论文部分内容阅读
摘 要：大型常压LNG储罐是接收站重要设备，本文详细介绍了国内LNG接收站常用16×104m3常压LNG储罐的冷却过程，分析了LNG储罐冷却前应具备的条件及注意事项，讨论了LNG储罐冷却过程中的压力控制、冷却介质（LNG）供应及流量控制、冷却过程的监控及冷却速率控制等技术，并给出了相应解决方法。
关键词：LNG;全容储罐;调试;冷却;压力控制;流量控制;冷却速率控制
1 LNG 储罐及调试概述
国内LNG接收站常见16×104m3地上全容式LNG储罐的建设周期一般为3a左右（ 包含设计阶段）。在装置机械安装完工、电气和仪表系统调试完成后，进行 LNG 储罐的水压试验、除水、气密试验、储罐干燥和氮气置换等预调试工作，其中最关键和最危险的环节就是冷却。LNG储罐的冷却范围除了储罐本体还有 4 条相关液相管线： 卸料总管、低压泵输出总管、零输出。它们的冷却顺序为： 卸料总管的冷却、储罐的冷却、低压泵输出总管的冷却、零输出进罐管线的冷却。
对于一个接收站来说，LNG储罐冷却有两种方式 ：
1） 接收第一船LNG时，对接收站内首批建成的储罐进行冷却，使LNG储罐达到使用条件，之后完成其他调试工作。这种冷却只能利用船上的LNG进行。
2） 接收站已经投产，后续投用的LNG储罐冷却所用的LNG则可以来自其他储罐 ， 而且不影响接收站的正常外输和卸船作业。
本文探讨的是第二种情况，且针对国内某LNG项目后期投用的的2号160000 m3 地上全容储罐的冷却和调试，所用的冷却介质LNG来自已经投产的1号储罐。
2 冷却过程的前提条件及注意事项
2 . 1 LNG 储罐冷却前应具备的条件
1）LNG储罐已经经过干燥，内罐﹑穹顶﹑内外罐夹层﹑罐底等空间已经进行了干燥、氮气吹扫和置换，并保持正压的氮气环境。
2）BOG（蒸发气）处理系统已经投入运行。
3）其他在用 LNG 储罐低压泵外输运行正常。
4）储罐顶部的卸料总管与地面卸料总管已经同时被冷却。
5）即将冷却的2号LNG储罐与相邻的工艺系统之间安装隔离。
6）按照PI&D图的要求检查所有工艺阀门、氮气系统阀门、仪表风系统、放空阀门、安全阀上、下游手阀、仪表的隔离阀状态。
7）LNG 接收站处于最小输出或零输出的循环模式。
8）火炬系统运行正常，长明灯已经点燃。
2 . 2储罐冷却步骤
在DCS中开启卸料管线主阀门 （注意在开启此阀门之前，必须平衡阀前阀后的压力后（0.5MP）再将其开启，在开启该阀门时，罐顶必须要有外操，由于阀后至储罐的该段管线里全部是BOG气体，所以当该阀开启时，首先会听到管线里有很大的气流声，随着LNG不断的填充管线，管线里的BOG气体被置换出去，当LNG充满卸料管线到达罐顶时，会明显的听到液体流动的声音，且之前的BOG强大的气流声会随之消失，管线里是平稳的液体流动声音，声音较小，所以罐顶的外操一定要听管线里声音的变化，当听到液体到达罐顶开始进入储罐时，立即通知内操将喷淋线的阀门全部关闭，然后再缓慢开启少量的开度，从2.6%至大约20-30%左右，具体要通过储罐的温度下降情况而调整阀门的开度，储罐的预冷速率控制在每小时-3℃-5℃），查看储罐的温度通过DCS储罐温度明细界面来查看，可以将主要的10个温度控制点设置在一个趋势图里通过大屏幕方便随时掌握预冷情况。
3 LNG 储罐冷却
3 . 1 LNG 儲罐冷却过程压力控制
冷却时LNG储罐内的氮气通过罐顶DN150的放空管线进行排放，储罐压力控制在15 kPa ，过一段时间排放出来的将是天然气。当氮气浓度降低到可回收的标准（体积分数为15%以下）时，储罐压力将由BOG系统来控制。如果罐内压力继续上升而超过设定值，还可以通过罐顶的就地放空，直接排放到大气中。
