劉筠竹，于傳生，趙弘翔，王龍泉

液化天然氣接收站保冷循環(huán)工藝分析

劉筠竹1，于傳生1，趙弘翔1，王龍泉2

（1. 中石油京唐液化天然氣有限公司，北京 101100； 2. 中國石油撫順石化公司，遼寧 撫順 113006）

為了研究液化天然氣接收站兩種常見保冷工藝的特點及優(yōu)劣，為舊站的工藝變更和新站的設(shè)計方向提供依據(jù)。從運行能耗、操控性能、應(yīng)急操作、最小外輸量四個方面入手進行對比分析，得出兩種工藝各有優(yōu)劣的結(jié)論，故應(yīng)針對具體情況選擇適合的保冷工藝，才能有效實現(xiàn)平穩(wěn)運行、節(jié)能降耗等目標(biāo)。

液化天然氣；保冷工藝；分析

液化天然氣接收站是對船運液化天然氣（以下簡稱LNG）進行接卸、儲存、氣化、外輸?shù)难b置[1]。由于LNG在常壓溫度為-162～-158 ℃[2]，所以整體工藝狀態(tài)為低溫運行，間歇使用的LNG管線（如卸料管線、排凈管線等）也需要維持冷態(tài)，以保證必要時可以及時投入使用。其中，卸料管線由于其工藝地位重要、管徑大、長度長等因素所需求的保冷量最大，其保冷工藝的選擇對整個系統(tǒng)的影響也較大[3]，所以本文主要就兩種不同的卸料管線保冷工藝的特點進行分析。

1 工藝簡介

A工藝(圖1)：LNG經(jīng)儲罐內(nèi)潛液泵送出后分為兩條線，一條線直接去往下游（再冷凝器），另一條線去往卸料總管進行保冷循環(huán)，循環(huán)后的大部分LNG與第一條線匯合，一同去往下游[4]。

B工藝(圖2)：LNG經(jīng)儲罐內(nèi)潛液泵送出后分為兩條線，一條線直接去往下游（再冷凝器），另一條線去往卸料總管進行保冷循環(huán)，之后全部返回儲罐。

2 工藝分析

2.1 運行能耗

通過圖1和圖2可以看出，A工藝中用于保冷循環(huán)的LNG供應(yīng)了一部分下游需求;

圖2 B工藝部分流程Fig.2 Part of process B

B工藝中的保冷LNG則完全返回儲罐，當(dāng)外輸需求相等時，在泵的負(fù)荷方面，B工藝要高于A工藝。實際經(jīng)驗表明，正常外輸工況下，B工藝總是需要比A工藝多啟用一臺泵。以NIKKISO的LNG潛液泵為例，單臺功率約為225 kW，則外輸量相等時，A工藝可比B工藝節(jié)省耗電量：

此外，B工藝中由于有大量LNG返回儲罐，閃蒸量較大，同時對罐內(nèi)LNG進行攪動，使蒸發(fā)率提高。所以在蒸發(fā)氣（以下簡稱BOG）產(chǎn)生量方面，B工藝要明顯多于 A工藝，也就意味著 B工藝中BOG壓縮機需要在更高的負(fù)荷下運行，來維持系統(tǒng)穩(wěn)定。實際經(jīng)驗表明，在接收站規(guī)模及設(shè)備性能接近的前提下，若以A工藝的流程運行時，BOG壓縮機需要100%負(fù)荷運行，那么如換做B工藝的流程，則至少需要 150%負(fù)荷運行（比如：兩臺運行，每臺75%負(fù)荷）。以Burckhardt的天然氣壓縮機為例，功率約為700 kW，不同負(fù)荷下功率變化較小，則A工藝可比B工藝節(jié)省耗電量：

由此可見，在運行能耗方面，A工藝更為節(jié)能，但節(jié)能程度還要取決于卸料管線長度等因素。對于B工藝來說，卸料管線越長，保冷量需求越大，返回儲罐時閃蒸量越大，BOG壓縮機的負(fù)荷也就越大；而對于A工藝來說，該因素對BOG產(chǎn)生量的影響不會很明顯。

