何永春

大型LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷工藝優(yōu)化管理

何永春

（成都天然氣化工總廠，四川成都 610000）

通過(guò)大型LNG儲(chǔ)罐的預(yù)冷施工運(yùn)用，提出了LN2+LNG預(yù)冷的工藝技術(shù)，并針對(duì)該預(yù)冷工藝的實(shí)際問(wèn)題，找到解決辦法，優(yōu)化工藝管理。

大型LNG儲(chǔ)罐；預(yù)冷；工藝；優(yōu)化

1　項(xiàng)目背景

1.1LNG大型低溫儲(chǔ)罐預(yù)冷方案對(duì)比及選擇

常見(jiàn)LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷方法是直接將LNG通過(guò)管道緩慢、均勻輸送至儲(chǔ)罐內(nèi)，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行預(yù)冷。大型LNG儲(chǔ)罐的預(yù)冷大體上分為兩步：先利用低溫流體對(duì)LNG儲(chǔ)罐的卸料管線進(jìn)行初步冷卻，當(dāng)達(dá)到指定冷卻溫度后，利用小流量的LNG進(jìn)行卸料管線的最終冷卻及灌注；之后利用冷卻線及罐內(nèi)冷卻噴射環(huán)對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行冷卻，待儲(chǔ)罐冷卻達(dá)到目標(biāo)溫度及一定液位后，儲(chǔ)罐冷卻接觸，然后進(jìn)行儲(chǔ)罐的灌注工作［1］。

1.2目前使用的LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷方案

預(yù)冷方案一：先利用液氮?dú)庖簝上鄬NG儲(chǔ)罐冷卻至-120℃、-110℃，再利用小流量的LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行冷卻。預(yù)冷方案二：利用LNG汽液兩相對(duì)卸料管線、儲(chǔ)罐內(nèi)罐/拱頂/環(huán)空進(jìn)行置換及初步冷卻，當(dāng)置換排放氣中天然氣含量至少達(dá)到30%、進(jìn)罐豎管的溫度達(dá)到-120℃時(shí)，置換結(jié)束；然后利用小流量的LNG對(duì)卸料管線及儲(chǔ)罐進(jìn)行先后順序的冷卻和灌注。

1.3預(yù)冷方案的對(duì)比及選擇

兩個(gè)預(yù)冷方案的對(duì)比見(jiàn)表1，通過(guò)對(duì)比可以看出，兩個(gè)方案都可實(shí)現(xiàn)LNG大型低溫儲(chǔ)罐的預(yù)冷，方案一可先利用液氮將卸料管冷卻至指定溫度，縮短儲(chǔ)罐投用時(shí)間。當(dāng)站場(chǎng)液氮不能滿足預(yù)冷使用時(shí)，采用方案二，即利用LNG實(shí)現(xiàn)對(duì)卸料管線及儲(chǔ)罐的預(yù)冷和灌注。

表1　LNG大型低溫儲(chǔ)罐預(yù)冷方案對(duì)比

2　預(yù)冷方法存在的問(wèn)題

通過(guò)以上分析并與工程實(shí)際結(jié)合，我們發(fā)現(xiàn)常見(jiàn)的LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷方法存在以下幾方面的問(wèn)題：

2.1安全性問(wèn)題

LNG密度輕于空氣，一旦發(fā)生泄漏，吸收環(huán)境中的熱量后會(huì)迅速向周邊環(huán)境擴(kuò)散，遇到明火極易發(fā)生爆炸，對(duì)周邊環(huán)境造成不可估量的損失。由于熱脹冷縮，儲(chǔ)罐及其附屬管線受冷后會(huì)產(chǎn)生一定量的收縮，在連接處會(huì)有產(chǎn)生泄露的可能。儲(chǔ)罐預(yù)冷過(guò)程中，預(yù)冷介質(zhì)如果完全采用LNG，那么在整個(gè)過(guò)程中都會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題

預(yù)冷用的LNG需完全從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)，而市場(chǎng)上LNG價(jià)格較高，如果完全用LNG預(yù)冷儲(chǔ)罐，那么無(wú)疑會(huì)增加預(yù)冷成本。

3　項(xiàng)目基本內(nèi)涵

LN2+LNG預(yù)冷的工藝技術(shù)，先采用LN2預(yù)冷到一定溫度后，再用LNG將儲(chǔ)罐預(yù)冷到工作溫度。這樣，既減小了傳統(tǒng)LNG預(yù)冷帶來(lái)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，又避免了LN2預(yù)冷導(dǎo)致的溫度過(guò)低問(wèn)題。利用液氮和LNG對(duì)大型LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行預(yù)冷降溫方式、降溫速率以及消耗量的研究，優(yōu)化LN2+LNG預(yù)冷工藝技術(shù)。

