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大气压对液化天然气罐群接收站设计和运营的影响
来源:本站    时间:2021-02-18    浏览:174

准确计算蒸发气的产生量对液化天然气罐群接收站的设计和生产运营具有重要影响。从接收站蒸发气产生量的计算出发,浅析了蒸发气产生量随接收站规模增大而增加的原因。基于河北某液化天然气罐群接收站的数据,分别计算了大气压正常变化率为0.5kPa/h、0.74kPa/h、2kPa/h 时不同建设阶段和操作模式下的蒸发气产生量,并以福建某接收站的大气压变化率值计算对比了相同配置下的罐群接收站蒸发气产生量。结果表明,储罐数量越多, 大气压变化率引起的蒸发气产生量占比越大,设计采用储罐表压控制的罐群接收站时需重视大气压变化对其设计和运营的影响。对新建的罐群类接收站,可采用储罐绝对压力控制方式。在建设场地受限情况下,可考虑采用离心压缩机取代传统的往复式压缩机。


随着国家天然气产供储销体系建设的加快,液化天然气(LNG)在整个能源结构中的比例快速增长, 各地区开始了LNG罐群接收站的建设与规划,单个接收站项目中的储罐数量越来越多。如福建某LNG项目、浙江某LNG项目扩建后均有6台16万m³储罐,天津某LNG项目二期建设后将拥有2台3万m³储罐、1台16万m³ 储罐、6台22万m³储罐,山东龙口某LNG项目一期将建设6台22万m³储罐。在今后一段时期内,罐群规模的接收站建设将是LNG行业发展的一大趋势[1]。

LNG在接收站内受热后会产生甲烷含量很高的蒸发气(BOG)。BOG产生量直接决定了接收站核心设备———BOG低压压缩机和再冷凝器的配置。若 BOG产生量计算偏小,低压压缩机配置不足,则实际生产过程中接收站内设备无法处理过量的BOG, 将导致BOG通过火炬放空,造成大量资源浪费。若BOG产生量计算偏大,则低压压缩机和再冷凝器能力过大,设备能力冗余,接收站运行能耗较高,会降低BOG压缩机寿命。而罐群接收站所具有的多码头、多储罐及多槽车等特点,决定了其BOG产生量较大。因此,准确计算BOG的产生量对于LNG罐群接收站的设计和生产运营具有重要意义。

1 LNG 罐群接收站BOG 产生量计算原理及存在问题

1.1 计算原理

在我国LNG 罐群接收站迅猛发展的十余年间,国内很多学者结合工程实例对BOG 产生量的计算进行了深入研究[2-7],GB/T 22724—2008《液化天然气设备与安装陆上装置设计》[8]中也介绍了陆上液化天然气设备的设计方法。归纳而言,LNG接收站BOG产生量的计算原理是, 分别计算出接收站内BOG的产生值和减小值,将两者的差值作为接收站内BOG的设计值。BOG产生的主要因素有卸料置换、储罐漏热、管道漏热、装槽车/ 小船置换、罐内泵的热输入以及大气压变化,BOG量减小的主要因素是气态外输。

关于BOG产生量的详细计算方法可以参考文献[2-11],文中不再赘述。

1.2 存在问题

在LNG 罐群接收站内的储罐数量偏少(2~3 台)时,BOG产生量为20~30 t/h。如福建漳州某LNG接收站一期建设2台LNG储罐时, 最大BOG产生量为21.7 t/h;二期再建1台LNG储罐时,最大BOG产生量为24.1t/h。该项目中设置了3台压缩能力为12.5 t/h的低压BOG压缩机,2用1备,以满足BOG处理要求。

当LNG罐群接收站规模越来越大时,BOG产生量增长较大,主要原因为,①罐群接收站内一般会设置双码头甚至3、4座码头, 多码头同时卸料工况下BOG产生量增大。②当储罐、槽车数量增多后, 储罐、罐内低压泵及槽车的整体漏热量将增加。③为满足工艺要求,接收站内管道长度和尺寸加大,漏热也随之增加。

在进行多个LNG接收站项目设计过程中,笔者发现,当储罐数量越多时,因大气压变化引起的BOG产生量占BOG总产生量的比例越来越大,会对BOG低压压缩机的配置产生较大影响。

