LNG接收站首座储罐冷却相关问题探讨-中石油大连液化天然气

第三届中国 LNG论坛 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 编号：1220206 LNG接收站首座储罐冷却相关问题探讨 成永强 田士章 魏念鹰 胡文江 (中石油大连液化天然气有限公司) 摘 要：大型常压 LNG储罐是 LNG接收站中非常重要的单元设备，不仅占有较高的投资比 例，而且调试过程中一旦损坏，整个 LNG接收站将无法运转。LNG储罐冷却是其调试过程 中风险最大，最难控制的一个环节。本文介绍了目前国内 LNG 接收站用首座 LNG 储罐第 一船卸船期间的冷却过程，冷却前条件及注意事项，并讨论了 LNG 储罐冷却过程中的储罐 温度变化趋势、冷却喷淋流量、冷却速率及温度监测点最大温差等技术参数相互联系，得出 两条结论；同时指出了冷却过程容易出现管线变形受阻，管线法兰连接处泄漏，冷却流量控 制不均造成储罐温降不均以及火炬系统易产生积液等问题，并给出了相应解决方法。 关键词 LNG储罐冷却 温度变化趋势 冷却喷淋流量 冷却速率 最大温差 The discussion of the cooling related matter for the first LNG storage tank at LNG receiving terminal Cheng yongqiang Wei nianying Hu wenjiang (PetroChina Dalian Liquefied Natural Gas Company Limited) Abstract：The large-scale atmospheric pressure LNG storage tank is the important unit in the LNG terminal, occupies a higher proportion of investment, and once the damage in the debugging process, the LNG terminal will not operate. The cooling of LNG storage tank is the greatest risk phase in the debugging process and most difficult to control. This article describes the cooling process, the requirement conditions before cooling and precautions for the first LNG storage tank at LNG receiving terminal during the first ship unloading. By discussing the trends of the storage tank temperature, the flow of the cooling spray, the cooling rate and the maximum temperature difference of temperature monitoring points in storage tank, we obtain two conclusions. Also pointing out that in the cooling process is prone to excessive pipeline deformation blocked， the pipeline flange junction leakage, uneven storage tank temperature drop and the flare system effusion, and then providing the corresponding solution. Key words: Cooling of LNG storage tank; Temperature trends; Flow of the cooling spray; Cooling rate; Maximum temperature difference 引言 随着中国 LNG产业的发展，LNG接收站项目建设迎来了黄金时期。目前我国已经建成 投产的 LNG 接收站项目共 5个，分别是广东 LNG项目，福建 LNG项目，上海 LNG项目， 江苏 LNG项目和大连 LNG项目。预计“十二五”期间，中国将建成 LNG接收站共 17座， 接收能力达到 6500万吨/年左右。