LNG接收站最大卸料速率性能測(cè)試研究

＊王志杰

（中海福建天然氣有限責(zé)任公司生產(chǎn)運(yùn)行部 福建 351100）

1.前言

在國(guó)家油氣改革、能源轉(zhuǎn)型的大背景下，LNG接收站作為清潔能源的重要載體，在優(yōu)化能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，LNG接收站主要包括LNG接卸、儲(chǔ)存、氣化外輸及液態(tài)外輸?shù)裙δ躘1]。根據(jù)LNG接收站設(shè)計(jì)要求，在試生產(chǎn)期間必須按要求完成性能測(cè)試工作。性能測(cè)試是指工程項(xiàng)目機(jī)械竣工并驗(yàn)收合格，試生產(chǎn)工作剛開(kāi)始階段，在單體設(shè)備或工藝單元/系統(tǒng)具備調(diào)試條件的前提下，所有設(shè)備、設(shè)施、系統(tǒng)按照被認(rèn)可的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量計(jì)劃、測(cè)試程序所進(jìn)行的性能指標(biāo)考核。性能測(cè)試作為試生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，測(cè)試合格后方可進(jìn)入可靠性運(yùn)行階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，LNG接收站性能測(cè)試主要分為單體設(shè)備性能測(cè)試和系統(tǒng)性能測(cè)試兩部分，其中系統(tǒng)性能測(cè)試是重中之重，決定著LNG接收站能否順利進(jìn)入可靠運(yùn)行階段。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于LNG接收站性能測(cè)試方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚屬空白，雖然已投產(chǎn)和即將投產(chǎn)的LNG接收站有十余家，且每一個(gè)LNG接收站試生產(chǎn)期間，都進(jìn)行過(guò)對(duì)應(yīng)的設(shè)備及系統(tǒng)性能測(cè)試，但是性能測(cè)試方法和要求不統(tǒng)一、測(cè)試項(xiàng)目不盡相同，且在測(cè)試過(guò)程中存在諸多疑問(wèn)，相關(guān)工作的開(kāi)展主要以設(shè)計(jì)文件為準(zhǔn)，據(jù)中國(guó)海洋石油總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HS-10007-2014《液化天然氣接收站試生產(chǎn)方案編制指南》中相關(guān)表述及對(duì)在役LNG接收站試生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行摸排，LNG接收站系統(tǒng)性能測(cè)試主要包括最大卸料速率測(cè)試、最大外輸量測(cè)試、火炬零放空最小外輸量測(cè)試、系統(tǒng)控制能力測(cè)試及電能消耗測(cè)試，其中LNG接收站最大卸料速率測(cè)試是LNG接收站系統(tǒng)性能測(cè)試的首要及關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.系統(tǒng)性能測(cè)試

LNG接收站系統(tǒng)性能測(cè)試是指在項(xiàng)目機(jī)械竣工驗(yàn)收合格、通過(guò)各項(xiàng)試生產(chǎn)前檢查、單體設(shè)備性能測(cè)試合格后，將系統(tǒng)的所有組成部分包括單體設(shè)備、工業(yè)管道、工控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等組合在一起，通過(guò)人機(jī)界面按系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試的過(guò)程。系統(tǒng)性能測(cè)試的主要目的是保證系統(tǒng)的各組成部分協(xié)調(diào)運(yùn)行，保證系統(tǒng)的完整性、一致性，發(fā)現(xiàn)并解決系統(tǒng)與設(shè)計(jì)不符的問(wèn)題。系統(tǒng)性能測(cè)試順利通過(guò)后，LNG接收站方可進(jìn)入正式試生產(chǎn)階段及后期可靠性運(yùn)行階段[2]。

最大卸料速率測(cè)試為L(zhǎng)NG接收站系統(tǒng)性能測(cè)試的首要及重要環(huán)節(jié)，是制約LNG接收站接卸能力及規(guī)模的關(guān)鍵因素。最大卸料速率測(cè)試主要是以L(fǎng)NG卸料臂、卸料管線(xiàn)、BOG管線(xiàn)、LNG儲(chǔ)罐、火炬放空管線(xiàn)等單體設(shè)備合并成的卸料系統(tǒng)為主，以卸料速率、儲(chǔ)罐壓力、卸料管線(xiàn)壓力、火炬BOG放空流量、船艙返氣壓力等工藝參數(shù)控制為重點(diǎn)的測(cè)試過(guò)程，測(cè)試項(xiàng)目詳見(jiàn)表1。

表1 最大卸料速率測(cè)試項(xiàng)目

3.最大卸料速率性能測(cè)試研究

本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)多家LNG接收站最大卸料速率系統(tǒng)性能測(cè)試進(jìn)行調(diào)查、研究，主要從LNG接收站最大卸料速率性能測(cè)試前準(zhǔn)備、測(cè)試方法及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)三方面闡述LNG接收站最大卸料速率性能測(cè)試過(guò)程，以驗(yàn)證其科學(xué)性及適用性。

(1)測(cè)試準(zhǔn)備

開(kāi)展具體測(cè)試工作前，確認(rèn)各單體設(shè)備性能測(cè)試工作已經(jīng)結(jié)束且各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)合格，各設(shè)備、控制系統(tǒng)完好并具備正?？捎脿顟B(tài)，公用工程系統(tǒng)、輔助靠泊及船岸兼容系統(tǒng)、消防系統(tǒng)已調(diào)試完畢并正常投用，測(cè)試方案已編制并報(bào)批完成，測(cè)試組織機(jī)構(gòu)已建立，備品備件及工器具已準(zhǔn)備到位，測(cè)試前準(zhǔn)備條件詳見(jiàn)表2。