3 . 2 冷却介质（ LNG ） 的供应及流量控制
当上罐的卸料总管冷却结束后，卸料总管充满LNG，就可把DN1000 卸料总管内的 LNG 引入喷淋环管对储罐进行冷却。
LNG的流量将通过安装在喷淋线上的孔板流量计来控制，冷却过程要密切监控温降速率和罐内压力。
LNG流量将周期性地增加以维持稳定的冷却速率。LNG在冷却过程的实际供应情况如下（与理论计算有一定偏差）：
1） 冷却开始时的LNG流量为3～ 7.5m3/h（LNG密度约为426.0 kg/m3）。
2）冷却结束时为27.0 ～33.0m3/h，储罐内压力控制在23 kPa以内，温度降低速率为3-5℃/h 。
3）LNG储罐冷却到-152℃大约需要600m3的LNG，放空量约为94 m3，储罐冷却共需 50h ，之后LNG将通过底部卸料管供应。
3 . 3 冷却过程的监控及冷却速率控制
冷却速率为3℃/h ，冷却用 LNG 最大流量不能引起温降速率超过5 ℃/h ，即使在最后的冷却阶段。（ 最后的冷却阶段是指所有底部温度传感器达到-120℃）。
为了监控冷却过程中储罐的温度梯度，在储罐多处位置安装了温度传感器。内罐底部或罐壁任意两个相邻检测点的温度梯度不得超过30℃。内罐底部和罐壁表面的温度梯度不得超过50℃。如果温度梯度超过上述数值，应停止注入LNG到储罐，直到温差在允许值内。
此过程中可能会出现由于温度传感器损坏而温度读数不准确的现象，这时需根据实际情况进行判断并参考其他读数调整温度读数。 应调节冷却气体和LNG的流量以避免由于储罐内气体冷却太快引起压力骤降而产生局部真空。
冷却过程对接收站外输没有影响，但是 LNG 卸船期间储罐冷却要暂停， 卸船结束后恢复冷却。
4冷却过程出现的问题及解决方法
1）冷却过程中管线位移过大、法兰泄漏。如高压排液管位移量达25 mm ，卸料管线也出现了同样的问题，并且法兰发生泄漏。对于管线的位移，可以通过加固固定支撑解决，或者切割钢结构，以使管道有足够位移空间。对于泄漏的法兰用力矩扳手重新紧固一遍。
2）罐顶 DN150 放空管线不能滿足放空要求，冷却过程罐压持续上升，最高达到23 kPa ，通过暂停冷却和控制LNG流量，并且打开就地放空阀门来降低罐压。就地放空时间大约25h，直到氮气体积分数低于15%，把BOG系统投用才关闭就地放空阀门。
5 结论
1）冷却过程中应着重监测储罐压力、储罐LNG流量、罐壁和底板的温度等参数，严格控制冷却速度在允许的范围内。
2）大口径LNG管线的冷却最好开始时用BOG进行冷却，会使大口径管线均匀冷却，从而减小管道的位移量。
3）编写、审核调试规程，除了对介质特性﹑P&ID图纸熟练掌握之外，一定要与设备﹑管线的现场实际位置进行充分的对照。
4） LNG接收站的正常外输对LNG储罐的冷却没有影响，但是卸船对储罐冷却有影响，冷却操作必须暂停。
5）对于已经运营的LNG接收站在对后期投用的LNG储罐冷却时，冷却初期可采用较小的冷却速度，当BOG的排放量达到了接收站最大回收量时可逐渐提高冷却速度来减少BOG的排放，达到节能减排的目的。
参考文献
[1] LNG 接收站投产运行关键技术中石油大连液化天然气有限公司编，2015.
[2] 章川泉， 杨晓东. 液化天然气储罐氮气吹扫干燥方案探讨[R] ∥第二届中国 LN G 论坛. 上海： [出版者不详] ， 2009 .
[3] 广西北海天然气分公司PID流程图 .