LNG接收站主工艺区域一般包括 LNG码头、LNG储罐区、 www.lng123.com 增压冷凝区、气化区和计量输出区。其中 LNG储罐区中的大型常压 LNG 储罐是 LNG 接 收站中极其重要的单元设备，占有较高的投资比例，而且对设计、 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 及调试的技术要求较 高[1]。 1 LNG储罐概述 大型常压LNG储罐是接收站的重要设备单元，其功能是储存液化天然气。一般大型常压 LNG储罐结构型式有单包容罐、双包容罐、全包容罐及膜式罐等。按储罐的设置方式可分为 地上储罐与地下储罐两种。按结构型式可分为：球罐、单包容罐、双包容罐、全包容罐。其 中，单包容罐、双包容罐及全包容罐均为双层，由内罐和外罐组成，在内外罐间充填有保冷 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，罐内绝热材料主要为膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维毡及泡沫玻璃砖等[2]。 目前国内已建成投产的LNG接收站用LNG储罐全部为地上全包容式混凝土顶储罐（简 称FCCR），有效工作容积一般为160，000m3，内罐采用9%镍钢，外罐是预应力混凝土材料 建成，内罐和外罐均具有独立储存LNG的功能。储罐的设计压力一般为-0.5kPaG～29kPaG， 其环隙空间以及吊顶板都设有保冷层，以确保在设计环境下储罐的日最大蒸发量不超过储罐 容量的0.05%。此类LNG储罐的建设周期一般在3年左右（包含设计阶段），在装置机械安装 完工、电气和仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 系统调试完成后，进行LNG 储罐的水压试验、除明水、气密试验、储罐 干燥和氮气置换等预调试工作，之后进行LNG 储罐调试工作。调试工作主要包括储罐冷却、 5m液位建立及静置、低压泵性能测试、液位仪表调试、控制系统测试和储罐蒸发率测试等 工作，当所有调试工作完成后标志着LNG 储罐真正意义上投入运行[3]。LNG储罐的冷却是 整个投用调试过程中风险最大，最难控制的一个环节，由于新罐冷却期间可能会有天然气或 LNG 泄漏，处理不当就会发生安全事故[4]。另外，储罐冷却过程中内罐罐体要收缩，如果 冷却过程控制不好，极有可能破坏LNG 储罐，几年的心血毁于一旦。 2 LNG储罐冷却 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 2.1 冷却方式 对于分期建设的接收站来说，LNG 储罐冷却方式分为以下两种： 1）当LNG接收站接收首船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，这种冷却利用船上供应的LNG进行。 2）接收站已经完成投产，后续新建成的LNG储罐冷却所用的LNG来自其他储罐。 LNG储罐冷却的第二种方式王良军高工等[5]已进行了详细的探讨，分析了后续建设的 LNG储罐冷却前应具备的条件及注意事项，讨论了LNG 储罐冷却过程中的相关调试技术。 LNG储罐冷却的第一种方式相对于第二种方式来说需要考虑的条件更多。因为LNG接 收站在投产过程中，LNG储罐的冷却是在接卸首船过程中进行，期间不仅需要LNG船方和 共同学习、共同提高；热心分享、热心交流，努力成为一名LNG行业的领跑者，尽在LNG领跑者论坛 Administrator 新建图章 LNG接收站协调完成，而且需要考虑天气状况对储罐冷却作业的影响。因此，如何更好更快 的完成LNG储罐冷却作业，缩短第一船卸载时间，减少恶劣天气的影响，对降低LNG接收 站试运投产成本和控制安全风险具有重大的意义。本文在王良军高工等对LNG储罐冷却技术 研究的基础上针对大连LNG项目接收第一船LNG时，利用船上供应的LNG对接收站罐容为 160，000m3的1#储罐冷却过程相关问题进行探讨。 2.2冷却前条件 1）LNG储罐冷却用相关工艺管线已完成氮气干燥和置换。 2）LNG储罐内罐、穹顶、内外罐夹层、罐底等空间已完成氮气干燥和置换。 3）LNG储罐和冷却用相关工艺管线进行连通，保持压力在 7.5KPaG左右。 4）火炬投用，长明灯已经点燃。 5）利用船上提供的 BOG（蒸发气）将卸料总管冷却完成，并将 LNG储罐内的氮气置 换完成，储罐内 BOG已通过 BOG总管排往火炬进行燃烧。 6）储罐顶部的卸料总管与地面卸料总管已经同时充满LNG。 7）按照PI&D图的要求检查所有工艺阀门、放空阀门、安全阀上、下游手阀、仪表的隔 离阀状态。 8）LNG储罐冷却用喷淋管线已安装完毕。 