LNG接受終端的工藝系統(tǒng)及設備模板

LNG接受終端的工藝系統(tǒng)及設備模板資料內容僅供您學習參考，如有不當或者侵權，請聯(lián)系改正或者刪除。LNG接受終端的工藝系統(tǒng)及設備張立希陳慧芳摘要液化天然氣(LNG)有利于遠距離運輸、儲存及利用,現(xiàn)已形成LNG生產、儲存、運輸、接受、再氣化及冷量利用等完整的產、運、銷體系。中國東南沿海省市建設LNG接受終端已勢在必行,本文對LNG接受終端工藝系統(tǒng)及主要設備進行了綜述。主題詞LNG接受終端工藝系統(tǒng)設備天然氣的主要成分是甲烷。常壓下將天然氣冷凍到-162℃左右,可使其變?yōu)橐后w即液化天然氣(LNG)。LNG的體積約為其氣態(tài)體積的1/620,故液化后的天然氣更有利于遠距離運輸、儲存及利用。因此,LNG已成為現(xiàn)今遠洋運輸天然氣的主要方式。當前,世界上最大的LNG運輸船船容約13.8萬m3,最大的LNG儲罐容量為20萬m3,最大的LNG出口國是印度尼西亞,最大的LNG進口國是日本。1993年國際天然氣貿易量為3467.3億m3,其中LNG貿易量為832.4億m3(天然氣)。預計到2020年,世界天然氣貿易量將達6250億m3,其中大約1/3的天然氣以LNG方式成交。LNG一般由專用運輸船從生產地輸出終端運到目的地接受終端,經再氣化后外輸至用戶。當前,已形成了包括LNG生產、儲存、運輸、接受、再氣化及冷量利用等完整的產、運、銷LNG工業(yè)體系,見圖1所示。迄今為止,中國除臺灣省每年有一定量的LNG進口(1995年為2.5Mt)外,總體來講中國的LNG工業(yè)仍處于起步階段。近20年來,中國天然氣產量雖然增長較快,但由于資源相對貧乏,遠遠不能滿足國民經濟迅速發(fā)展的需要。據統(tǒng)計,到和,中國東南沿海5省市對天然氣的總需求將分別達263億m3和466億m3,大大超過同期中國海上天然氣的生產能力,故在該地區(qū)建設LNG接受終端,從國外進口LNG已勢在必行。因此,本文根據國內外有關技術資料對LNG接受終端工藝系統(tǒng)及主要設備加以綜述,以供大家參考。1LNG接受終端工藝系統(tǒng)1.1LNG的主要物理性質設計中采用的典型LNG組成(%,摩爾)為:CH485～90,C2H63～8,C3H81～3,C4H101～2,C+5微量。LNG再氣化(約-162℃)時的蒸發(fā)潛熱約為511kJ/kg［1］,其它主要物理性質見表1。表1LNG的主要物理性質相對密度(氣體)液體密度,kg/m3高熱值,MJ/m3①顏色0.60～0.70430～46041.5～45.3無色透明①指101.325kPa、15.6℃狀態(tài)下的氣體體積。LNG中H2S含量一般要求最大不超過4×10-6(體),總硫含量要求不超過30mg/m3(氣體),N2含量要求最大不超過1.0%(摩爾)。1.2LNG接受終端工藝流程由圖2可知,LNG接受終端一般由LNG卸船、儲存、再氣化/外輸、蒸發(fā)氣處理、防真空補氣和火炬/放空6部分工藝系統(tǒng)(有的終端還有冷量利用系統(tǒng))組成。現(xiàn)以中國東南沿海某地擬建的LNG接受終端工藝方案為例,對其分別說明如下。1.2.1LNG卸船系統(tǒng)由卸料臂、卸船管線、蒸發(fā)氣回流臂、LNG取樣器、蒸發(fā)氣回流管線及LNG循環(huán)保冷管線組成。