[4] 王冰， 陈学东， 王国平. 大型低温液化天然气储罐设计与建造技术进展[R] ∥第二届中国 LN G 论坛. 上海： [出版者不详] ， 2009 .
关键词：LNG;全容储罐;调试;冷却;压力控制;流量控制;冷却速率控制
1 LNG 储罐及调试概述
国内LNG接收站常见16×104m3地上全容式LNG储罐的建设周期一般为3a左右（ 包含设计阶段）。在装置机械安装完工、电气和仪表系统调试完成后，进行 LNG 储罐的水压试验、除水、气密试验、储罐干燥和氮气置换等预调试工作，其中最关键和最危险的环节就是冷却。LNG储罐的冷却范围除了储罐本体还有 4 条相关液相管线： 卸料总管、低压泵输出总管、零输出。它们的冷却顺序为： 卸料总管的冷却、储罐的冷却、低压泵输出总管的冷却、零输出进罐管线的冷却。
对于一个接收站来说，LNG储罐冷却有两种方式 ：
1） 接收第一船LNG时，对接收站内首批建成的储罐进行冷却，使LNG储罐达到使用条件，之后完成其他调试工作。这种冷却只能利用船上的LNG进行。
2） 接收站已经投产，后续投用的LNG储罐冷却所用的LNG则可以来自其他储罐 ， 而且不影响接收站的正常外输和卸船作业。
本文探讨的是第二种情况，且针对国内某LNG项目后期投用的的2号160000 m3 地上全容储罐的冷却和调试，所用的冷却介质LNG来自已经投产的1号储罐。
2 冷却过程的前提条件及注意事项
2 . 1 LNG 储罐冷却前应具备的条件
1）LNG储罐已经经过干燥，内罐﹑穹顶﹑内外罐夹层﹑罐底等空间已经进行了干燥、氮气吹扫和置换，并保持正压的氮气环境。
2）BOG（蒸发气）处理系统已经投入运行。
3）其他在用 LNG 储罐低压泵外输运行正常。
4）储罐顶部的卸料总管与地面卸料总管已经同时被冷却。
5）即将冷却的2号LNG储罐与相邻的工艺系统之间安装隔离。
6）按照PI&D图的要求检查所有工艺阀门、氮气系统阀门、仪表风系统、放空阀门、安全阀上、下游手阀、仪表的隔离阀状态。
7）LNG 接收站处于最小输出或零输出的循环模式。
8）火炬系统运行正常，长明灯已经点燃。
2 . 2储罐冷却步骤
在DCS中开启卸料管线主阀门 （注意在开启此阀门之前，必须平衡阀前阀后的压力后（0.5MP）再将其开启，在开启该阀门时，罐顶必须要有外操，由于阀后至储罐的该段管线里全部是BOG气体，所以当该阀开启时，首先会听到管线里有很大的气流声，随着LNG不断的填充管线，管线里的BOG气体被置换出去，当LNG充满卸料管线到达罐顶时，会明显的听到液体流动的声音，且之前的BOG强大的气流声会随之消失，管线里是平稳的液体流动声音，声音较小，所以罐顶的外操一定要听管线里声音的变化，当听到液体到达罐顶开始进入储罐时，立即通知内操将喷淋线的阀门全部关闭，然后再缓慢开启少量的开度，从2.6%至大约20-30%左右，具体要通过储罐的温度下降情况而调整阀门的开度，储罐的预冷速率控制在每小时-3℃-5℃），查看储罐的温度通过DCS储罐温度明细界面来查看，可以将主要的10个温度控制点设置在一个趋势图里通过大屏幕方便随时掌握预冷情况。
3 LNG 储罐冷却
3 . 1 LNG 儲罐冷却过程压力控制
冷却时LNG储罐内的氮气通过罐顶DN150的放空管线进行排放，储罐压力控制在15 kPa ，过一段时间排放出来的将是天然气。当氮气浓度降低到可回收的标准（体积分数为15%以下）时，储罐压力将由BOG系统来控制。如果罐内压力继续上升而超过设定值，还可以通过罐顶的就地放空，直接排放到大气中。
3 . 2 冷却介质（ LNG ） 的供应及流量控制
