LNG接收站系統(tǒng)資料

...wd......wd......wd...LNG接收站的主要功能是接收、儲存、再氣化液化天然氣，為區(qū)域管網用戶穩(wěn)定供氣。近幾十年來，隨著工程建設的推進，先進、可靠的接收站技術已日趨成熟，可以為我們所用。一、接收站工藝LNG接收站按照對LNG儲罐蒸發(fā)氣(BOG)的處理方式不同，接收站工藝方法可以分為直接輸出和再冷凝兩種。直接輸出法是將蒸發(fā)氣壓縮到外輸壓力后直接送至輸氣管網；再冷凝法是將蒸發(fā)氣壓縮到較低的壓力(通常為0.9MPaG)與由LNG低壓輸送泵從LNG儲罐送出的LNG在再冷凝器中混合。由于LNG加壓后處于過冷狀態(tài)，可以使蒸發(fā)氣再冷凝，冷凝后的LNG經LNG高壓輸送泵加壓后外輸。因此，再冷凝法可以利用LNG的冷量，并減少了蒸發(fā)氣壓縮功的消耗，節(jié)省了能量。對于大型LNG接收站大多采用再冷凝工藝。圖6-1所示是典型的接收站再冷凝工藝流程接收站的生產系統(tǒng)包括：卸船系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、外輸及計量系統(tǒng)等。(一)卸船系統(tǒng)接收站的卸船系統(tǒng)包括專用碼頭、卸料臂、蒸發(fā)氣返回臂和管路等.CNG專用碼頭的特點是接收品種單一、數(shù)量多、船型大。碼頭上除設有大型運輸船靠泊、停泊設施外，LNG碼頭的專用設備是卸料臂。卸船操作在操作員的監(jiān)控下進展，重點是控制系統(tǒng)壓力。卸料臂通過液壓系統(tǒng)操作。LNG運輸船到達卸船碼頭后，通過運輸船上的輸送泵，經過多臺卸料臂分別通過支管聚集到總管，并通過總管輸送到LNG儲罐中。LNG進入儲罐后置換出的蒸發(fā)氣，通過一根返回氣管道，經氣相返回臂，送到運輸船的LNG儲艙中，以保持系統(tǒng)的壓力平衡。在卸船操作初期，采用較小的卸船流量來冷卻卸料臂及輔助設施，以防止產生較多的蒸發(fā)氣，導致蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)超負荷而排放到火炬。當冷卻完成后，再逐漸增加流量到設計值。卸船作業(yè)完成后，使用氮氣將殘留在卸料臂中的LNG吹掃干凈，并準備進展循環(huán)操作。，從各卸料支管中排除的LNG進入碼頭上設置的收集罐，并通過收集罐加熱器將排除的LNG氣化后經氣體返回管線送到蒸發(fā)氣總管。在無卸船期間，通過一根從低壓輸出總管來的循環(huán)管線以小流量LNG經卸料總管循環(huán)返回再冷凝器，以保持LNG卸料總管處于冷備用狀態(tài)。(二)儲存系統(tǒng)1.儲罐儲存系統(tǒng)是接收站重要的生產系統(tǒng)，而儲罐是該系統(tǒng)的主要設備。進出儲罐的所有管線接口都在罐頂。為了使不同密度的LNG以不同方式進入儲罐，流程上安排卸船時LNG可以從儲罐的上部管口直接進入儲罐，也可通過內部插入管由底部進入儲罐。通常在操作中，較重的LNG從上部進入，較輕的LNG從下部進入。同時，也可通過LNG低壓輸送泵將罐內LNG循環(huán)到上部或底部，從而有效防止分層、翻滾現(xiàn)象的產生。(1)儲罐的液位控制為了確保儲罐的安全操作，儲罐的液位、溫度、密度監(jiān)測十分重要。每個儲罐都應設置足夠的液位、溫度、密度連續(xù)測量設施，以有效監(jiān)控儲罐的液位。