LNG運輸船靠泊碼頭后,經碼頭上卸料臂將船上LNG輸出管線與岸上卸船管線連接起來,由船上儲罐內的輸送泵(潛液泵)將LNG輸送到終端的儲罐內。隨著LNG不斷輸出,船上儲罐內氣相壓力逐漸下降,為維持其值一定,將岸上儲罐內一部分蒸發(fā)氣加壓后經回流管線及回流臂送至船上儲罐內。LNG卸船管線一般采用雙母管式設計。卸船時兩根母管同時工作,各承擔50%的輸送量。當一根母管出現(xiàn)故障時,另一根母管仍可工作,不致使卸船中斷。在非卸船期間,雙母管可使卸船管線構成一個循環(huán),便于對母管進行循環(huán)保冷,使其保持低溫,減少因管線漏熱使LNG蒸發(fā)量增加。一般,由岸上儲罐輸送泵出口分出一部分LNG來冷卻需保冷的管線,再經循環(huán)保冷管線返回罐內。每次卸船前還需用船上LNG對卸料臂等預冷,預冷完畢后再將卸船量逐步增加至正常輸量。卸船管線上配有取樣器,在每次卸船前取樣并分析LNG的組成、密度及熱值。1.2.2LNG儲存系統(tǒng)由低溫儲罐、附屬管線及控制儀表組成。LNG低溫儲罐采用絕熱保冷設計。由于有外界熱量或其它能量導入,例如儲罐絕熱層、附屬管件等的漏熱、儲罐內壓力變化及輸送泵的散熱等,故會引起儲罐內少量LNG的蒸發(fā)。正常運行時,罐內LNG的日蒸發(fā)率約為0.06%～0.08%。卸船時,由于船上儲罐內輸送泵運行時散熱、船上儲罐與終端儲罐的壓差、卸料臂漏熱及LNG液體與蒸發(fā)氣的置換等,蒸發(fā)氣量可數倍增加。為了最大程度減少卸船時的蒸發(fā)氣量,應盡量提高此時儲罐內的壓力。蒸發(fā)氣中含有更多的易揮發(fā)成分,如N2、CH4等。例如,當LNG中N2含量約1%(摩爾)時,蒸發(fā)氣中N2含量可達20%,故其熱值遠低于終端外輸氣。一般,可采用向蒸發(fā)氣中加入丙烷或與外輸氣混合的方式以滿足用戶對這種燃料氣的熱值要求。接受終端的儲存能力可按下式計算,即Vs=Vt+nQ-tq(1)式中:Vs─儲存能力,m3;Vt─LNG運輸船船容,m3;n─連續(xù)不可作業(yè)的日數,d;Q─平均日輸送量,m3/d;t─卸船時間,h;q─卸船時的輸送量,m3/d。一般說來,接受終端至少應有2個等容積的儲罐。例如,本方案接受終端一期規(guī)模為2.0Mt/d,采用的LNG運輸船船容為13.5萬m3,如連續(xù)不可作業(yè)的日數為5d,卸船時間按12h計,則應選用13.5萬m3的儲罐2臺。1.2.3LNG再氣化/外輸系統(tǒng)包括LNG儲罐內輸送泵(潛液泵)、儲罐外低/高壓外輸泵、開架式水淋蒸發(fā)器、浸沒燃燒式蒸發(fā)器及計量設施等。儲罐內LNG經罐內輸送泵加壓后進入再冷凝器,使來自儲罐頂部的蒸發(fā)氣液化。從再冷凝器中流出的LNG可根據不同用戶要求,分別加壓至不同壓力。例如,本方案一部分LNG經低壓外輸泵加壓至4.0MPa后,進入低壓水淋蒸發(fā)器中蒸發(fā)。水淋蒸發(fā)器在基本負荷下運行時,浸沒燃燒式蒸發(fā)器作為備用設備,在水淋蒸發(fā)器維修時運行或在需要增加氣量調峰時并聯(lián)運行;另一部分LNG經高壓外輸泵加壓至7MPa后,進入高壓水淋蒸發(fā)器蒸發(fā),以供遠距離用戶使用。高壓水淋蒸發(fā)器也配有浸沒燃燒式蒸發(fā)器備用。再氣化后的高、低壓天然氣(外輸氣)經計量設施分別計量后輸往用戶。為保證罐內輸送泵、罐外低壓和高壓外輸泵正常運行,泵出口均設有回流管線。