一種氣化控溫控壓裝置在LNG 接收站的實(shí)踐與應(yīng)用

張杰(廣東珠海金灣液化天然氣有限公司，廣東 珠海 519000)

0 引言

自2006 年中國第一個LNG(液化天然氣)接收站建設(shè)、投產(chǎn)以來，國內(nèi)LNG 接收站在我國沿海地區(qū)快速發(fā)展。中海油在國內(nèi)LNG 接收站建設(shè)、運(yùn)營起步較早，近年來，中石油、中石化也積極參與到LNG 接收站建設(shè)中，加大了在沿海沿江地區(qū)的投入，不斷在沿海沿江地區(qū)進(jìn)行LNG 接收站的布局，同時在“碳達(dá)峰、碳中和”的大背景下，“油改氣”“煤改氣”工程也在不斷深入推進(jìn)，為天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了源源不斷的活力[1]。伴隨天然氣消費(fèi)量的增長，LNG 進(jìn)口量也逐年增加，目前我國已成為世界五大LNG 進(jìn)口國之一，進(jìn)口LNG 已經(jīng)是我國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和改善能效最有力的措施之一，隨著LNG 接收站的快速發(fā)展，LNG 生產(chǎn)技術(shù)也在不斷成熟，同時也面臨很多實(shí)際問題[2]。

首先，LNG 接收站投產(chǎn)試車時需要對管線、設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行預(yù)冷，目前預(yù)冷的介質(zhì)主要為液氮或者LNG，使用液氮或者LNG 對接收站設(shè)備、設(shè)施預(yù)冷時，由于液氮或LNG 的溫度很低，導(dǎo)致預(yù)冷速度不易控制，而且預(yù)冷操作性不強(qiáng)，安全風(fēng)險較大，需要一種能較好控制預(yù)冷溫度、壓力的裝置或方法。

其次，在LNG 接收站，LNG 主要有兩種外輸形式：一是通過開架式汽化器進(jìn)行高壓氣化外輸；一種通過LNG 槽車進(jìn)行外輸。隨著LNG 槽車外輸量日益增加，LNG 槽車交通事故時有發(fā)生，故需要一種能夠靈活處置LNG 槽車進(jìn)行倒液的應(yīng)急處置工裝。

最后，大多數(shù)LNG 接收站槽車裝車橇未考慮并設(shè)計LNG 槽車超裝退液的工藝流程。同時法律法規(guī)對LNG 槽車充裝率、總重都有明確規(guī)定，超裝LNG槽車必須退液至滿足要求后才能出站，而且LNG 屬于?；罚琇NG 槽車超裝較普通車輛更危險，故需要一種LNG 槽車超裝退液的裝置[3]。

1 氣化控溫控壓裝置的主要技術(shù)內(nèi)容

1.1 氣化控溫控壓裝置的結(jié)構(gòu)

一種氣化控溫控壓裝置，主要包括一臺汽化器、汽化器旁路管線、汽化器進(jìn)出口管線及接口、出口溫度和壓力表、汽化器進(jìn)口及旁路管線控制閥門，以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個整體[4]。汽化器進(jìn)口管線設(shè)一個分支點(diǎn)，連接汽化器進(jìn)口及旁路管線，汽化器進(jìn)口管線控制閥門設(shè)在進(jìn)口分支點(diǎn)之后，溫度和壓力表設(shè)在汽化器出口管線與旁路管線匯合之后。

1.2 工作原理

裝置入口管線連接LNG 或者液氮的注入點(diǎn)，出口管線連接LNG 接收站工藝設(shè)備、設(shè)施，LNG 或者液氮由入口管線至入口分支點(diǎn)。由此LNG 或者液氮分為兩路：一路進(jìn)入汽化器，氣化為天然氣或者氮?dú)膺M(jìn)入出口管線；另一路通過汽化器旁路管線進(jìn)入出口管線，經(jīng)過旁路管線的LNG 或液氮與汽化器出口的天然氣或者氮?dú)庠诔隹诠芫€中混合后進(jìn)入接收站工藝設(shè)備、設(shè)施中，通過調(diào)節(jié)入口及旁路管線上的調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入出口管線的天然氣或者氮?dú)獾臏囟燃皦毫?，從而控制進(jìn)入接收站工藝設(shè)備、設(shè)施中的天然氣或者氮?dú)獾臏囟燃皦毫?，同時出口管線上有溫度及壓力表，可實(shí)時監(jiān)控溫度及壓力[4]。

