卸料期间储罐压力变化影响因素分析

卸料期间储罐压力变化影响因素分析

陈根

恒逸文莱实业有限公司，浙江 杭州 310000

摘要：近年来人们对 LNG 绿色能源认识的提高，LNG 项目的设计和建设在国内快速发展，中国沿海 LNG 接收站建设进入高峰期，我国市场需求存在季节不均匀性，工序峰谷差大，调峰储备需求大。由于 LNG 接收站在调峰方面具有快速、灵活等特点，且运行成本费用较低，所以近年我国 LNG 数量出现爆发式增长。因此，研究卸料期间储罐压力变化影响因素具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。

关键词：卸料期间；储罐压力变化；影响因素；

1 LNG接收站工艺流程

LNG 接收站均由七大部分组成，即 LNG 卸料码头系统、LNG 储罐储存系统、LNG 罐内低压外输系统、高压外输系统、LNG 海水系统、蒸发气处理系统（BOG 处理系统）、公用工程系统、安全控制系统与基础设施等组成。其中蒸发气处理系统（BOG 处理系统）是 LNG 接收站核心的部分，是 LNG接收站安全运行的基本。LNG 接收站对储罐 BOG（蒸发气）的处理方式不同，工艺流程有加压外输和再冷凝两种。加压外输是将 BOG（蒸发气）压缩至高压（通常为8.1MPa（G））后直接输送至管网；BOG再冷凝是将 BOG（蒸发气）压缩到较低的压力（通常为0.7MPa（G））与 LNG 储罐低压泵抽出的 LNG 在再冷凝器中混合。由于 LNG 进入在冷凝器后处于过冷状态，使得 BOG（蒸发气）吸收冷量再冷凝成液体，冷凝后的 LNG 通过 LNG 高压泵加压后外输至管网，如图1所示。

图1 工艺流程图

2 卸料不同阶段储罐压力影响因素

2.1 卸料臂预冷阶段

由于码头 BOG 管线在非卸料情况下为常温，所以在卸料臂预冷过程中，BOG 返回气温度较高，直接影响 BOG 压缩机处理量，从而使得储罐压力上升。在卸料臂预冷的过程中存在两个阶段，第一个是船方集管至双球阀段，此预冷过程持续约 30～40 min，第二个是双球阀至卸料臂立管段，此预冷过程持续 30～50 min。整个预冷过程持续 1～1.5 h。预冷时间过短会造成卸料臂热应力集中或法兰泄漏。如果预冷速度过慢，由于卸料臂没有保温层，会导致 LNG 蒸发量过大，造成储罐压力上升过快。因此在卸料臂预冷过程中应严格控制卸料臂预冷速度。

2.2 加速卸料阶段

当卸料管线内 LNG 进入储罐后会产生大量闪蒸，从而引起储罐压力上升，以常规 14 万立方米的 LNG 船为例，其单台卸货泵正常卸货速度为 2 000 m3/h，珠海 LNG 卸料总管长度 530 m 左右，管径为 1.4 m(42寸)，可算出卸料管线内LNG储存量约为460 m3，当卸料管线内LNG进入储罐以后，由于压力突然从 250 k Pa 降至 18 k Pa，其温度需要从-145 ℃降至-159 ℃，此过程会有大量的 BOG 闪蒸，造成储罐压力上升过快。来船前期，通过加大码头保冷循环量，将卸料总管内 LNG温度降低至-152℃以下，这样操作会使得码头卸料管线内LNG 处于过冷状态，当开始卸料时，卸料管线内的 LNG 进入储罐后，闪蒸出的 BOG 量将会减少，根据测算，码头卸料管线内 LNG 温度每降低 1 ℃，进入储罐后的 BOG 闪蒸量将会减少 760 kg。如因工艺原因，无法在来船前将卸料总管内 LNG 温度降低至-152 ℃以下，可采取提前降低卸料总管压力的措施。在启动第一台卸货泵前，开大卸料管线进液阀门，由于卸料立管高度的原因，卸料总管压力会降低至 170 kPa，此时卸料管线内LNG 会“提前”进行闪蒸，将一部分 BOG 先排入储罐，当启动第一台卸货泵后，卸料管线内的 LNG 进行二次闪蒸，此操作方法可以有效延缓卸料总管内 LNG 闪蒸速率，从而达到控制储罐罐压上升速率的目的。由于卸料管道中过热的 LNG 会在开启气动阀进入储罐并发生闪蒸导致储罐压力波动，所以建议在开启该阀门时应控制打开速度，防止压力在短时间内波动过大，对储罐及管道造成较大冲击。根据储罐液位及工况，选择储罐进行加速阶段进液。在工况允许的情况下，加速阶段的 LNG 优先进入液位较低的储罐，这样做的原因是由于液位低的储罐气相空间较大，当闪蒸出相同 BOG 量时，液位低的储罐压力变化更小。同时可根据接收站储罐的布局，选择离码头较近的储罐进行加速阶段卸料，这样做的目的是减少卸料总管内 LNG 置换体积，参与置换的卸料总管内 LNG 较少，闪蒸出的 BOG 量也较小。