当上罐的卸料总管冷却结束后，卸料总管充满LNG，就可把DN1000 卸料总管内的 LNG 引入喷淋环管对储罐进行冷却。
LNG的流量将通过安装在喷淋线上的孔板流量计来控制，冷却过程要密切监控温降速率和罐内压力。
LNG流量将周期性地增加以维持稳定的冷却速率。LNG在冷却过程的实际供应情况如下（与理论计算有一定偏差）：
1） 冷却开始时的LNG流量为3～ 7.5m3/h（LNG密度约为426.0 kg/m3）。
2）冷却结束时为27.0 ～33.0m3/h，储罐内压力控制在23 kPa以内，温度降低速率为3-5℃/h 。
3）LNG储罐冷却到-152℃大约需要600m3的LNG，放空量约为94 m3，储罐冷却共需 50h ，之后LNG将通过底部卸料管供应。
3 . 3 冷却过程的监控及冷却速率控制
冷却速率为3℃/h ，冷却用 LNG 最大流量不能引起温降速率超过5 ℃/h ，即使在最后的冷却阶段。（ 最后的冷却阶段是指所有底部温度传感器达到-120℃）。
为了监控冷却过程中储罐的温度梯度，在储罐多处位置安装了温度传感器。内罐底部或罐壁任意两个相邻检测点的温度梯度不得超过30℃。内罐底部和罐壁表面的温度梯度不得超过50℃。如果温度梯度超过上述数值，应停止注入LNG到储罐，直到温差在允许值内。
此过程中可能会出现由于温度传感器损坏而温度读数不准确的现象，这时需根据实际情况进行判断并参考其他读数调整温度读数。 应调节冷却气体和LNG的流量以避免由于储罐内气体冷却太快引起压力骤降而产生局部真空。
冷却过程对接收站外输没有影响，但是 LNG 卸船期间储罐冷却要暂停， 卸船结束后恢复冷却。
4冷却过程出现的问题及解决方法
1）冷却过程中管线位移过大、法兰泄漏。如高压排液管位移量达25 mm ，卸料管线也出现了同样的问题，并且法兰发生泄漏。对于管线的位移，可以通过加固固定支撑解决，或者切割钢结构，以使管道有足够位移空间。对于泄漏的法兰用力矩扳手重新紧固一遍。
2）罐顶 DN150 放空管线不能滿足放空要求，冷却过程罐压持续上升，最高达到23 kPa ，通过暂停冷却和控制LNG流量，并且打开就地放空阀门来降低罐压。就地放空时间大约25h，直到氮气体积分数低于15%，把BOG系统投用才关闭就地放空阀门。
5 结论
1）冷却过程中应着重监测储罐压力、储罐LNG流量、罐壁和底板的温度等参数，严格控制冷却速度在允许的范围内。
2）大口径LNG管线的冷却最好开始时用BOG进行冷却，会使大口径管线均匀冷却，从而减小管道的位移量。
3）编写、审核调试规程，除了对介质特性﹑P&ID图纸熟练掌握之外，一定要与设备﹑管线的现场实际位置进行充分的对照。
4） LNG接收站的正常外输对LNG储罐的冷却没有影响，但是卸船对储罐冷却有影响，冷却操作必须暂停。
5）对于已经运营的LNG接收站在对后期投用的LNG储罐冷却时，冷却初期可采用较小的冷却速度，当BOG的排放量达到了接收站最大回收量时可逐渐提高冷却速度来减少BOG的排放，达到节能减排的目的。
参考文献
[1] LNG 接收站投产运行关键技术中石油大连液化天然气有限公司编，2015.
[2] 章川泉， 杨晓东. 液化天然气储罐氮气吹扫干燥方案探讨[R] ∥第二届中国 LN G 论坛. 上海： [出版者不详] ， 2009 .
[3] 广西北海天然气分公司PID流程图 .
[4] 王冰， 陈学东， 王国平. 大型低温液化天然气储罐设计与建造技术进展[R] ∥第二届中国 LN G 论坛. 上海： [出版者不详] ， 2009 .