從以上原理可知，在LNG 接收站的實(shí)際生產(chǎn)中，該裝置可廣泛應(yīng)用。作為LNG 低溫管線、設(shè)備設(shè)施的預(yù)冷控制工裝時，使用LNG 或者液氮對接收站低溫設(shè)備、管線進(jìn)行預(yù)冷時，該裝置入口連接液氮或者LNG 供給源，預(yù)冷前期僅打開汽化器入口管線控制閥控制預(yù)冷流量及溫度，預(yù)冷中后期同時調(diào)節(jié)進(jìn)口及旁路管線控制閥控制預(yù)冷流量、溫度及壓力；作為LNG槽車應(yīng)急處置工裝時，僅使用該裝置的氣化功能，對事故LNG 槽車進(jìn)行自增壓，將事故LNG 槽車中的LNG 加壓排至空槽車中；作為LNG 槽車超裝退液裝置時，對需退液LNG 槽車進(jìn)行自增壓，將超裝部分LNG 退液至接收站排凈系統(tǒng)。故本裝置可廣泛應(yīng)用于LNG 接收站LNG 及液氮的氣化控溫、控壓、氣化增壓排液等操作，并能夠很好地控制氣化后的壓力、溫度，提高操作的安全性、可控性。

2 氣化控溫控壓裝置在LNG 接收站的實(shí)踐與應(yīng)用

2.1 作為LNG 接收站預(yù)冷控制工裝

在LNG 接收站首次投產(chǎn)、改擴(kuò)建試車或者設(shè)備、設(shè)施維修后再次投用時，需要對低溫管道、設(shè)備進(jìn)行預(yù)冷，一般預(yù)冷低溫管道、設(shè)備使用液氮或者LNG，但由于液氮(-196 ℃)或者LNG(-160 ℃)與處于常溫的管道、設(shè)備溫差太大，直接預(yù)冷容易造成管道、設(shè)備損壞，故需要緩慢降溫預(yù)冷，同時釋放預(yù)冷過程中低溫管線、設(shè)備的應(yīng)力，達(dá)到保護(hù)管道、設(shè)備的目的，故一般要求預(yù)冷速度控制在10～15 ℃/h，管線同一點(diǎn)的上下表皮溫差不超過50 ℃[5]。一般預(yù)冷分為預(yù)冷前期、中期及后期，同時隨著預(yù)冷的進(jìn)行，預(yù)冷需要的流量越來越大，溫度需要越來越低，一般低溫管線預(yù)冷至-120 ℃可緩慢使用LNG 進(jìn)行填充，直至管道所有溫度點(diǎn)均低于-155 ℃，預(yù)冷填充完成，可正常使用。使用本裝置進(jìn)行預(yù)冷時，根據(jù)低溫管線、設(shè)備的尺寸、長度不同，本裝置可單獨(dú)使用也可并聯(lián)使用，在低溫管線較長時還可增加預(yù)冷注入點(diǎn)。

預(yù)冷管徑尺寸較小的低溫管道時，可直接使用本裝置進(jìn)行低溫管道的預(yù)冷，一般第一次預(yù)冷時可使用LNG 或液氮作為預(yù)冷介質(zhì)。預(yù)冷前期，通過調(diào)節(jié)本裝置入口管線調(diào)節(jié)閥的開度控制LNG 或者液氮進(jìn)入汽化器的流量，從而控制本裝置出口管線的溫度、壓力，達(dá)到控制進(jìn)入低溫管道中介質(zhì)溫度、壓力的目的，一般控制預(yù)冷溫度速度在10～15 ℃/h；預(yù)冷中期，當(dāng)?shù)蜏毓艿罍囟冉档鸵欢ǔ潭葧r，低溫管道溫度較本裝置出口天然氣或氮?dú)鉁夭钶^小時，溫降速度會越來越慢，此時需要通過調(diào)節(jié)本裝置旁路管線閥門來進(jìn)一步降低出口管線溫度；預(yù)冷后期，為使管道達(dá)到深冷狀態(tài)，可繼續(xù)開大本裝置旁路管線閥門，使管道溫度進(jìn)一步降低，直至低溫管道所有溫度點(diǎn)均低于-120 ℃，可對低溫管道緩慢填充LNG。如低溫管道較長，可在低溫管道的起始端、中間設(shè)置2 個預(yù)冷點(diǎn)，以提高預(yù)冷效率。