2.3 冷却注意事项 1）在管道的冷却过程中，低温管道不仅会产生收缩变形，而且可能由于冷却过快使低 温管道上下表面温差产生弯曲变形，因此在冷却期间需定期巡检，密切监视管托位移及影响 管道正常收缩的障碍物。 2）一旦管线上管托位移超出设计范围，需立即停止冷却，待管道变形恢复正常后才能 继续冷却。 3）在管道的冷却过程中，阀门和法兰连接处可能有泄漏，所以要定期检查阀门和法兰 处有无泄漏，一旦泄漏要及时处理。 4）储罐必须在严格并且持续的监视下进行冷却，特别要严密监视储罐压力、冷却用LNG 流量、内罐壁板和底板的温度。 5）在LNG储罐冷却过程中，需注意观察火炬系统，关注火炬入口分液罐的液位和温度， 液位超过设计要求后立即解决，防止发生火雨；同时关注长明灯是否正常，一旦长明灯熄灭， 立即重新点燃。 6）时刻关注天气变化状况，一旦出现恶劣天气导致卸船中断，需立即采取紧急措施停 止储罐冷却等工作。 共同学习、共同提高；热心分享、热心交流，努力成为一名LNG行业的领跑者，尽在LNG领跑者论坛 3 冷却过程及相关数据 3.1 冷却过程 3.1.1 管线的冷却 LNG储罐冷却前需要对卸料总管、低压输送总管等管线进行冷却，为了避免这些管线上 下温差过大使管线拱起，其产生过大的应力会损坏管线或管线支架及附属系统，而且如此大 的应力也会损坏储罐或其他设备及其附属系统。因此，在管线冷却过程中要求冷却速率不能 超过10℃/h，管线上下面温差不能超过50℃。 为了减少管线因冷却产生的应力过大造成变形过大，保证冷却要求，首先利用LNG船上 汽化器产生的BOG冷却卸料总管和低压输送总管（如图1所示）：冷却卸料总管用BOG直接 进入LNG储罐，然后经BOG总管送火炬系统燃烧；冷却低压输送总管用BOG经高压输送总 管、高压排净管线汇入LNG储罐，然后经BOG总管送火炬系统燃烧。当卸料总管和低压输 送总管末端温度降至-100℃时，利用船上LNG对卸料总管和低压输送总管进行充液。 TT 高压排净管线 高压输送总管 低压输送总管 BOG总管 卸料总管 LNG储罐 火炬分液罐 火炬 L N G 船 卸料臂 TT PCV HCV HCV XV XV XV XV FCV MV 图1 管线冷却工艺流程简图 3.1.2 储罐的冷却 在利用船上 BOG冷却管线过程中，利用进入储罐的 BOG将氮气置换完成。当卸料总 管进入储罐前的温度监测点温度达到-150℃时，关闭进料手动控制阀门（如图 1所示），充 液完成。然后利用船上喷射泵对卸料总管进行加压，当卸料总管压力升至 0.3MpaG左右时， 开启喷淋管线的手阀（如图 2所示），通过控制喷淋流量开始 LNG储罐冷却。当储罐罐底温 度降至-150℃时，储罐冷却结束。 储罐冷却期间应仔细监测储罐罐壁及底部的温度，尤其是罐底温度，其冷却速率维持在 3℃/h，最大冷却速率不能超过 5℃/h，为了保证储罐冷却速率平稳，需专人对喷淋管线上手 阀进行调节，控制喷淋流量。为保证喷淋流量的稳定，卸料总管压力需保持在 0.3MpaG左 右，因此，通过低压输送总管末端安装的临时汽化器将船方供应的部分 LNG汽化成 BOG 共同学习、共同提高；热心分享、热心交流，努力成为一名LNG行业的领跑者，尽在LNG领跑者论坛 对高压输送总管和高压排净进行冷却，冷却用的 BOG汇入储罐。另外，储罐压力的控制通 过 BOG总管上压力控制阀自动控制，根据冷却的进程设定储罐的压力。 TT 高压排净管线 高压输送总管 低压输送总管 BOG总管 卸料总管 LNG储罐 火炬分液罐 火炬 L N G 船 卸料臂 TT PCV XV XV XV XV FCV 冷却喷淋管 FT MV 临时汽化器 MV MV MV MV 图2 储罐冷却工艺流程简图 3.2 储罐冷却相关数据及讨论 储罐冷却过程需要监控的数据主要包括罐底温度、罐底温度监测点最大温差、冷却速率、 喷淋流量、储罐压力等参数。储罐压力随着冷却的进程分梯度进行调整，并通过压力控制阀 自动调节，如果压力上升太快还可利用储罐顶部放空阀控制，因此这里对储罐压力不做讨论， 仅对 LNG储罐罐底温度变化情况与冷却喷淋流量做相关研究。 为了监控冷却过程中储罐罐底不同位置的温度变化梯度，LNG储罐罐底布置了多个温 度探测点。为了方便探讨储罐冷却过程中的温度变化趋势，对所有温度检测点温度进行平均 处理，如图 3所示为大连 LNG接收站 1#储罐冷却温度曲线和冷却速率变化图。由储罐冷却 温度曲线可以看出，从 A点冷却开始到 E点冷却结束，共耗时 58小时，储罐温度从 0℃降 至-150℃。在冷却过程中，BC段由于冷却速率过快，对冷却喷淋流量调整过大从而导致了 CD段储罐温度回升的情况，这可在冷却速率变化图中充分证明。由储罐冷却速率变化图可 以看出，在冷却过程中的前 20小时冷却速率基本维持在 2℃/h以下，然后冷却速率一直保 持在 3℃/h左右，最大冷却速率为 4.38℃/h，符合储罐冷却速率要求。 