸/年。5#、6#儲(chǔ)罐工程項(xiàng)目主要增加2個(gè)與1#～4#儲(chǔ)罐相同存儲(chǔ)規(guī)模16×104m3全容LNG儲(chǔ)罐，并在每個(gè)儲(chǔ)罐分別增設(shè)3臺(tái)LNG低壓泵和相應(yīng)的配套設(shè)施。除此之外，還將增加一臺(tái)蒸發(fā)氣壓縮機(jī)以及對(duì)一期火炬的改造擴(kuò)容，以處理由于LNG儲(chǔ)罐數(shù)量增加而導(dǎo)致的BOG量增加及火炬排放量增加。

由于6#儲(chǔ)罐距離卸料總管最遠(yuǎn)，因此先進(jìn)行6#儲(chǔ)罐的預(yù)冷工作，當(dāng)6#儲(chǔ)罐預(yù)冷結(jié)束后再開始進(jìn)行5#儲(chǔ)罐的預(yù)冷。儲(chǔ)罐預(yù)冷程序操作在新增卸料管線預(yù)冷及填充之后。預(yù)冷步驟為：

(1) 6#儲(chǔ)罐預(yù)

①6#儲(chǔ)罐天然氣置換氮?dú)饧邦A(yù)冷結(jié)束；

②6#儲(chǔ)罐打開進(jìn)料閥門旁路小流量建立500 mm液位；

③LNG船靠泊卸料(根據(jù)船期確定)，6#儲(chǔ)罐填充至5 m液位。

(2) 5#儲(chǔ)罐預(yù)冷

①5#儲(chǔ)罐天然氣置換氮?dú)饧邦A(yù)冷結(jié)束；

②6#儲(chǔ)罐打開進(jìn)料閥門旁路小流量建立500 mm液位；

③LNG船靠泊卸料(根據(jù)船期確定)，5#儲(chǔ)罐填充至5 m液位。

(3) 6#和5#儲(chǔ)罐靜置

①6#儲(chǔ)罐靜置12 h；

②5#儲(chǔ)罐靜置12 h。

2.1 6#儲(chǔ)罐預(yù)冷

首先，進(jìn)行6#儲(chǔ)罐卸料豎管繼續(xù)填充，填充至預(yù)冷管線處。當(dāng)6#儲(chǔ)罐卸料豎管填充完成后，控制預(yù)冷管線調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行6#儲(chǔ)罐預(yù)冷，確保儲(chǔ)罐內(nèi)部各溫度監(jiān)控點(diǎn)溫降速率3～5 ℃/h，相鄰監(jiān)控點(diǎn)溫差不超過30 ℃，不相鄰點(diǎn)最大溫差不超過50 ℃。當(dāng)測(cè)得底部所有溫度均達(dá)到-150 ℃(±5 ℃)后，逐步全開預(yù)冷調(diào)節(jié)閥，根據(jù)具體情況打開上、下進(jìn)液的旁路，逐步提高流量直至液位達(dá)到約500 mm，6#儲(chǔ)罐預(yù)冷結(jié)束。儲(chǔ)罐預(yù)冷期間，罐內(nèi)低壓泵及泵筒同時(shí)被冷卻。

6#儲(chǔ)罐預(yù)冷期間，儲(chǔ)罐壓力控制在15～20 kPa左右，儲(chǔ)罐預(yù)冷前期通過產(chǎn)生的BOG置換儲(chǔ)罐內(nèi)氮?dú)?，同時(shí)打開6#儲(chǔ)罐BOG管線閥門、5#儲(chǔ)罐BOG管線閥門，將6#儲(chǔ)罐預(yù)冷過程產(chǎn)生的BOG引入5#儲(chǔ)罐。打開6#儲(chǔ)罐頂部臨時(shí)泄放閥門進(jìn)行置換氣體就地排放并檢測(cè)組分；當(dāng)檢測(cè)的甲烷含量>5%時(shí)，關(guān)閉6#儲(chǔ)罐上就地放空口，通過調(diào)節(jié)閥門開度控制6#儲(chǔ)罐預(yù)冷速率及5#儲(chǔ)罐BOG置換；通過5#儲(chǔ)罐排放口檢測(cè)排放BOG的甲烷含量>10%時(shí)，關(guān)閉就地排放口，通過火炬進(jìn)行BOG放空；通過6#儲(chǔ)罐注氮口檢測(cè)排放BOG的甲烷含量>70%時(shí)，開始回收6#儲(chǔ)罐預(yù)冷產(chǎn)生的BOG。提高6#儲(chǔ)罐預(yù)冷壓力至超過一期儲(chǔ)罐壓力，采用一期BOG壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)回收預(yù)冷產(chǎn)生的BOG。且將5#儲(chǔ)罐泄壓后作為緩沖罐，回收BOG壓縮機(jī)無法工作時(shí)6#儲(chǔ)罐所產(chǎn)的BOG。