連續(xù)測量設施由數(shù)字邏輯單元和電機驅動單元組成，可以在LNG儲罐內垂直移動、連續(xù)測量。當溫差超過0.2℃或密度差超過0.5kg/m3時，應用LNG低壓輸送泵對罐內LNG進展循環(huán)操作，以肪止出現(xiàn)分層翻滾現(xiàn)象。儲罐設有上下液位自動保護裝置，在液位不正常時，報警并聯(lián)鎖停頓進料或停頓罐內低壓泵運行。(2)儲罐的壓力控制LNG儲罐是常壓儲存，全容罐的設計壓力一般為29kPa，因而外界大氣壓的變化對儲罐的操作影響很大，罐的壓力控制采用絕對壓力為基準。在正常操作條件下，儲罐的絕對壓力是通過BOG壓縮機壓縮回收儲罐的蒸發(fā)氣體來控制的。在兩次操作間隔時間段，儲罐的操作壓力應維持在低壓狀態(tài)[通常為0.1073MPa(絕壓)]，以防壓力控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，儲罐操作有一個緩沖空間。在卸船操作期間，儲罐的壓力將升高，儲罐處于較高壓力操作狀態(tài)。儲罐的壓力保護采用分級制：第一級超壓保護將排火炬，當儲罐壓力到達一定值(如儲罐設計壓力為0.029MPa，則儲罐壓力到達0.026MPa)時，控制閥翻開，超壓局部氣體排入火炬系統(tǒng)。第二級超壓保護排大氣，當儲罐壓力到達設計壓力時，儲罐上壓力安全閥翻開，超壓局部氣體直接排入大氣。第一級負壓保護靠補壓氣體，當儲罐在操作中壓力降低到設計負壓時，將通過高壓外輸天然氣總管上來的經兩級減壓后的氣體來維持儲罐內壓力穩(wěn)定。第一級負壓保護通過安裝在儲罐上的真空閥來實現(xiàn)。(3)儲罐的溫度監(jiān)測LNG儲罐的內罐底部和罐體上設有假設干測溫點，可監(jiān)測預冷操作和正常操作時罐內的溫度。在罐外也設有多個測溫點，可監(jiān)測LNG的泄漏。為防止儲罐根基結冰而危及混凝土根基，在儲罐根基上設有兩套電加熱系統(tǒng)，并在根基的不同位置設有溫度檢測設施以控制電加熱系統(tǒng)。2.罐內泵罐內泵的用途是將LNG儲罐內的液體抽出并送到下游裝置。在每臺泵的出口管線上裝有流量控制閥，用以調節(jié)各運行泵的出口在一樣流量下工作和緊急情況時切斷輸出。為保護泵，在每臺泵的出口管線上同時裝有最小流量控制閥，該最小流量管線也可用于罐內LNG的混合以防止出現(xiàn)分層。當接收站處于“零輸出〞狀態(tài)時，站內所有的低、高壓輸送泵停頓運行，僅開啟一臺罐內泵以確保少量的LNG在卸料總管中及LNG輸送管線中進展循環(huán)，保持系統(tǒng)處于冷狀態(tài)。(三)蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)1.蒸發(fā)氣增壓由于外界能量的輸入，如泵運轉、周圍環(huán)境熱量的泄入、大氣壓變化、環(huán)境影響等都會使處于極低溫的液化天然氣受熱蒸發(fā)，產生蒸發(fā)氣(BOG)。當卸船作業(yè)LNG送入儲罐時造成罐內LNG體積的變化也會加快蒸發(fā)。LNG接收站在卸船操作時產生的蒸發(fā)氣的量是無卸船操作時的數(shù)倍。儲罐內的蒸發(fā)氣壓力很低，需要增壓才能進入系統(tǒng)。采用蒸發(fā)氣壓縮機將儲罐內的蒸發(fā)氣抽出增壓后送入處理系統(tǒng)。蒸發(fā)氣壓縮機的控制可以是自動的，也可以是手動的。