LNG接收站低外输工况对蒸发气产生量的影响.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 190 LNG 接收站低外输工况对蒸发气产生量的影响 刘晨昊 中石化烟台龙口液化天然气有限公司,山东 烟台 264000 摘要:摘要:对于新近投产运行的接收站,由于外部需求,生产能力等原因,长期会在低外输量情况下运行,期间,BOG产生量相较设计值较多,接收站长期处于高压力运行的情况相当普遍。本文重点针对高压外输泵的保冷循环工艺管道与最小回流线保冷流程,运用现场测试,计算分析,软件过程模拟等方法,研究了该工艺管线的流量,温度,管道压降等参数。并重点分析该管道回储罐所产生的闪蒸气与接收站外输量之间的关系,确定了该管道造成的蒸发气产生于外输量直接相关,并得出了 200t
2、/h 以上的外输量可以显著降低 bog 产生量的结论。(图 4)关键词:关键词:LNG 接收站;低外输;高压外输泵 中图分类号:中图分类号:TE974 接收、储存和气化被列为 LNG 接收站 3 大核心功能,气化后的 LNG 经外输管网供给下游用户1。由于LNG 接收站主要用作调峰,天然气外输量受下游用户需求影响较大2,因此对于刚投产运行的 LNG 接收站,因为外输需求量小,在运行时,需要长时间在低外输量情况下运行。以国内某接收站为例,该接收站设计最大外输能力为每小时 400 吨,设计外输能力每小时 340吨。然而在投产运行第一年内,该接收站长时间处在最小外输量下运行,运行负荷仅能达到设计的
3、25%-50%。由于 LNG 是极低温流体,在接收站中其温度一般为160 150。尽管接收站中的设备、管道均设有保冷层,但是外界热量的吸入仍不可避免。因此,接收站中就会蒸发一定量的气体,简称 BOG(Boiloff gas)。对于 BOG 气体产生量,国内通常计算方法依据来源计算,包括储罐热输入,管道漏热,气压变化,卸料装车等等。并依此选定 BOG 压缩机型号。但在实际运行中,普遍出现 BOG 产生量大于设计产生量,BOG 压缩机负荷较高,储罐压力长时间处在较高的,说明在实际运行的系统中,存在有其他 BOG 产生的原因,这些原因可能是系统内部分吸收的热量转化成了 BOG,本文讨论了在低外输量下
4、,工艺流程中一些新的 BOG 产生点和其与外输量的对应关系。1 接收站工艺 国内某接收站工艺流程为 LNG 接收站将来自 LNG船的 LNG 通过码头上的卸料管线输送至 LNG 储罐。位于 LNG 储罐内的罐内低压泵再将储罐内 LNG 输送至再冷凝器4,在通过再冷凝器时,通过支路将低温的 LNG与经过压缩机压缩的高温 BOG 混合冷凝,高温 BOG 在冷凝前通过一路换热器与 LNG 换热降温。冷凝混合后的高温 LNG 通过高压泵加压输送至气化器,最后 LNG在气化器内气化后输送至管网,由管网将天然气送至最终用户5-6。由于 LNG 的超低温特性,和管道无法经受反复回温冷却带来的材料应力疲劳风险
5、,对站内 LNG通过的管道有保冷的需求,LNG 接收站 1 台罐内低压泵需要始终保持运转,以维持小流量的 LNG 在整个接收站的工艺设备及管线内流动,从而达到保冷的效果7,如果产生的 BOG 无法通过压缩机系统压缩后进入再冷凝器冷凝气化外输,那就必须放入火炬燃烧,造成大量经济损失,因此,BOG 的回收冷凝是 LNG 接收站稳定运行的一个必不可少的部分,决定了整个接收站的运营成本和盈利能力。2 低外输下接收站工艺变化 较低外输量下,接收站工艺流程没有较大变化,但是在运行设备的数量上有较大的变化。国内某站的高压外输泵设计流量约为 138t/h。共计 4 台高压外输泵,以 3 用 1 备的形式运行,
6、在最大外输量状态下,以三台满负荷状态运行。运行量在下降 138t/h 后,高压泵运行数量降到 1 台,低压泵运行数量降到 2 台。最小外输量根据项目的实际设计情况而定,在国内某接收站的运行状态下,这个值通常需要在100t/h以上,以保证压缩机负荷最高的情况下,再冷凝器有能力冷凝全部的 BOG 并且同时,保证足够的饱和蒸气压差以防止高压泵出现气蚀现象损坏高压泵叶轮。中国科技期刊数据库 工业 A 191 3 高压外输泵的保冷循环量 LNG 接收站所用的高压外输泵,通常都会选择潜液泵并设有泵井,以保证可以快速启动外输,同时设计外输泵中有一台备机以备检修或故障时接替其他泵机使用,在此期间,如果将泵的出
7、口全部切断,将会导致放置于泵桶中的 LNG 吸收环境热量迅速气化,这些 BOG气体会被放空到 BOG 总管中进入 BOG 系统。同时存留的 LNG 液体温度也会逐渐上升,这会导致在开启这台外输泵时,过冷的 LNG 液体与较热的泵桶相接触之后产生大量气体,影响泵的启动过程,威胁泵体的安全。因此,高压外输泵会在出口管道上设置保冷循环线,由于保冷循环线需要在泵未启动时保证温度,因此,国内某接收站设计将此管线直接与储罐气相空间联通,以保证管道背压低于需保冷设备的压力。同样,由于在工艺设计上,需要对外输泵的最小回流线进行最低限度的保冷,以免出现突发状况时管道快速降温产生的形变影响管道的机械性能。在最小回
8、流线的控制阀上设计有一带有限流孔板的旁通,限流孔板的存在一旁通同时有限流与截压的功用,避免了压力变化对于回流线下游管道的影响。国内某接收站长时间处于最小外输量运行的状态,外输泵运行状况为一台使用,其余三台保冷。对于泵体的保冷循环所需的流量,由于管线上没有安装流量计,因此需要通过其他手段进行测量,本次测量的原理是,通过关闭外输泵保冷循环的切断阀,阻断保冷循环线和最小回流线的运行,同时保持上下游官网运行参数的一致性,通过计算再冷凝器进料量与低压总管流量的的总和的变化情况,得出单台泵保冷循环线的流量,最小回流线保冷循环的用量也可以依据同样的方法得出。国内某接收站外输泵保冷循环流量如下图。表 1 高压
9、泵保冷循环与最小回流线流量测试 测试设备 测试说明 测试结果(kg/h)一号泵 第一次测试 T11 4039 第二次测试 T12 5304 二号泵 第一次测试 T21 6115 第二次测试 T22 5448 四号泵 第一次测试 T41 5602 第二次测试 T42 5256 一、二、四号泵最小回流线 第一次测试 TS1 4271 第二次测试 TS2 3754 三号泵最小回流线 出口压力 6.5MPa 5434 出口压力 8.2MPa 7072 由上述数据可以计算出,每台未开启的外输泵的保冷循环总量为 Q0=6.6315t/h 4 低外输量对高压泵进料温度的影响 在LNG接收站的工艺流程中再冷凝
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