作者：张强强
第一作者单位：海洋石油工程股份有限公司
摘自《煤气与热力》年2月刊
1概述
近年来，随着我国能源结构的调整以及环境改善对清洁能源的迫切需求，液化天然气行业进入了飞速发展阶段，沿海纷纷投资兴建LNG接收站［1-2］。LNG储罐作为接收站中最为重要的设备，预冷是投产试运工作中最为关键，也是风险最高的环节［3］。目前，国内已经完成多座大型LNG储罐的预冷工作［4-7］。本文针对某LNG接收站，对LNG储罐预冷过程中出现的问题及解决途径进行探讨。2LNG储罐预冷工艺与步骤①主要工艺流程国内某座LNG接收站建有1个LNG卸料码头、2座LNG储罐、1座火炬、2台BOG压缩机、1套BOG再液化处理装置、10台槽车装车橇及附属设施。LNG储罐预冷前，储罐内充满氮气，压力保持在12kPa左右。LNG储罐预冷时，先使用低温氮气对卸料管、进料管预冷至-℃，然后来自LNG运输船的LNG通过船舱喷淋泵进行增压进入卸料管。卸料管中的LNG经进料管、预冷管进入储罐，并通过预冷管末端的喷嘴对储罐进行喷淋预冷。预冷期间产生的BOG通过BOG总管输送至火炬进行燃烧或由BOG压缩机处理后送往再液化处理装置。LNG接收站LNG储罐预冷工艺流程见图1。图1LNG接收站LNG储罐预冷工艺流程V1.储罐进料管紧急切断阀V2.底部进料管阀门V3.顶部进料管阀门V4.预冷管阀门V5.BOG支管阀门②典型预冷操作步骤由于不同LNG接收站内的LNG储罐预冷操作步骤基本一致，因此以该LNG接收站内两座LNG储罐同时投产为例，对LNG储罐预冷操作步骤进行介绍。a.采用低温氮气预冷卸料管。使用低温氮气对卸料管进行冷却。在卸料管冷却时，打开阀门V1、V3，储罐作为低温氮气等气体的放空场所，同时实现对进料管的预冷。由于底部进料管出口距储罐底板太近，为防止低温氮气对底板的不良影响，底部进料管阀门V2不开启，仅在卸料管预冷期间的阀门低温开关测试时开启。在卸料管预冷期间，需对阀门V1、V2、V3在低于0℃时进行低温开关测试。当卸料管的表面温度达到-℃时，标志着卸料管预冷完成。b.点燃火炬长明灯。在LNG运输船来船前一日点燃火炬长明灯，长明灯气源来自LPG钢瓶。c.使用LNG船上喷淋泵充填（本文中的充填，指充填LNG）卸料管。利用LNG船上喷淋泵进行卸料管充填时，应全开顶部进料管阀门V3，并确保充填过程中产生的BOG顺利排出。当进料管表面温度达到-℃时，标志着卸料管充填完成。d.置换储罐内的氮气。利用卸料管充填过程中产生的BOG，置换储罐内的氮气。置换初期，通过罐顶放空口就地放空，在放空口甲烷体积分数接近爆炸下限时，关闭相应的放空阀，打开BOG支管阀门V5，将罐内气体排放至火炬。e.冷却第1座储罐及低压泵。卸料管充填完成后，可以开始对第1座储罐进行预冷，储罐预冷通过预冷管进行。在预冷期间，罐底、罐壁上任意相邻的两个温度传感器的温差不应该超过20℃；储罐内任意两个温度传感器间的温差不应超过50℃。f.冷却第2座储罐及低压泵。g.低压输出总管的冷却及充填。h.充填第1座储罐至5m并静置12h。i.充填第2座储罐至5m并静置12h。j.测试第1座储罐低压泵。k.建立码头保冷循环。l.测试第2座储罐低压泵。m.储罐BOR（静态蒸发率）测试。n.可靠性运行测试。3预冷过程常见问题及解决途径3.1阀门低温开关测试及冻堵预防由于LNG接收站内压力管道安装完成后需要进行压力试验，出于安全性考虑，在工期允许的情况下，国内较多的LNG接收站均采用水压试验，水压试验后需要对管道进行吹扫置换，合格后方能开展下一步工作。管道吹扫置换受多种因素影响，如管道和阀门的设计、吹扫置换方案是否合理以及置换检测点的选取等。因此，在充填前管道内依然可能存在水，从而导致阀门发生冻堵，尤其是对于工期较为紧张的项目，这种现象更为普遍。为了检查阀门灵活性及是否存在冻堵情况，SY/T—《液化天然气管道低温氮气试验技术规程》第7.7节规定，在使用低温氮气预冷卸料管过程中，每降低20℃，对相关阀门进行开关操作一次（即低温开关测试），以查验阀门是否存在冻堵情况。①底部进料管阀门低温开关测试目前，国内的大型LNG储罐在工艺设计上基本一致，均有顶部进料和底部进料两种进料方式。底部进料管阀门作为储罐的关键阀门，为降低冻堵的风险，需要进行低温开关测试。在对底部进料管阀门进行低温开关测试时，不可避免地要通过底部进料管向储罐内排放低温氮气，由于底部进料管的管口距离内罐底板距离较近，可能存在低温氮气直接冲击储罐底板的情况，导致底板局部收缩过大而发生变形，甚至损坏。但在实际操作过程中，储罐仅作为氮气的一个排放场所，并没有被彻底预冷，罐内温度整体较高，平均温度在10℃以上。另外，罐内整体空间较大，低温氮气进入罐体后会很快扩散。加之底部进料管阀门在低温氮气预冷卸料管过程中并不持续开启，仅在低温开关测试期间开启，并不会对底板造成不良影响。