2 大气压变化对罐群接收站BOG 产生量的影响

2.1 计算数据

以河北某LNG 罐群接收站为例, 对大气压变化对接收站BOG 产生量的影响进行分析。该接收站分为一阶段、二阶段和三阶段进行建设,分别建造4台、4台、12台共20台LNG储罐,储罐容量均为20万m³,内罐直径85m,内罐高42.72m。一阶段建成1座1#码头, 二阶段再增建1座2#码头。该LNG项目峰值外输能力达到1.6亿m³/d, 周转能力达到1200万t/a。装卸主力船型的载运能力为175000m3, 兼顾80000~267000m³载运能力的液化天然气船,设计卸料体积流量为12000m³/h,正常卸料体积流量为10000m³/h。极端最高气温37.0℃,极端最低气温-22.8 ℃。

2.2 大气压变化率选取

大气压变化率的选取一般有2种办法,一种是按EN 1473—2007 《Installation and Equipment for Liquefied Natural Gas—Design of Shore Installations 》[12]的规定,在无法取得大气压变化率时,按照2 kPa/h进行计算。另一种是按照建设单位从当地气象部门获取的气压变化值进行计算。查找该工程项目所在地的气象资料可知,大气压正常变化率为0.5 kPa/h,50a内大气压最大变化率为0.74kPa/h。

2.3 BOG 产生量计算结果与分析

按照实际操作情况, 将该LNG罐群接收站操作模式划分为24种,见表1。

针对24种操作模式,分别计算大气压变化率为0.5kPa/h、0.74kPa/h和2 kPa/h时3个建设阶段LNG罐群接收站的BOG产生量, 部分操作模式下各阶段的典型计算结果见表2。

根据表2数据,在大气压变化率为0.5kPa/h时,各阶段的BOG产生量最大值分别为24.0t/h、41.0t/h、88.5t/h;而在大气压变化率数值为0.74kPa/h 时, 各阶段的BOG产生量最大值分别为29.1t/h、49.9t/h、113.6t/h;在大气压变化率为2kPa/h 时, 各阶段的BOG产生量最大值分别为57.1t/h、107.2t/h、253.9t/h。同时对单台储罐因大气压变化引起的BOG产生量也分别进行了计算, 在大气压变化率分别为0.5kPa/h、0.74kPa/h、2kPa/h时单台储罐的BOG 产生量分别为2.49t/h、3.75t/h、10.7t/h。当整个接收站储罐建设完成达到20台时,各阶段因大气压引起的BOG产生量占接收站BOG总量的比例分别为19.6%、29.5%、84.3%,可见20台储罐时大气压变化引起的BOG产生量占了绝大比例。

福建某LNG接收站地区的极端大气压变化率为0.24kPa/h,按照上述河北LNG项目配置参数计算该接收站的BOG产生量,结果见表3。

由表3可以看出, 福建某LNG接收站各阶段的BOG产生量最大值分别为18.7t/h、30.4t/h和62.1t/h。将此计算结果与表2中大气压变化率为0.74kPa/h 时各阶段的BOG产生量最大值(29.1t/h、49.9t/h、113.6t/h)进行对比,若以相同的单台BOG压缩机能力(12.5t/h) 进行配置,所需BOG压缩机的数量均存在差异,三阶段时的差异尤为明显。以操作模式4为例, 计算得出福建某LNG接收站二阶段的BOG量为30.2t/h,需配置3台BOG压缩机;而河北某LNG接收站在大气压变化率为0.5kPa/h、0.74kPa/h 以及2kPa/h时,BOG的产生量则分别为40.8t/h、49.7t/h、106.9t/h,需对应配置BOG压缩机4台、4台、9台。即罐群接收站配置相同时, 由于所处地区大气压变化率的不同, 接收站BOG压缩机和再冷凝器的设计也会存在较大的不同。

3 建议及解决措施

当设计采用储罐表压控制的LNG罐群接收站时[13],必须重点考虑大气压变化对其设计和运营的影响。在设计阶段, 建设单位应积极与气象部门确认项目建设地的历史气象数据,基于准确的大气压变化值计算接收站BOG产生量。在运营期,当发生台风等情况大气压变化较大时, 应适当减少来船和卸料操作。

对新建的罐群类接收站, 建议采用储罐绝对压力控制方式, 避免大气压变化的影响, 但需克服每次卸船期与习惯表压作业的LNG船方之间的沟通困难问题。

国内LNG接收站中的BOG压缩机主要采用的是往复式压缩机[14-20],单台设备压缩能力上限为12.5t/h。在建设场地受限等情况下,可考虑采用单机气量较大且占地面积小的离心压缩机[21]。韩国KOGAS平泽LNG接收站和三涉LNG接收站分别累计使用了3台和6台离心压缩机, 现场运行平稳,效果良好。


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