2.3 全速卸料阶段

根据 LNG 进罐温度与船方装船货舱信息对比，船舱内的 LNG 进入储罐内，因热输导致 LNG 温升。对不同船的 LNG 在卸料过程中的温升进行统计，可知平均温升在 0.3 ℃。当 LNG在-161～-158 ℃区间时，LNG 每上升 0.1 ℃，其饱和蒸汽压将上升 0.9 k Pa。由此可以在来船前根据船舱内 LNG 温度及压力预判卸货后储罐内 LNG 的饱和蒸汽压力，对比船舱内 LNG 相对于储罐内的 LNG 处于过冷状态还是过热状态。船方由于舱内液位降低，导致舱压较低，会进行 BOG 补气操作，以满足船舱压力的平衡。此时接收站储罐压力上升的因素主要在于：(1) 储罐液位上涨造成的气相空间减少。全速卸料流量正常值为 12 000 m

³/h，此时因储罐内液位上涨造成气象空间减少，引起储罐压力上升。(2) 储罐上下进液对储罐压力的影响。当船舱 LNG 密度大于储罐内 LNG 密度时，采用上进液，反之，采用下进液。此时船舱 LNG 与储罐内 LNG 存在密度差与温度差，在上进液过程中会随着 LNG 的热运动达到平衡态，在此过程中会有部分 LNG从过热态到饱和态，另一部分 LNG 从过冷态到饱和态，其中的焓差大小决定了 BOG 蒸发量的大小。(3) 船方返气量对储罐压力的影响。船方返气量由全速卸货速度、船舱保冷程度以及船舱内 LNG 状态决定，当靠泊时，船舱到港压力较高时，船方会选择延后进行补气，这就容易造成在全速阶段储罐压力较高，当船舱到港压力较低时，船方会选择提前补气，并且由于船舱内 LNG 相对于储罐内处于过冷状态，导致卸料过程中储罐内 BOG 蒸发量减少。当船舱密度与储罐密度相差不多时，可以采用下进液，此方法的好处在于采取下进液后，位于底部的 LNG 需要经过 3～4 d 的时间完成热交换，达到储罐 LNG 动态平衡，而这期间位于底部的 LNG 吸热后，因无法流动至表层将 BOG 蒸发出去，所以可通过低压外输进行处理，从而减少了 BOG 量的产生。当蒸发的 BOG 量大于船方返气及单台压缩机处理量时，需启动两台 BOG 压缩机进行罐压控制。当蒸发的 BOG 量小于船方返气及单台压缩机处理量时，需要降低 BOG 压缩机负荷防止储罐压力下降过快。

结语

综上所述：(1) 在 LNG 船靠泊前加大码头保冷循环量，降低卸料管线内 LNG 温度，在启动首台卸货泵前，降低卸料总管压力，并根据储罐液位及工况，选择储罐进行加速阶段进液，可有效降低加速阶段储罐压力上升速度。(2) 卸料臂预冷阶段控制卸料臂预冷速度，确保卸料臂预冷时间为 1.0～1.5 h，时间过短影响预冷效果，时间过长则会产生较多 BOG 影响储罐压力。(3) 全速卸料阶段，当密度相差不大，外输量有保证的前提下，选择下进液可降低卸料过程中 BOG 挥发的瞬时量，防止储罐压力上涨过快。(4) 根据船货信息，与储罐内 LNG 物料信息对比，可预判卸货后储罐平衡压力，当船舱内 LNG 相对储罐内 LNG 为过冷态时，可在卸料期间根据储罐压力，停止 BOG 压缩机有效降低卸船过程中的耗电量，当船舱内 LNG 相对于储罐内 LNG 为过热态时，及时启动两台 BOG 压缩机，控制储罐压力，防止上涨过快。

参考文献：

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