2.2 操控性能

對于將 BOG進行再冷凝處理的接收站來說，在進行工藝調(diào)整時，控制再冷凝器的壓力、液位和溫度的穩(wěn)定是整個控制系統(tǒng)的重點和難點，任何參數(shù)超限都會造成連鎖反應(yīng)，甚至觸發(fā)SIS聯(lián)鎖使對應(yīng)設(shè)備跳車，最嚴(yán)重可導(dǎo)致全廠停車[5]。通過圖 1和圖2可以看出，B工藝的再冷凝器上游直接來自低壓泵出口，而A工藝的再冷凝器上游來源除低壓泵出口以外，還有一部分來自經(jīng)保冷循環(huán)后的LNG，可見影響其運行狀態(tài)的因素要更多，穩(wěn)定性相比B工藝也就略差。

接卸LNG船時，卸料開始前需要將保冷循環(huán)停止，并在卸料結(jié)束后恢復(fù)保冷。在B工藝條件下，停止和恢復(fù)保冷循環(huán)操作比較簡單，幾乎不會對再冷凝器產(chǎn)生影響，而在A工藝條件下的操作會相對復(fù)雜一些，需要時刻保證在保冷循環(huán)流量減小或增加時，去往再冷凝器的LNG流量恒定。相似道理，當(dāng)進行增外輸和減外輸操作時，B工藝相對于A工藝的操作也更加簡單。

此外，A工藝由于混合了經(jīng)保冷循環(huán)后的LNG，使其入口LNG的溫度略高于B工藝，在外輸量較低時尤其明顯，這會降低BOG的冷凝效率，提高冷凝后的LNG溫度，對防止下游高壓泵發(fā)生汽蝕效應(yīng)有負(fù)作用。同時，過熱的LNG易造成再冷凝器系統(tǒng)的波動，使其的穩(wěn)定性變差。

由此可見，在操控性能方面，B工藝比較有優(yōu)勢。

2.3 應(yīng)急操作

當(dāng)有運行設(shè)備跳車或發(fā)生某些事故時，進行工藝調(diào)整的速度和實效性最為重要，迅速且有效的操作可將損失降到最低。下面就兩種保冷工藝，分析 LNG接收站內(nèi)部分常見設(shè)備跳車時應(yīng)急預(yù)案的差異。

2.3.1 低壓泵跳車（表1）

表1 兩種工藝下低壓泵跳車的對比Table 1 Comparison of low pressure pump’s trip between the two processes

在A工藝條件下，當(dāng)發(fā)生低壓泵跳車時，需要針對具體的運行工況來確定相關(guān)操作，操作量相對大一些，恢復(fù)速度也慢一些，若操作不當(dāng)易導(dǎo)致外輸量降低或低壓泵過載。

在B工藝條件下，由于卸料管線保冷循環(huán)不參與供應(yīng)下游，當(dāng)發(fā)生低壓泵跳車時，迅速關(guān)閉保冷循環(huán)可將原用于保冷的LNG補充給下游，大大減弱低壓系統(tǒng)的波動，并且短時間暫停保冷循環(huán)對整個系統(tǒng)影響不大，操作量少，有效減少了恢復(fù)所需的時間。

2.3.2 BOG壓縮機跳車(表2)

表2 兩種工藝下BOG壓縮機跳車的對比Table 2 Comparison of BOG compressor’s trip between the two processes

同樣是為了給低壓系統(tǒng)增壓，A工藝由單個控制點調(diào)節(jié)雖然操作量少，但收效較慢；相比之下B工藝由兩個控制點進行調(diào)節(jié)，只要調(diào)節(jié)得當(dāng)，收效必然快于A工藝。

2.3.3 高壓泵跳車(表3)

表3 兩種工藝下高壓泵跳車的對比Table 3 Comparison of high pressure pump’s trip between the two processes

在兩種工藝條件下，高壓泵發(fā)生跳車的應(yīng)急操作難度都比較大，因為低壓系統(tǒng)壓力的飆升極易使再冷凝器系統(tǒng)失控，發(fā)生超壓或超高液位的SIS聯(lián)鎖，其余運行的高壓泵存在過載的風(fēng)險，同時低壓泵也面臨著由于流量迅速下降導(dǎo)致跳車的可能性。