在自動操作模式下，LNG儲罐壓力通過一個總的絕壓控制器來控制，該絕壓控制器可自動選擇蒸發(fā)氣壓縮機的運行負荷等級(50%或100%)。在手動操作模式下，操作人員將根據(jù)儲罐的壓力檢測情況來選擇蒸發(fā)氣壓縮機的運行負荷等級。如果蒸發(fā)氣的流量比壓縮機(或再冷凝器)的處理能力高，儲罐和蒸發(fā)氣總管的壓力將升高，在這種情況下，多出的局部蒸發(fā)氣將通過與蒸發(fā)氣總管相接的壓力控制閥排到火炬。一般選用1臺壓縮機的能力足夠處理不卸船操作條件下產生的蒸發(fā)氣體，僅在卸船時，才同時開2臺壓縮機。2.再冷凝采用再冷凝工藝的接收站，蒸發(fā)氣增壓后送入再冷凝器。再冷凝器主要有兩個功能，一是在再冷凝器中，經加壓后的蒸發(fā)氣與低壓輸送泵送出的LNG混合，由于LNG加壓后處于過冷狀態(tài)，使蒸發(fā)氣再冷凝為液體，經LNG高壓輸送泵加壓后外輸，因此再冷凝器的另一個功能是可用作LNG高壓輸送泵的入口緩沖容器。再冷凝器的內筒為不銹鋼鮑爾環(huán)填充床。蒸發(fā)氣和LNG都從再冷凝器的頂部進入，并在填充床中混合。此處的壓力和液位控制保持恒定，以確保LNG高壓輸送泵的入口壓力恒定。再冷凝器設有比例控制系統(tǒng)，根據(jù)蒸發(fā)氣的流量控制進入再冷凝器的LNG流量，以確保進入高壓輸送泵的LNG處予過冷狀態(tài)。在再冷凝器的兩端設有旁路，未進入再冷凝器的LNG通過旁路與來自再冷凝器的LNG混合后進入高壓輸送泵，同時旁路也可以保證再冷凝器檢修時，LNG的輸出可繼續(xù)進展。如果再冷凝器氣體入口壓力在高值范圍不規(guī)則波動，再冷凝器的操作壓力控制器將通過釋放局部氣體到蒸發(fā)氣總管來維持。在外輸量較低時，再冷凝器可能不能將壓縮后的蒸發(fā)氣體完全冷凝下來。這種情況可通過再冷凝器液體出口溫度增加來檢測。通過該溫度信號調節(jié)控制蒸發(fā)氣壓縮機的能力。(四)輸送系統(tǒng)LNG接收站輸送系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)LNG再氣化，外輸供氣。該系統(tǒng)主要包括高壓輸送和LNG氣化兩局部。1.LNG高壓輸送泵從再冷凝器出來的LNG直接進入LNG高壓輸送泵，加壓后通過總管輸送到氣化器。根據(jù)外輸氣量的要求控制LNG高壓輸送泵啟停臺數(shù)。在氣化器的入口LNG管線上設有流量調節(jié)來控制LNG高壓輸送泵的外輸流量。該流量調節(jié)可以由操作員手動控制，也可根據(jù)外輸天然氣總管上的壓力變化來控制，通過LNG高壓輸送泵的外輸流量來保證外輸天然氣總管上的壓力穩(wěn)定。在高壓輸送泵出口管上設有最小流量回流管線，以保護泵的安全運行。2.氣化器LNG在氣化器中再氣化為天然氣，計量后經輸氣管線送往各用戶。氣化后的天然氣最低溫度一般為0℃。LNG接收站一般設有兩種氣化器：一種用于正常供氣氣化，長期穩(wěn)定運行；另一種通常僅作為調峰或維修時使用，要求啟動快。氣化器通常用海水作熱源，海水流量通過海水管線上的流量調節(jié)閥來控制，控制海水流量滿足氣化熱負荷要求，同時限制海水溫降不超過5℃。(五)外輸及計量系統(tǒng)接收站天然氣外輸假設有多條輸氣管線，可在外輸總管管匯上接出。天然氣總管上設有一套完善的壓力保護系統(tǒng)，.以防輸氣管線超壓。外輸總管上設有壓力控制閥，將氣化器出口壓力控制在要求的外輸壓力，以防止輸氣管線因壓力過低而造成高壓輸送泵背壓過低。