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 E D C B 温 度 / ℃ 时 间 /h A 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 -1 0 1 2 3 4 5 EB D C 温 度 ℃ /h 时 间 /h A 图 3 储罐冷却温度曲线和冷却速率变化图 为了防止罐底不同位置温差过大从而引起储罐变形过大，因此要求冷却过程中内罐底部 任意两个相邻检测点的温度梯度不得超过 30℃，内罐底部任意两个检测点的温度梯度不得 共同学习、共同提高；热心分享、热心交流，努力成为一名LNG行业的领跑者，尽在LNG领跑者论坛 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。 如图 4所示为大连 LNG接收站 1#储罐冷却过程中罐底温度检测点最大差值变化图和冷却喷 淋流量变化图。由罐底温度检测点最大差值变化图可以看出，罐底温度检测点最大差值随着 冷却的进程逐渐增大，最大值发生在冷却过程的第 45小时，为 21.92℃，随后逐渐减小。由 冷却喷淋流量变化图可以看出，喷淋流量随着冷却的进程逐渐增大，在冷却过程的前 20小 时，冷却喷淋流量基本维持在 5t/h以下，而随着储罐温度的降低，为了保持一定的冷却速率， 喷淋流量逐渐增大，最大值为 29.39t/h。 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 E D C B 温 度 / ℃ 时 间 /h A 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 E D C B 流 量 t/ h 时 间 /h A 图 4 罐底温度检测点最大差值变化图和喷淋流量变化图 通过综合对比储罐冷却温度曲线、储罐冷却速率变化图、罐底温度检测点最大差值变化 图和喷淋流量变化图可以得出以下两条结论： 1）储罐冷却过程中，储罐温度变化速率在冷却前期与冷却喷淋流量的变化速率相关； 而冷却后期，随着喷淋流量的增加，流量的波动对储罐冷却速率影响不大。因此，在储罐冷 却前期需格外注意控制喷淋流量。另外，如果通过汇总国内多座 LNG储罐冷却相关数据， 进而找出冷却喷淋流量和储罐温度变化速率的规律，拟合出储罐温度和冷却喷淋流量的曲 线，对今后 LNG储罐的冷却具有重要的指导意义。 2）在储罐冷却过程的前期，内罐底部温度检测点最大差值的变化趋势随着喷淋流量的 增加而增加；当罐底平均温度达到-100℃后，罐底温度检测点最大差值逐渐减小。 4 储罐冷却相关问题探讨 1）在冷却相关管线过程中，因管线变形导致卸料总管上管托最大位移为 150mm，其中 一些钢结构障碍物对管线正常变形起到阻碍的作用，通过及时拆除切割阻碍钢结构，消除了 管线应力。在今后的设计和施工过程中，建议提前预估管线变形量，消除管线周围障碍物， 防止管线冷却过程因障碍物阻碍管线变形造成事故。 2）在冷却过程中，一些管线法兰连接处出现轻微泄漏，通过巡检及时发现并紧固，未 造成泄漏增加。建议在储罐和管线冷却过程中定时巡检，发现问题及时处理，在施工过程中 法兰紧固需严格按照紧固力矩等相关参数执行。 3）在储罐冷却过程中，火炬分液罐液位由于 BOG温度低、组分重，电加热器负荷小 共同学习、共同提高；热心分享、热心交流，努力成为一名LNG行业的领跑者，尽在LNG领跑者论坛 等原因持续上升，超过设计高液位。为了防止火炬分液罐液位继续升高，发生火雨事故，采 取变换流程，不经过火炬分液罐，而将 BOG直接通过火炬分液罐旁路进入火炬燃烧（如图 2所示）。 5 结论 1）在管线冷却过程中，应严密关注管线冷却速率，按时巡检，发现问题及时处理。 2）储罐冷却时，严密监测罐底温度检测点温度变化趋势及变化速率，通过调节冷却喷 淋流量控制冷却速率。冷却喷淋流量与储罐冷却速率和储罐温度有一定的联系，找出三者之 间的规律对 LNG储罐冷却具有重要的指导意义。 3）冷却喷淋流量控制的稳定与否关系着储罐冷却速率和冷却质量，因此，保持喷淋管 线压力稳定、利用更精密的流量调节阀进行流量调节是保证储罐冷却速率的关键。 4）首座储罐冷却需要与船方沟通完成，船方供应的 LNG量如果超过冷却需求量，应采 取其他方式进行处理。 参考文献 [1] 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LNG论坛.上海： [出版者不详] ,2009. 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