液化天然气接收站保冷循环工艺研究

液化天然气接收站保冷循环工艺研究

张雪

中石油京唐液化天然气有限公司 河北省唐山市 063200

摘要：天然气属于一种清洁优质能源，可用于发电厂、工厂、家庭，在世界经济发展中起着非常重要作用。由于天然气是液态气体，容易挥发，比较难于存储和运输，目前比较常见的存储工艺是保冷循环工艺，本文主要研究液化天然气不同接收站设计方向优劣，从而选出实用性最强的保冷工艺，并大力投入到天然气运输中，从而降低天然气损耗，减少其运营成本。

关键词：液化天然气；接收站；保冷循环工艺

引言：天然气接收站是船运液化天然气接卸、存储、气化、外输装置，采用节流、膨胀和加冷源制冷工艺存储，并在投入使用前维持天然气冷态，以减少天然气挥发，保证天然气功能性。天然气常压温度为162-158℃，在低温运行下，卸料管线因管径大、长度长等特点，也需要保持冷态，且该管线所需保冷量最大，保冷工艺的选择对整个系统影响较大，所以必须注重不同保冷工艺对卸料管线的保冷情况分析。

1. 冷循环工艺简介

分析甲工艺（图1）可以发现，液化天然气经存储罐内潜液泵送出后分别进入再冷凝器和卸料总管，两者进行保冷循环后都返回再冷凝器，一同去往下游。

图 1 甲工艺部分流程

分析乙工艺（图2）可以发现，液态天然气经储罐内潜液泵送出后也是分别进入再冷凝器和卸料总管，两者进行冷循环后全部返回储罐。

图 2 乙工艺部分流程

2. 冷循环工艺对比分析

2.1对比运行能耗

由图1、图2可知，甲工艺保冷循环在下游汇集，保证了下游的制冷需求。而乙工艺保冷液态天然气则完全返回储罐，由此得出甲工艺泵负荷低于乙工艺，意味着甲工艺比乙工艺少启用一台泵。以美国某公司生产的液态天然气潜液泵为例，功率在1000-2300kW，取其最小值，则外输量相等时，甲工艺耗电量明显低于乙工艺耗电量，按照全天候运行计算，每天的耗电量为2400kw.h。

此外由于乙工艺会有大量天然气返回储罐，储罐内天然气经搅动后会有蒸发，这表明乙工艺蒸发量明显高于甲工艺，乙工艺只有在压缩机高负荷运行下才能维持系统稳定，减少蒸发。那么意味着甲工艺在负荷80%的情况下运行，乙工艺要负荷160%的情况下运行。在700kw天然气压缩机运行下，甲工艺耗电量明显高于乙工艺，按照全天候运行计算，每天的耗电量为168kw.h。

通过分析可以确定，甲工艺运行能耗明显低于乙工艺，但是两者究竟谁能节能还要取决于卸料管线，卸料管线较长，乙工艺保冷量需求越大，返回储罐时闪蒸量越大，那么压缩机负荷就高。而甲工艺虽然也会影响保冷量需求，但是对天然气产生量影响较小，所以压缩机负荷也相对较小[1]。

2.2.对比最小外输量

由于我国天然气能源较为充足，所以对国外进口天然气需求量相对较少，除冬季以外，其余时间都极少使用天然气，那么就需要接收站长期存储天然气，并尽可能减少存储期间天然气的损耗。最小外输量就是站内系统正常运行下天然气日损耗量，日损耗受多项指标的影响，其中最主要的一项是蒸发气，只有确保蒸发气被完全冷凝回收，才能保证系统压力正常，减少外输量。站内的蒸发气越多，压缩机负荷越大，在冷凝过程中需要的液化天然气量越多，最小外输量也就越大。在同等条件下乙工艺产生的蒸发气要多，最小外输量也相对较高，一般高出10%-20%，所以乙工艺在耗能方面明显高于甲工艺[2]。

2.3对比应急操作

只有在系统正常运行下，才能保证天然气正常存储，免于挥发。但是系统设备也会出现故障，下文主要分析甲工艺和乙工艺在系统故障状态下的应急操作，对其差异性进行分析，从中找出最合适的应急预案。

2.3.1低压泵跳车对比

甲工艺在低压泵跳车情况下会造成系统低压，可通过观察其余运行负荷量采取对应预案，若其余运行低压泵负荷较高，需先将所有低压泵调小，以维持低压系统压力，待系统稳定后再重启低压泵，恢复原系统。若其余低压泵负荷较低，则需给低压系统充压，避免因低压泵压力较低过载。甲工艺应急预案操作难度适中，恢复速度也适中。

乙工艺出现低压泵跳车后，压力会迅速下降，其余运行的低压泵负荷会突然增大，需立即关闭卸料管线，微调其他低压泵负荷，待系统稳定后重启低压泵，恢复卸料管线冷循环。乙工艺操作难度较小，恢复速度较快。

由此可见，在低压泵跳车情况下乙工艺操作明显优于甲工艺。甲工艺由于需要结合实际运行情况核查低压泵故障原因，所以操作量相对较大，恢复速度也较慢，容易出现低压泵过载现象。乙工艺在发生设备故障时只需关闭冷循环，将原本用于保冷的天然气补充给下游即可，减少系统故障对低压泵的影响，可在最短时间内恢复运行。

2.3.2压缩机跳车紧急操作

甲工艺和乙工艺在压缩机跳车情况下再冷凝器液位会上升，低压系统压力会下降。甲工艺需调整再冷凝系统，设法维持液位稳定，降低压泵负荷，该工艺操作较为简单，恢复速度中等；乙工艺需调整再冷凝系统，设法维持液位稳定，并增加低压泵负荷，同时关闭卸料管线冷循环。该工艺难度适中，恢复速度较快。由此可见，在压缩机跳车情况下，甲工艺因需调节参数较少，所以操作量也相对较少，但收效较慢。乙工艺则是由两个控制点调节，若操作得当，乙工艺速度会超过甲工艺。

2.4对比操控性能

接收站主要作用是将蒸发气进行冷凝处理，其系统主要用于控制再冷凝器压力、液位和温度稳定，一旦上述参数中的任何一项超限，便会导致设备停止运行，严重还会使所有系统宕机，不利于天然气存储。由图1和图2可以看出，甲工艺再冷凝器上游是低压泵出口和经保冷循环后的天然气，在运行过程中影响因素较多，稳定性也相对较差。而乙工艺的再冷凝器直接来源于低压泵出口，所以稳定性较好，受影响因素也较少，稳定性比甲工艺更好。

在接卸液化天然气船时，卸料开始前需先停止冷循环，待卸料结束后才恢复冷循环。在此期间甲工艺操作难度较大，需要注重冷循环流量变化，保证冷凝器液化天然气流量恒定。而乙工艺对再冷凝器影响较小，所以操作难度较小。由此得知，在操作性能方面，甲工艺明显不如乙工艺。

以上研究得出，在遇到紧急情况下，甲工艺在应急操作方面明显不如乙工艺。

结论：综上所述，多方面因素均可能影响液化天然气接收站保冷循环工艺应用效果。为保证该工艺更好服务于实际生产，相关软硬件升级、智能化技术应用等方面也需要得到重视。

参考文献:

[1]刘筠竹,于传生,赵弘翔. 液化天然气接收站保冷循环工艺分析[J]. 当代化工,2015(4):840-842.

[2]何俊男,吴明,孙东旭. 保冷循环操作对接收站功耗影响研究[J]. 低温工程,2018(4):35-42,56.