計量成套設備要滿足貿易計量要求，并設有1套備用回路。(六)接收站的操作按原料輸入和產品輸出的狀況，LNG接收站的操作可分為正常輸出操作、零輸出操作和備用操作三種情況。1.正常輸出操作正常輸出操作時按照有無卸船又可以分為兩種模式。一種是在正常輸出操作時無卸船作業(yè)，這種操作模式是LNG接收站運行中最常用的操作模式。此時，按照供氣需求調節(jié)泵的排量，控制氣化器的氣化量，滿足外輸需求。同時為了保持卸船總管的冷狀態(tài)，需要循環(huán)少量的LNG。當外輸氣量很大時，將從天然氣輸出總管上返回少量氣體到LNG儲罐來保持壓力平衡。另一種是在正常輸出操作時有卸船作業(yè)，此時，卸船總管的LNG循環(huán)將停頓，并根據(jù)LNG的密度決定從LNG儲罐的頂部或下部進料。主要操作有：LNG運輸船靠岸、卸料臂與運輸船聯(lián)結、LNG卸料臂冷卻、LNG卸料、卸料完成放凈卸料臂、將卸料臂與運輸船脫離。2.零輸出操作零輸出操作是接收站停頓向外供氣時的狀態(tài)。在此期間，不安排卸船。如果在卸船期間，接收站的輸出停頓，卸船應同時停頓，以防止大量蒸發(fā)氣不能冷凝而排放到火炬。3.備用操作備用操作是LNG接收站處于無卸船和零輸出時的操作。在備用操作時，通過少量的LNG循環(huán)來保持系統(tǒng)的冷狀態(tài)。蒸發(fā)氣將用作燃料氣，多余的蒸發(fā)氣則排放到火炬。二、接收站主要設備接收站的主要設備是儲罐、蒸發(fā)氣壓縮機、上下壓輸送泵、再冷凝器、氣化器等。第三章表達天然氣液化工藝和設備時，對有關設備性能已做了描述，本節(jié)著重對接收站如何配套選用這些設備方面作介紹。(一)儲罐1.罐容接收站儲罐的容量決定了接收站的儲存能力，而確定LNG接收站儲存能力的因素是多方面的，如LNG運輸船的船容、碼頭最大連續(xù)不可作業(yè)天數(shù)、LNG接收站的外輸要求及其他方案的或不可預料事件，如LNG運輸船的延期或維修、氣候變化等。接收站儲存LNG的能力，所需要的最小罐容可以按下式計算式中K——LNG罐最小需求容積，K——LNG船的最大容積，n——LNG船的延誤時間(n1碼頭不可作業(yè)天數(shù)、n2航程延誤天數(shù)、n3碼頭調度延誤天數(shù))，d；Qa——頂峰月平均日供氣量，m3；t——LNG卸料時間(12h)；g——最小送出氣量，m3；r——LNG船航行期間市場變化系數(shù)；t2——LNG船航行時間，d；Qc——頂峰月平均城市燃氣日供氣量，m3。計算得到的LNG罐最小需求容積，按此確定單罐容積和罐的臺數(shù)。對于大型LNG接收站來說，單罐容積大、臺數(shù)少，可以節(jié)省占地、減少投資。但是罐的數(shù)量也要考慮卸船作業(yè)等操作管理的需要，不宜太少。2.罐型各種形式的LNG儲罐的優(yōu)缺點已在第四章做過表達，一般做法是，對于罐容小于14×104m3，可以考慮單容、雙容或全容三種形式；對于罐容在(14～16)×104m3之間的，一般選用雙容或全容罐；而罐容大于16×104m3的，建議選用全容罐。大型LNG接收站從安全考慮，如果可能，一般選用全容式混凝土頂儲罐(FCCR)。全容式混凝土頂儲罐的最大操作壓力比金屬頂儲罐的高。在卸船操作時，可利用罐內蒸發(fā)氣自身壓力直接返回到LNG運輸船上，無需設置返回氣風機加壓。全容式混凝土頂儲罐的設計壓力一般為29kPa，設計溫度為-175～+65℃。