預(yù)冷管徑尺寸較大的低溫管道，使用一套本裝置進(jìn)行預(yù)冷時，預(yù)冷的流量受限，溫降速度較慢且控制性較弱，特別是到預(yù)冷中后期管線降溫困難，難以達(dá)到預(yù)冷目標(biāo)溫度。為提高預(yù)冷的可控性、安全性、平穩(wěn)性及經(jīng)濟(jì)性，可使用兩套本裝置并聯(lián)的形式進(jìn)行預(yù)冷，汽化器的大小可根據(jù)實(shí)際管徑大小進(jìn)行合理選擇。一般兩套預(yù)冷裝置中分別選用一大一小汽化器進(jìn)行搭配，這樣不僅可以增大預(yù)冷的流量，同時兩套預(yù)冷裝置的流量控制點(diǎn)更多，控制更精細(xì)，溫度控制范圍更大，可以更好控制預(yù)冷的流量，預(yù)冷溫降更合理，壓力更平穩(wěn)。選用一大一小兩個汽化器的優(yōu)點(diǎn)是氣化量較大的汽化器出口的天然氣或氮?dú)獾臏囟壬愿叩髁枯^大，氣化量較小的汽化器出口天然氣或氮?dú)鉁囟壬缘颓伊髁枯^小，兩個裝置的汽化器旁路管線閥門均可對出口天然氣或氮?dú)獾臏囟冗M(jìn)行控制。故在預(yù)冷管徑尺寸較大管道時，預(yù)冷初期，進(jìn)入低溫管道的天然氣或氮?dú)鉁囟壬愿咔伊髁坎淮?，此時可只投用氣化量較大的汽化器裝置；預(yù)冷中前期，隨著預(yù)冷的進(jìn)行需要的預(yù)冷流量變大且溫度較低，此時可逐步同時投用氣化量較小的汽化器裝置，此時預(yù)冷流量變大、溫度變低；預(yù)冷中后期，此時需要進(jìn)入低溫管道的天然氣或氮?dú)獾臏囟雀?、流量更大，為了保證預(yù)冷速度，同步調(diào)大兩個汽化器裝置入口管線閥門，此時預(yù)冷流量更大且溫度更低；預(yù)冷后期，隨著低溫管道溫度與汽化器裝置出口介質(zhì)溫差越來越接近，此時可通過調(diào)節(jié)兩個汽化器裝置的旁路管線閥門降低出口溫度直至預(yù)冷完成，最后可以關(guān)閉兩個預(yù)冷裝置進(jìn)口管線閥門，使用預(yù)冷裝置旁路管線對低溫管道進(jìn)行填充直至充滿LNG。

2.2 作為LNG 槽車應(yīng)急處置工裝

近年來，隨著LNG 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，LNG 槽車運(yùn)輸量逐年增加，但LNG 槽車交通事故時有發(fā)生，而LNG 屬于?；?，處理不當(dāng)，可能會導(dǎo)致著火、爆炸。當(dāng)LNG槽車發(fā)生事故等緊急情況時，特別是在高速路、隧道、高架橋等主要交通干道發(fā)生交通事故，為安全、快速處置危險情況，最大程度降低事故的影響，保障生命財產(chǎn)安全，需要將事故LNG 槽車整體運(yùn)走或者將事故槽車中的LNG 倒液至一輛空的槽車中運(yùn)走，以最快的速度安全恢復(fù)交通通行，但很多時候不具備將LNG 槽車整體運(yùn)走的條件，需要進(jìn)行緊急倒液處置。

在進(jìn)行LNG 槽車倒液處置時，將本裝置的液相入口與事故LNG 槽車的增壓口連接，氣相接口與事故LNG 槽車的氣相接口連接，將事故LNG 槽車的下進(jìn)液與空LNG 槽車的下進(jìn)液連接，將空LNG 槽車的氣相口連接至安全放空裝置；然后按以下步驟進(jìn)行倒液：第一步，將空LNG 槽車的壓力通過氣相氣動閥及手閥泄壓至0.2 MPa 以下后關(guān)閉；第二步，打開事故LNG 槽車的增壓氣動閥、氣相手閥及氣動閥，調(diào)節(jié)手閥開度，控制增壓速度，將事故LNG 槽車壓力控制在0.3～0.5 MPa 之間；第三步，打開事故LNG 槽車的下進(jìn)液手閥及氣動閥，打開空LNG 槽車的下進(jìn)液手閥及氣動閥，將事故LNG 槽車中的LNG 排液至空槽車；第四步，在倒液的過程中，通過控制事故LNG 槽車的增壓手閥始終保持槽車壓力在0.3～0.5 MPa 之間，通過控制空LNG 槽車的氣相手閥，控制空槽車壓力在0.2 MPa 以下，直至倒液完成。