兩者操作的區(qū)別在于對卸料管線保冷循環(huán)的處理，A工藝是關(guān)小，B工藝是開大，開大保冷循環(huán)意味著釋放低壓系統(tǒng)的壓力，可以緩解由于壓力過高而使泵的流量過快地下降，一定程度上降低了低壓泵由于流量過低跳車的可能性。

由此可見，在應(yīng)急操作方面，B工藝的優(yōu)勢更大一些，雖然與A工藝在操作難度上基本持平，但對維持系統(tǒng)穩(wěn)定，盡快恢復(fù)原工況有更好的效果。

2.4 最小外輸量

當(dāng)前，國內(nèi)的能源結(jié)構(gòu)及需求特點決定了進口LNG在除冬季以外的時間需求量很小，在此期間LNG接收站的主要功能為LNG儲存，盡可能地降低LNG的消耗。最小外輸量是維持LNG接收站正常運行的最低日氣化量，是體現(xiàn)LNG接收站節(jié)能水平的重要依據(jù)[6]。

最小外輸量的確定取決于多項指標(biāo)，最主要的一項是確保過量的BOG可以被完全冷凝回收，保證系統(tǒng)壓力正常。站內(nèi)產(chǎn)生的BOG量越多，BOG壓縮機的負(fù)荷越大，再冷凝過程需要的 LNG量也越多，對應(yīng)的最小外輸量就越大。

上文已經(jīng)提到，在其他條件相同的前提下，使用A工藝對卸料管線進行保冷比使用B工藝所產(chǎn)生的BOG量少，其對應(yīng)的最小外輸量也較低，一般可以比B工藝少10%～20%。那么，在節(jié)能降耗方面，毫無疑問A工藝要優(yōu)于B工藝。

3 結(jié) 論

綜上所述，可以將兩種工藝的優(yōu)劣歸結(jié)為以下幾點：

（1）在運行能耗方面，A工藝占有一定優(yōu)勢，但優(yōu)勢的大小還要考慮卸料管線長度等因素；

（2）在操控性能方面，B工藝占有一定優(yōu)勢，運行更穩(wěn)定，；

（3）在應(yīng)急操作方面，B工藝稍占優(yōu)勢，具體情況還要考慮設(shè)備性能和運行工況等因素；

（4）最小外輸量方面，A工藝優(yōu)于B工藝，節(jié)能降耗效果明顯。

由此可見，在LNG接收站的保冷工藝中，很難說哪種工藝有絕對優(yōu)勢，針對不同的站址、不同的設(shè)備和不同的工況選擇最適合的工藝流程，才能有效地減少資源浪費，降低運營成本，最好地實現(xiàn)企業(yè)目標(biāo)。

［1］ 李志軍.液化天然氣接收站的工藝系統(tǒng)[J].中國海上油氣（工程），2002，14（6）：8-9.

［2］ 顧安忠,等.液化天然氣技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008:10-13.

［3］ 王建.LNG低溫管道保冷技術(shù)[J].消費導(dǎo)刊，2014(6):192-192.

［4］ 劉猛，游莉.LNG接收站工藝系統(tǒng)概述[J].中國科技博覽，2012（4）：96-97.

［5］ 劉召，張水紅.LNG接收站再冷凝器控制原理[J].油氣儲運，2012,31（z1）：125-128.

［6］ 周華等.液化天然氣（LNG）接收站運營輸量控制研究[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2012（3）：25-27.

Analysis of the Cold Cycle Process in LNG Terminals

LIU Yun-zhu1，YU Chuan-sheng1，ZHAO Hong-xiang1，WANG Long-quan2
（1. PetroChina Jingtang LNG Co.,Ltd., Beijing 101100，China；2. CNPC Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113006，China）

To study characteristics and advantages of two cold cycle processes in LNG terminals, to provide basis for design direction and process change, four aspects were analyzed: energy consumption, operating performance, emergency operating and the minimum throughput. It’s pointed out that each process has advantages and disadvantages; the proper cold cycle process should be chosen based on different working conditions to achieve the goals of running stability and energy saving.

LNG; Cold cycle process; Analysis

TE 8

： A

： 1671-0460（2015）04-0840-03

2015-02-12

劉筠竹（1988-），男，吉林松原人，助理工程師，2011年畢業(yè)于北京化工大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)，研究方向：從事LNG接收站生產(chǎn)運營管理工作。E-mail：liuyunzhu@petrochina.com.cn。