日蒸發(fā)率的要求按罐的容積大小而不同，罐容小，表/體比大，日蒸發(fā)率高。目前國際上對10×104m3以上的儲罐，要求日蒸發(fā)率小于0.05%。10×104m3以下的儲罐，日蒸發(fā)率小于0.08%。LNG儲罐內罐材料為9%鎳鋼。為安全起見，所有的連接收口均設計在罐的頂部；在罐的底部設有隔離支撐平臺，并設有加熱系統(tǒng)，以防根基凍結現(xiàn)象發(fā)生。在LNG儲罐上設有足夠的報警和緊急停車設施以保證LNG儲罐最大的安全。同時，在LNG儲罐上設有液位、溫度、密度連續(xù)檢測儀表，以確保正常安全生產。(二)氣化器LNG氣化器是一種專門用于液化天然氣氣化的換熱器，但由于液化天然氣的使用特殊性，使LNG氣化器也不同于其他換熱器。低溫的液態(tài)天然氣要轉變成常溫的氣體，必須要提供相應的熱量使其氣化。熱量的來源可以從環(huán)境空氣和水中獲得，也可以通過燃料燃燒或蒸氣來獲得。對于根本負荷型系統(tǒng)使用的氣化器，使用率高(通常在80%以上)，氣化量大。首先考慮的應該是設備的運行本錢，最好是利用廉價的低品位熱源，如從環(huán)境空氣或水中獲取熱量，以降低運行費用。以空氣或水作熱源的氣化器，構造最簡單，幾乎沒有運轉部件，運行和維護的費用很低，比擬適合于根本負荷型的系統(tǒng)。對于調峰型系統(tǒng)使用的氣化器，是為了補充用氣頂峰時供氣量缺乏的裝置，其工作特點是使用率低，工作時間是隨機牲的。應用于調峰系統(tǒng)的氣化器，要求啟動速度快，氣化速率高，維護簡單，可靠性高，具有緊急啟動的功能。由于使用率相對較低，因此要求設備投資盡可能低，而對運行費用則不大苛求。現(xiàn)在使用的LNG氣化器有以下幾種形式：開架式氣化器(ORV)、浸沒燃燒式氣化器(SCV)、中間介質式氣化器(IFV*丙烷)、中間介質管殼式氣化器(IFV-強制循環(huán))。在上述形式的氣化器中，大量采用的是開架式氣化器和浸沒燃燒式氣化器，值當海水質量不能滿足開架式氣化器要求或接收站附近有電廠廢熱可利用、其他工藝設施需要冷能時，通常也會采用中間介質式氣化器。1.開架式氣化器(OpenRackVaporizer)開架式氣化器是一種水加熱型氣化器。由于很多LNG生產和承受裝置都是靠海建設，所以可以用海水作為熱源。海水溫度比擬穩(wěn)定，熱容量大，是取之不盡的熱源。開架式氣化器常用于根本負荷型的大型氣化裝置，最大氣化量可達180t/h。氣化器可以在0～100%的負荷范圍內運行?？梢愿鶕?jù)需求的變化遙控調整氣化量。開架式氣化器由一組內部具有星形斷面，外部有翅片的鋁合金管組成，管內有螺旋桿，以增加LNG流體的傳熱。管內為LNG，管外為噴淋的海水。為防止海水的腐蝕，外層噴涂防腐涂層。整個氣化器用鋁合金支架固定安裝。氣化器的根本單元是傳熱管，由假設干傳熱管組成板狀排列，兩端與集氣管或集液管焊接形成一個管板，再由假設干個管板組成氣化器。氣化器頂部有海水的噴淋裝置，海水噴淋在管板外外表上，依靠重力的作用自上而下流動。液化天然氣在管內向上流動，在海水沿管板向下流動的過程中，LNG被加熱氣化。氣化器外形見圖6-2，其工作原理見圖6—3。這種氣化器也稱之為液膜下落式氣化器。雖然水流動是不停頓的，但這種類型的氣化器工作時，有些部位可能結冰，使傳熱系數(shù)有所降低。開架式氣化器的投資較大，但運行費用較低，操作和維護容易，比擬適用于根本負荷型的LNG接收站的供氣系統(tǒng)。