表2 測(cè)試前準(zhǔn)備條件

續(xù)表

(2)測(cè)試方法

上述準(zhǔn)備工作就緒后，裝載量為16-21.5萬(wàn)m3的LNG船舶靠泊并系纜完成，碼頭環(huán)境滿(mǎn)足船舶接卸條件，LNG卸料臂連接、氮?dú)庵脫Q、升壓測(cè)漏及LNG預(yù)冷工作均已完成，計(jì)算并確認(rèn)船方卸貨泵可以滿(mǎn)足岸方最大卸貨速率的前提下，對(duì)某一指定儲(chǔ)罐開(kāi)始最大卸料速率測(cè)試工作，測(cè)試方法如下：

①卸料壓力控制

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，按照國(guó)內(nèi)常規(guī)大型LNG儲(chǔ)罐（16萬(wàn)m3）高度（38m）計(jì)算，LNG卸料臂與岸連接點(diǎn)到罐頂卸料管道最高點(diǎn)高差約為40m左右，LNG儲(chǔ)罐操作壓力保持在20kPag時(shí)，全速卸料過(guò)程卸料匯管壓力需保持在200kPag，繼續(xù)推算得出LNG卸料臂連接法蘭處所測(cè)量到的船艙卸貨泵揚(yáng)程應(yīng)不低于84m方可滿(mǎn)足正常卸貨要求，測(cè)試過(guò)程要嚴(yán)格控制卸料壓力，測(cè)試記錄項(xiàng)目詳見(jiàn)表3。

表3 卸料壓力控制項(xiàng)目

②卸料速率控制

按照測(cè)試方案要求，由船方分階段逐步啟動(dòng)卸貨泵增大卸料速率，通過(guò)對(duì)實(shí)際流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，分別在卸料臂設(shè)計(jì)流量90%、100%及110%負(fù)荷下測(cè)試卸料臂的實(shí)際卸料速率（單位時(shí)間內(nèi)的卸貨量），并記錄下相關(guān)參數(shù)，同時(shí)與船方記錄的卸料速率進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，測(cè)試記錄項(xiàng)目詳見(jiàn)表4。

表4 卸料量項(xiàng)目記錄表

③返氣壓力控制

實(shí)際卸料過(guò)程中，需保持船艙壓力在正常范圍內(nèi)（11-14kPag），隨著船艙液相空間減少、氣相空間增大，船艙壓力會(huì)逐漸降低，若船方要求返氣補(bǔ)倉(cāng)，將通過(guò)氣相臂壓力調(diào)節(jié)閥控制返氣壓力[3]，如圖1所示，同時(shí)通過(guò)流量計(jì)記錄返船BOG累計(jì)量。

圖1 測(cè)試期間氣相臂壓力控制

④儲(chǔ)罐壓力控制

實(shí)際卸料過(guò)程中，為保證卸料安全，需保持LNG儲(chǔ)罐在20kPag壓力下操作，隨著儲(chǔ)罐液位上升，儲(chǔ)罐壓力會(huì)逐漸升高，儲(chǔ)罐壓力通過(guò)火炬放空控制，同時(shí)通過(guò)流量計(jì)記錄火炬放空BOG量，船方返氣補(bǔ)壓期間停止火炬放空，期間做好壓力監(jiān)控，如圖2所示。

圖2 測(cè)試期間儲(chǔ)罐壓力監(jiān)控

⑤測(cè)試時(shí)長(zhǎng)控制

最大卸料速率性能測(cè)試持續(xù)時(shí)間為3h，該時(shí)間不包括各預(yù)期測(cè)試流量的初始進(jìn)建立階段及后期測(cè)試完成的降速階段。

(3)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

嚴(yán)格按照上述測(cè)試方法開(kāi)展最大卸料速率性能測(cè)試工作，過(guò)程中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、比對(duì)分析等方式對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如下：

①卸料速率驗(yàn)證

在設(shè)計(jì)流量90%、100%及110%負(fù)荷卸料測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)儲(chǔ)罐液位變化、火炬放空BOG量、返船BOG量計(jì)算實(shí)際卸貨流量，并于船方記錄卸貨流量進(jìn)行對(duì)比，判斷卸料速率滿(mǎn)足每一階段設(shè)計(jì)要求，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)巡檢未發(fā)現(xiàn)卸料臂及管道本體結(jié)構(gòu)存在震動(dòng)及其他異常工況，具體測(cè)試情況見(jiàn)表5。

表5 最大卸料速率測(cè)試（流量）記錄表

②壓力控制驗(yàn)證

實(shí)際卸料測(cè)試過(guò)程中，隨著船艙壓力的不斷降低及儲(chǔ)罐壓力的不斷升高，通過(guò)調(diào)節(jié)氣相臂壓力調(diào)節(jié)閥完全可以將船艙壓力控制在正常安全范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)火炬放空調(diào)節(jié)閥完全可以將儲(chǔ)罐壓力控制在正常非報(bào)警要求范圍內(nèi)，具體測(cè)試情況見(jiàn)表6。

表6 最大卸料速率測(cè)試（壓力）記錄表

4.結(jié)論

（1）通過(guò)具體實(shí)踐，驗(yàn)證了本文中最大卸料速率性能測(cè)試方案的可行性及準(zhǔn)確性，在實(shí)際的LNG接收站最大卸料速率性能測(cè)試期間，按照該方案可以有序指導(dǎo)開(kāi)展相關(guān)性能測(cè)試工作，可確保測(cè)試過(guò)程LNG接收站本質(zhì)運(yùn)行安全。

（2）最大卸料速率性能測(cè)試研究可作為成果應(yīng)用的實(shí)例指導(dǎo)資料，為日后其他LNG接收站性能測(cè)試提供借鑒和參考。