當LNG輸送量變化時,可利用回流管線調節(jié)流量。在停止輸出時,可利用回流管線打循環(huán),以保證泵處于低溫狀態(tài)。1.2.4蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)包括蒸發(fā)氣冷卻器、分液罐、壓縮機及再冷凝器等。此系統(tǒng)應保證LNG儲罐在一定壓力范圍內正常工作。儲罐的壓力取決于罐內氣相(蒸發(fā)氣)的壓力。當儲罐處于不同工作狀態(tài),例如儲罐有LNG外輸、正在接受LNG或既不外輸也不接受LNG時,其蒸發(fā)氣量均有較大差別,如不適當處理,就無法控制氣相壓力。因此,儲罐中應設置壓力開關,并分別設定幾個等級的超壓值及欠壓值,當壓力超過或低于各級設定值時,蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)按照壓力開關進行相應動作,以控制儲罐氣相壓力。在低溫下運行的蒸發(fā)氣壓縮機,對入口溫度一般有一定限制。往復式壓縮機一般要求為-80～-160℃,離心式壓縮機為-120～-160℃。為保證入口溫度不超限(主要是防止超過上限),故要求在壓縮機入口設蒸發(fā)氣冷卻器,利用LNG的冷量保證入口溫度低于上限。1.2.5儲罐防真空補氣系統(tǒng)為防止LNG儲罐在運行中產生真空,在流程中配有防真空補氣系統(tǒng)。補氣的氣源一般為蒸發(fā)器出口管匯引出的天然氣。有些儲罐也采取安全閥直接連通大氣的做法,當儲罐產生真空時,大氣可直接由閥進入罐內補氣。1.2.6火炬/放空系統(tǒng)當LNG儲罐內氣相空間超壓,蒸發(fā)氣壓縮機不能控制且壓力超過泄放閥設定值時,罐內多余蒸發(fā)氣將經過泄放閥進入火炬中燒掉。當發(fā)生諸如翻滾現(xiàn)象等事故時,大量氣體不能及時燒掉,則必須采取放空措施排泄。2LNG接受終端主要設備2.1卸料臂一般根據終端規(guī)模配置數根卸料臂及1根蒸發(fā)氣回流臂,二者尺寸可同可異,但結構性能相同。如若尺寸相同則可互用。卸料臂的選型應考慮LNG卸船量和卸船時間,同時根據棧橋長度、管線距離、高程、船上儲罐內輸送泵的揚程等,確定其壓力等級、管徑及數量。蒸發(fā)氣回流臂則應根據蒸發(fā)氣回流量確定其管徑等。卸料臂的旋轉接頭可在工作狀態(tài)時平移和轉動,同時還配有安全切斷裝置。2.2LNG儲罐LNG儲罐屬常壓、低溫大型儲罐,分為地上式與地下式兩類,一般為平底雙壁圓柱形。儲罐內壁與LNG直接接觸,一般采用含鎳9%的合金鋼,也可為全鋁、不銹鋼薄膜或預應力混凝土,外壁為碳鋼或預應力混凝土。壁頂的懸掛式絕熱支撐平臺為鋁制,罐頂則由碳鋼或混凝土制成。罐內絕熱材料主要為膨脹珍珠巖、彈性玻璃纖維氈及泡沫玻璃磚等。LNG儲罐又有單容(單封閉)罐、雙容(雙封閉)罐及全容(全封閉)罐三種型式,分別見圖3、4及5。單容罐主容器內壁一般為含鎳9%的合金鋼,外壁為碳鋼,而輔助容器只是由較低防護堤圍成的收液槽,用于防止在主容器發(fā)生事故時LNG外溢擴散。與單容罐相比,雙容罐的輔助容器則是在主容器外圍設置的一層高度與罐壁相近,并與主容器分開的圓柱形混凝土防護墻。全容罐內壁為含鎳9%的合金鋼、不銹鋼薄膜(全容薄膜罐)或預應力混凝土,外壁為預應力混凝土。因此,全容罐的外壁不但可防止罐內LNG泄漏時外溢,還可防止子彈擊穿、熱輻射等,故也起到了輔助容器的作用。這三種型式的儲罐各有優(yōu)缺點,選擇罐型時