但這種氣化器的氣化能力，受氣候等因素的影響比擬大，隨著水溫的降低，氣化能力下降。通常氣化器的進口水溫的下限大約為5℃，設計時需要詳細了解當?shù)氐乃馁Y料。大型的氣化器裝置可由數(shù)個管板組組成，使氣化能力到達預期的沒計值，而且可以通過管板組對氣化能力進展調整。水膜在沿管板下落的過程中具有很高的傳熱系數(shù)，可到達5800W/(m2·K)。在傳熱管內側，LNG蒸發(fā)時的傳熱系數(shù)相對較低，新型的氣化器對傳熱管進展了強化設計。傳熱管分成氣化區(qū)和加熱區(qū)，采用管內肋片來增加換熱面積和改變流道的形狀，增加流體在流動過程的擾動，到達增強換熱的目的。管外如果產生結冰，也會影響傳熱性能。為了改善管外結冰的問題，采用具有雙層構造的傳熱管，LNG從底部的分配器先進入內管，然后進入內外管之間的夾套。夾套內的LNG直接被海水加熱并立即氣化，然而在內管內流動的LNG是通過夾套中已經氣化的LNG蒸氣來加熱，氣化是逐漸進展。夾套雖然厚度較薄，但能提高傳熱管外外表的溫度，所以能抑制傳熱管外表結冰，保持所有的傳熱面積都是有效的，因此提高了海水與LNG之間的傳熱效率。新型的LNG氣化器具有以下一些特點：設計緊湊，節(jié)省空間；提高換熱效率，減少海水量，節(jié)約能源；所有與天然氣接觸的組件都用鋁合金制造，可承受很低的溫度，所有與海水接觸的平板外表鍍以鋁鋅合金，防止腐蝕；LNG管道連接處安裝了過渡接頭，減少泄漏，提高運行的安全性；啟動速度快，并可以根據(jù)需求的變化遙控調整天然氣的流量，改善了運行操作性能；開放式管道輸送水，易于維護和清潔。開架式氣化器使用天然熱源(海水)，因此操作費用比擬低。但由于LNG氣化需要大量海水，對海水的品質有一定要求：(1)重金屬離子Hg“檢測不出；Cu++≤10×10-9；(2)固體懸浮物≤80×10-6；(3)pH值7.5～8.5；(4)要求過濾器在海水取水處能夠去除10mm以上的固體顆粒。為了防止海水對基體金屬的腐蝕，可以在金屬外表噴涂保護層，以增加腐蝕的阻力。涂層材料可采用質量分數(shù)為85%Al+15%Zn的鋅鋁合金。開架式氣化器需要較高的投資，安裝費用也很高。與浸沒燃燒式氣化器相比，開架式氣化器是利用海水，操作消耗主要是海水泵的電耗，所以它的優(yōu)點在于操作費用很低，兩者之間的運行費用比為1:10。2.浸沒燃燒式氣化器在燃燒加熱型氣化器中，浸沒式燃燒加熱型氣化器是使用最多的一種。其構造緊湊，節(jié)省空間，裝置的初始本錢低。它使用了一個直接向水中排出燃氣的燃燒器，由于燃氣與水直接接觸，燃氣劇烈地攪動水，使傳熱效率非常高。水沿著氣化器的管路向上流動，LNG在管路中氣化，氣化裝置的熱效率在98%左右。每個燃燒器每小時105GJ的加熱能力，適合于負荷突然增加的要求，可快速啟動，并且能對負荷的突然變化作出反響?？梢栽?0%～100%的負荷范圍內運行，適合于緊急情況或調峰時使用。運用氣體提升的原理，可以在傳熱管外部獲得劇烈的循環(huán)水流，管外的傳熱系數(shù)可以到達5800～8000W/(m2·K)。表6-3列出了浸沒式燃燒加熱型氣化器的技術參數(shù)①標準狀態(tài)下的空氣體積流量。浸沒式燃燒加熱型氣化器的工作原理如圖6-4所示，燃料氣和壓縮空氣在氣化器的燃燒室內燃燒，燃燒后的氣體通過噴嘴進入水中，將水加熱。LNG經過浸沒在水中的盤管，由熱水加熱而蒸發(fā)。浸沒燃燒式氣化器優(yōu)越