为确保底板安全，事先确定某一温度作为底部进料管阀门低温开关测试的最低温度。当高于该温度时，可对底部进料管阀门进行低温开关测试，并监测底部进料管阀门附近底板的温度。当达到该温度后，停止底部进料管阀门的低温开关测试。这样，既完成了底部进料管阀门的低温开关测试，又避免了对内罐底板的损害。②阀门冻堵阀门冻堵不论是对储罐预冷还是对储罐投产后的日常运行均会带来较大影响，应该考虑从根本上避免。出现阀门冻堵的主要原因：尽管在水压试验后采取了氮气吹扫（检测点的露点测试结果达到要求），但由于阀门本身的结构等其他原因，阀门底座内仍然可能残留水，在低温下出现阀门冻堵现象。解决阀门冻堵的方法为：在条件允许的情况下，压力试验可以采用气压试验。在压力试验采用水压试验的前提下，在储罐预冷前，应采取措施保证阀门吹扫合格。3.2储罐低压输出总管充填在对低压输出总管进行冷却及充填前，使用低温氮气对其进行预冷，使低压输出总管的平均温度降至-℃以下。充填时，采用SDV阀（紧急切断阀）的旁通阀（见图1）半开方式进行，但仍易出现低压输出总管很快填满并且温降不可控的情况。经计算，该项目储罐的低压输出总管容积约2.5m3，SDV阀的旁通阀半开流量约15m3/h。因此，总管填满所需时间仅为10min，充填时间很短，可控性较差。由于低压泵出口管的预冷和充填是和低压输出总管同步进行的，基于低压输出总管充填难以控制的实际情况，低压泵出口管的温降速率也很难控制。同时，低压泵出口管布置比较紧凑复杂，若温降速率过快，易导致部分管段位移过大进而发生损坏。由上述分析可知，在对低压输出总管充填前，使用低温氮气进行预冷使温度降至-℃是非常有必要的。而且应将SDV阀的旁通阀严格控制在一个较小的开度，缓慢充填低压输出总管，避免温降过快。3.3两座储罐交叉作业对于新建LNG接收站一般至少有两座LNG储罐，在进行预冷操作时不可避免地会出现交叉作业的情况，势必会给预冷操作带来一定困难，只有事前做好方案，事中严格按照方案执行，才能确保储罐预冷的顺利进行。两座储罐的交叉作业主要涉及的环节有进料管的充填及储罐的预冷。在储罐预冷过程中，通常是第1座储罐预冷稳定后才开始预冷第2座储罐。这样操作主要原因为：a.在储罐预冷的前期，需要按照一定的操作流程逐步摸索出储罐温降速率在3~5℃/h对应的LNG流量，是储罐从常温向稳定温降的转变阶段，存在较大的操作风险，此时不宜对两座储罐同时进行操作。b.储罐预冷前期，是整个储罐预冷最为关键的阶段，需要在较短的时间内进行较多的操作，应集中精力保证第1座储罐顺利进入预冷状态，避免人员分散及操作指挥相互干扰。两座储罐不同时预冷决定了其前序步骤进料管不能同时完成充填操作。对于第1座储罐，进料管充填和储罐预冷是紧密衔接的。对于第2座储罐，进料管充填是分阶段进行的。第2座储罐的进料管先充填到一定高度，待第1座储罐预冷稳定后，再开始对第2座储罐进料管的剩余部分进行充填及随后的储罐预冷。对第2座储罐进料管进行部分充填的主要原因是第2座储罐暂时不进行预冷，进料管不宜一次填满，避免LNG提前进入储罐造成风险。3.4卸料管BOG排气操作由于卸料管一般较长且管径较大，而储罐预冷对LNG的需求有限，加之储罐预冷时间持续时间比较长，导致LNG在卸料管内长时间停留，并从环境中吸收热量，最终导致在储罐预冷的后期卸料管的顶部聚集大量的BOG，导致下游LNG供应不足，无法实现对储罐的正常预冷（表现为储罐温降速率比较慢）。针对上述情况，建议通过卸料管局部高点放空管（与BOG总管相连），定期对卸料管进行BOG排气操作。随着BOG排气操作的结束，储罐温降速率明显加快，若不及时关小预冷管阀门，储罐温降很快将超过5℃/h。因此，应避免卸料管单次长时间BOG排气操作，减小储罐温降速率的波动幅度。参考文献：［1］黄献智，杜书成.全球天然气和LNG供需贸易现状及展望［J］.油气储运，（1）：12-19.［2］马昌峰，刘申奥艺.全球LNG贸易新趋势与中国LNG行业发展［J］.国际石油经济，，24（6）：38-44，51.［3］李均方，李娇琳，张瑞春，等.液氮+LNG预冷在大型常压LNG储罐的应用［J］.石油与天然气化工，，44（6）：66-69.［4］成永强，田士章，魏念鹰，等.LNG接收站试运投产中储罐冷却的相关问题［J］.油气储运，（5）：-.［5］王良军，刘杨，罗仔源，等.大型LNG地上全容储罐的冷却技术研究［J］.天然气工业，，30（1）：93-95，.［6］张宝和.浮式LNG接收站3×m3全容储罐冷却技术研究［J］.石油与天然气化工，，46（2）：44-47.［7］张震，佟奕凡，章妍，等.大型全包容式LNG储罐冷却投用技术［J］.油气储运，（2）：-.（编辑：贺明健）同类论文低温氮气预冷LNG接收站卸料管道维普免费下载《煤气与热力》论文（现刊和过刊均可）
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