2.2 6#儲(chǔ)罐充液并靜置

通過卸船，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行充液至5 m液位，兩個(gè)儲(chǔ)罐填充流程基本一致。中控控值LNG卸料總管的壓力及流量，關(guān)閉預(yù)冷調(diào)節(jié)閥，視情況打開上、下進(jìn)料閥門及旁路。當(dāng)儲(chǔ)罐液位接近5 m時(shí)，關(guān)閉進(jìn)料閥。隨后，儲(chǔ)罐靜置12h，觀察各參數(shù)的變化。

2.3 5#儲(chǔ)罐預(yù)冷

當(dāng)6#儲(chǔ)罐預(yù)冷完成后，開始5#儲(chǔ)罐預(yù)冷。首先，進(jìn)行5#儲(chǔ)罐卸料豎管繼續(xù)填充，填充至預(yù)冷管線處。當(dāng)5#儲(chǔ)罐卸料豎管填充完成后，控制02-HV-5001開度進(jìn)行5#儲(chǔ)罐預(yù)冷，確保儲(chǔ)罐內(nèi)部各溫度監(jiān)控點(diǎn)溫降速率3～5 ℃/h，相鄰監(jiān)控點(diǎn)溫差不超過30 ℃，不相鄰點(diǎn)最大溫差不超過50 ℃。當(dāng)測(cè)得底部所有溫度均達(dá)到-150 ℃(±5 ℃)后，逐步全開預(yù)冷閥門02-HV-5001，根據(jù)具體情況打開上、下進(jìn)液的旁路，逐步提高流量直至液位達(dá)到約500 mm, 5#儲(chǔ)罐預(yù)冷結(jié)束。儲(chǔ)罐預(yù)冷期間，罐內(nèi)低壓泵及泵筒同時(shí)被冷卻。

5#儲(chǔ)罐預(yù)冷期間，由于前期與6#儲(chǔ)罐串聯(lián)置換氮?dú)饧邦A(yù)冷，排放BOG的甲烷含量很快到達(dá)回收標(biāo)準(zhǔn)>70%，產(chǎn)生的BOG幾乎全部回收。

2.4 5#儲(chǔ)罐充液并靜置

通過卸船，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行充液至5 m液位。中控控值LNG卸料總管的壓力及流量，關(guān)閉02HV5001，視情況打開上、下進(jìn)料閥門及旁路。當(dāng)儲(chǔ)罐液位接近5 m時(shí)，關(guān)閉進(jìn)料閥。隨后，儲(chǔ)罐靜置12 h，觀察各參數(shù)的變化。

3 結(jié)論

3.1 雙儲(chǔ)罐串聯(lián)預(yù)冷

根據(jù)兩罐串聯(lián)預(yù)冷的經(jīng)濟(jì)節(jié)能理念，在確保儲(chǔ)罐就地放空安全性的前提下實(shí)施兩罐串聯(lián)預(yù)冷方案。在6#儲(chǔ)罐預(yù)冷過程中，將6#和5#儲(chǔ)罐串聯(lián)預(yù)冷、放空，提前置換5#罐中的氮?dú)獠⒔档蜏囟葹楹罄m(xù)該儲(chǔ)罐預(yù)冷做準(zhǔn)備，在相當(dāng)程度上節(jié)約了預(yù)冷5#儲(chǔ)罐的BOG用量。

3.2 BOG回收

在預(yù)冷6#儲(chǔ)罐過程中提高該儲(chǔ)罐預(yù)冷壓力至超過一期儲(chǔ)罐壓力，采用一期BOG壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)回收預(yù)冷產(chǎn)生的BOG。且將5#儲(chǔ)罐作為緩沖罐，回收BOG壓縮機(jī)無法工作時(shí)6#儲(chǔ)罐所產(chǎn)的BOG，大大降低了BOG放空量。截止6#儲(chǔ)罐建立500 mm液位，僅放空約168 t LNG產(chǎn)生的BOG, 5#儲(chǔ)罐在預(yù)冷過程中幾乎沒有放空BOG，較福建LNG根據(jù)一期項(xiàng)目一個(gè)儲(chǔ)罐需預(yù)冷需要1 200 t LNG的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的5#、6#儲(chǔ)罐預(yù)冷各需約1 100 t LNG的預(yù)測(cè)值來看，優(yōu)化后的5#、6#儲(chǔ)罐預(yù)冷方式總體回收LNG共計(jì)約2 030 t。此預(yù)冷儲(chǔ)罐方式對(duì)今后的其他新建及擴(kuò)建工程有很強(qiáng)的借鑒意義。