采用本裝置的優(yōu)點(diǎn)：倒液時間快，可以不留殘液，且倒液后LNG 的組分不會發(fā)生變化，且本裝置移動性能好，可廣泛適用于各種受限地形情況。同時如要加快倒液的速度，可控制LNG 槽車壓力稍高，空LNG槽車壓力稍低，同時還可向汽化器進(jìn)行水噴淋，增加氣化增壓的速度。

2.3 作為LNG 系統(tǒng)自增壓裝置的應(yīng)用

LNG 槽車站由于槽車橇流量計故障、LNG 槽車液位計故障、充裝調(diào)節(jié)閥故障、開票員開卡操作失誤、現(xiàn)場操作人員誤操作等原因可能導(dǎo)致LNG 槽車超裝。目前，LNG 槽車超裝退液方法主要有液位差自流法、氮?dú)饧訅悍?、橇間壓差法、壓差排液法、蒸發(fā)返氣法等，但由于每個LNG 接收站槽車橇工藝流程設(shè)計不同，選用的方法也有差別，但能夠快速、安全、可操作性強(qiáng)、不改變槽罐中LNG 組分的操作方法是退液操作的首選[6]。

在LNG 槽車超裝時，LNG 接收站一般使用氮?dú)鈱ΤbLNG 槽車進(jìn)行增壓退液，導(dǎo)致退液時間久，退液操作復(fù)雜，且退液時會注入大量的氮?dú)?，少量氮?dú)鈺芙庠贚NG 中，導(dǎo)致槽車中的LNG 組分發(fā)生變化[7]。本裝置作為增壓退液裝置使用時，適用于需要排液的管道或者容器，故選用本裝置進(jìn)行LNG 槽車超裝退液時，將本裝置的入口管線與超裝LNG 槽車增壓口連接，本裝置的出口管線與槽車氣相口連接，打開超裝LNG 槽車增壓口氣動閥、氣相氣動閥及手閥，對超裝LNG 槽車進(jìn)行增壓，調(diào)節(jié)本裝置入口管線閥門可控制超裝LNG 槽車槽罐壓力在0.3～0.5 MPa，將超裝部分LNG 排入接收站排凈系統(tǒng)，完成后將LNG 槽車壓力泄壓至0.1 MPa 以下。本裝置作為自增壓裝置時，相較于使用氮?dú)庠鰤海淅米陨斫橘|(zhì)氣化增壓，可在不改變增壓裝置中物質(zhì)的組分的情況下實(shí)現(xiàn)增壓、排液，操作靈活方便，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)。

3 結(jié)語

綜上所述，一種氣化控溫控壓裝置在LNG 接收站的實(shí)踐與應(yīng)用中，首先很好地解決了LNG 接收站預(yù)冷低溫管道及設(shè)備、設(shè)施過程中控制預(yù)冷溫度、壓力的問題，極大地提升了預(yù)冷過程的可控性，并且可實(shí)時監(jiān)控預(yù)冷溫度、壓力，避免了在預(yù)冷過程中管道監(jiān)控的滯后性，提高了管道預(yù)冷的效率，提升了管道預(yù)冷過程的安全性、平穩(wěn)性和經(jīng)濟(jì)性；其次解決了LNG 槽車在緊急情況下的安全快速倒液問題，縮短了倒液的時間，提高了操作的安全性，為LNG 液態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的安全、平穩(wěn)發(fā)展作出了貢獻(xiàn)；最后為未設(shè)計LNG 槽車超裝退液工藝流程的LNG 接收站解決了LNG 槽車超裝退液的難題，提高了LNG 接收站應(yīng)急處置能力。通過本裝置在LNG 接收站的實(shí)踐與應(yīng)用，為后續(xù)新建、擴(kuò)建LNG 接收站在低溫管道預(yù)冷、LNG槽車應(yīng)急處置倒液、LNG 槽車超裝及相關(guān)設(shè)備增壓退液等操作提供了良好的實(shí)踐經(jīng)驗，推動了LNG 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。