針對(duì)LNG大型儲(chǔ)罐預(yù)冷出現(xiàn)的兩相流（間歇噴射泉）現(xiàn)象即LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷過(guò)程中，沿途管線吸熱后會(huì)蒸發(fā)部分預(yù)冷介質(zhì)，管線壓力升高，介質(zhì)進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐后管線壓力又降低，如此循環(huán)往復(fù)，造成管線壓力間歇性升降，預(yù)冷介質(zhì)也隨之間歇性地噴入LNG儲(chǔ)罐內(nèi)。此種現(xiàn)象會(huì)使預(yù)冷過(guò)程中預(yù)冷介質(zhì)的流量和LNG儲(chǔ)罐的溫降難以控制，從而造成儲(chǔ)罐超壓或者出現(xiàn)真空。利用流場(chǎng)模擬計(jì)算軟件對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)預(yù)冷過(guò)程中的溫度的變化進(jìn)行模擬，并結(jié)合實(shí)際的施工數(shù)據(jù)，研究出LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷的最優(yōu)方式［2］。

預(yù)冷介質(zhì)的速率是工程實(shí)際運(yùn)用中很難把握的一項(xiàng)數(shù)據(jù)。進(jìn)入儲(chǔ)罐的液體一旦過(guò)多，會(huì)引起罐內(nèi)氣體劇烈相變?yōu)橐后w，造成儲(chǔ)罐真空，內(nèi)罐變形。進(jìn)入儲(chǔ)罐的氣體速率一旦過(guò)快，會(huì)造成罐內(nèi)壓力迅速上升，儲(chǔ)罐超壓?；诨A(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，物性的計(jì)算對(duì)預(yù)冷介質(zhì)進(jìn)行估算，初步建立大型LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷作業(yè)的LNG及液氮消耗計(jì)算方法，形成可行且最優(yōu)的LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷工藝參數(shù)。

4　預(yù)冷工藝優(yōu)化結(jié)論

1）通過(guò)建立大型LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷作業(yè)的液氮和LNG消耗計(jì)算方法，在施工前對(duì)預(yù)冷介質(zhì)的消耗進(jìn)行估算，節(jié)約施工成本，有利于工程成本控制。

2）整個(gè)預(yù)冷過(guò)程需要約5～7d的時(shí)間（包括管道的預(yù)冷吹掃時(shí)間），傳統(tǒng)的LNG預(yù)冷過(guò)程需要約10d的時(shí)間，同比時(shí)間成本節(jié)約達(dá)30%，同期降低了人工成本，提前了裝置投產(chǎn)時(shí)間。

3）通過(guò)探索、編制施工方案預(yù)案，形成了大型LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷施工技術(shù)規(guī)范，為今后的同類(lèi)施工提供了規(guī)范性文件和技術(shù)儲(chǔ)備，降低工程前期成本。

4）LNG儲(chǔ)罐預(yù)冷前期用液氮預(yù)冷，后期用LNG預(yù)冷，以此來(lái)取代傳統(tǒng)的LNG直接預(yù)冷。這樣不僅降低了預(yù)冷過(guò)程中燃燒爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，在天然氣預(yù)冷階段，絕大多數(shù)汽化后的天然氣通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的BOG壓縮機(jī)壓縮回管網(wǎng)，減少了對(duì)天然氣資源的浪費(fèi)，而且節(jié)約了預(yù)冷成本。

［1］ 蒲黎明，李瑩珂，劉家洪，等.湖北500萬(wàn)方/天LNG工廠國(guó)產(chǎn)化示范工程主要技術(shù)方案選擇［J］.廣東化工，2014，（14）：191-192.

［2］ 李均方，李嬌琳，張瑞春，等.液氮+LNG預(yù)冷在大型常壓LNG儲(chǔ)罐的應(yīng)用［J］.石油與天然氣化工，2015，（6）：66-69.

Large LNG Storage Tank Pre-Cooling Process Optimization Management

He Yong-chun

Through the use of pre-cooling construction of large LNG storage tank proposed LN2+LNG pre-cooling technology，and for the practical problems of the pre-cooling process，to find solutions to optimize process management.

large-scale LNG storage tank；precooling；technology；optimization

TE972

B

1003-6490（2016）06-0067-01

2016-06-11

何永春（1978—），女，四川西充人，工程師，主要研究方向?yàn)榛すに嚒?/p>