LNG接收站储罐冷却过程中蒸发气体的零排放技术

LNG接收站的大型储罐在投用前需要逐步冷却至-162℃,冷却前储罐内充满氮气,冷却过程中将产生大量高含氮气的蒸发气体(BOG),LNG接收站工艺系统无法对其回收利用,只能直接排放至火炬;同时LNG储罐冷却中后期产生BOG的流量极大,超出了接收站BOG的回收处理能力,大量BOG被排放至火炬,造成大量浪费。为此,珠海LNG接收站通过调研国内已投用LNG储罐的冷却方式,并对其预冷过程进行研究,创新性地提出了储罐冷却前下排式氮气置换法和"BOG+LNG"储罐冷却工艺,降低了LNG储罐冷却过程中BOG的氮气含量,提高了LNG接收站冷能利用效率,同时也降低了BOG的产生量,使之能更好地匹配于LNG接收站BOG的回收处理能力。现场实验结果表明:(1)下排式氮气置换法能够在LNG储罐冷却前将罐内氮气置换至合格要求;(2)"BOG+LNG"储罐冷却工艺能够有效降低LNG储罐冷却过程中BOG的产生量,使之不超过LNG接收站的回收处理能力,实现了LNG储罐冷却过程中BOG的零排放。该方法可作为LNG储罐投产试车的借鉴和参考。     

LNG储罐与管道的冷却方法研究

LNG储罐与管道的冷却是LNG接收站投入运营前最重要的环节之一,建立LNG储罐冷却控制模型,对现场储罐温降数据进行监控和分析以指导储罐冷却操作,使LNG储罐冷却速率控制在合理范围内,可实现储罐的平稳冷却。针对不同的冷源总结LNG管道冷却操作方法,重点研究液氮冷却LNG接收站卸料管道温降规律,提出采用"间歇式"液氮预冷方法代替BOG预冷方法对卸料管道进行预冷,可以改变管道内部气体的流通速度,使管道上下温差控制在设计值以内以达到均匀混合的目的。此方法可以减少BOG的排放,节省调试时间与费用。LNG储罐冷却控制模型与LNG管道液氮冷却方法在已投产项目调试中均得到了良好实践和应用,可供LNG行业操作人员参考。     

大型液化天然气储罐内罐寿命计算分析

大型液化天然气(LNG)全容罐是LNG接收站项目中最重要的设备之一,在LNG低液位与高液位循环操作期间(卸船周期内)、大修时空液阶段、水压试验与试验水排空等循环使用中,受低温收缩、液位变化等影响,内罐壁-底连接大角焊接接头、壁板、锚固带等危险部位会产生材料使用疲劳,若按LNG储罐50a设计寿命考虑,需对内罐易疲劳关键部位进行材料疲劳校核分析。以国内某已建LNG储罐为例,针对储罐在预冷、水压试验、低-高液位循环使用等工况,对内罐底部大角焊接接头、罐壁板、锚固带等部位材料进行了材料疲劳失效风险分析,对内罐50a设计寿命进行了校核分析。     

LNG储罐低温氮气预冷数值模拟

为了提高对LNG储罐在超低温作用下温度场的性能特征的认识,对LNG储罐气相预冷进行数值模拟研究。基于Fluent软件k-ε模型分析低温氮气在5 m~3储罐中的预冷情况,对不同进口流速下的温度场进行了计算与分析,进而得到低温氮气预冷完成所需的最佳流速及预冷时间。结果表明,为保证规范设计要求,低温氮气储罐预冷中,流体温降速率不应超过5 K/h,需适当增加进口流速,当预冷达到165 K时,入口流速约为25 m/s。     

浙江LNG接收站卸料管线BOG预冷模拟研究

由于LNG的低温特性,在其首次进入接收站工艺系统前,需要先对LNG卸料管线采用低温LNG蒸气（BOG）预冷至-120 ℃,然后再引入LNG将卸料管线冷却至-150 ℃。卸料管线预冷是确保LNG接收站顺利投产试运行的重点工作。为此,以浙江LNG接收站为例,采用自编程序建模,针对管径为1 000 mm长距离LNG卸料管线的BOG预冷过程,建立了一维流动传热模型,借助MATLAB工具模拟了BOG预冷LNG接收站卸料管线的整个过程,结果显示：卸料管线壁面温度下降速率最大不超过10 ℃/h,计算时间步长取10 s,计算得出737 m的LNG卸料管线冷却到-120 ℃左右所需时间为30.25 h。同时还分析了不同因素对卸料管线预冷过程的影响,结果显示：①冷却用BOG流量随着时间的推移逐渐增大,在冷却结束阶段,BOG流量达40.95 kg/s,累积BOG消耗量为14 330 kg;②管道内BOG流速随冷却时间增加而增大;③管道内BOG压力随冷却时间及管道长度的增加而减小。建议实际操作中,将管线冷却至-100 ℃即可进入LNG冷却阶段,可节省整个管线的冷却时间及BOG用量。     

浮式LNG接收站3×104 m3全容储罐冷却技术研究

储罐冷却是LNG储罐调试工作中最关键和最危险的环节之一。针对国内首个浮式LNG接收站3×10~4 m~3LNG储罐冷却过程,进行了冷却方案比选,提出了预冷用LNG量的计算方法,介绍了冷却条件及冷却过程。针对冷却过程中出现的常规问题及非常规问题进行了分析并给出相应的解决方案。研究成果对其他浮式或常规LNG接收站中LNG储罐的冷却具有参考意义。     

大型LNG地上全容储罐的冷却技术研究

大型常压LNG储罐是LNG接收站中极其重要的单元设备,占有很高的投资比例,其正式启用时对调试工作的技术要求较高,而LNG储罐调试工作最关键和最危险的环节就是冷却。为此,详细介绍了国内LNG接收站常用16×104 m3 常压LNG储罐的冷却过程,分析了LNG储罐冷却前应具备的条件及注意事项,讨论了LNG储罐冷却过程中的压力控制、冷却介质（LNG）供应及流量控制、冷却过程的监控及冷却速率控制等调试技术,指出了冷却过程容易出现管线位移过大、法兰泄漏等问题,并给出了相应解决方法。研究成果对国内其他LNG项目具有借鉴意义。     

LNG低温储罐的设计及建造技术

LNG低温储罐是液化石油天然气储运过程中的重要设施,其建造技术复杂,施工要求严格,在我国工程实例较少.文章介绍了LNG低温储罐的技术特点、罐体结构以及设计过程中应遵循的规范,阐述了LNG低温储罐在基础、罐壁、罐顶、保温层施工中的技术要求和检验中应注意的事项,对LNG低温储罐的设计施工提出了建议.     

LNG接收站新增储罐及其卸料管线冷却方式探讨

目前,国内已建LNG接收站普遍存在新建储罐的投用问题,需对新建储罐进行预冷及调试。为此,简述了新建储罐及其卸料连接管线预冷的原则,提出了利用LNG船进行冷却、利用原有储罐及设施进行冷却和外置蒸发器冷却卸料管线3种冷却方式,并分析了其优缺点,认为LNG接收站新增储罐及其卸料管线应根据接收站的生产设备情况,选择一个最简便、安全、经济的预冷方式。     

地上全容式混凝土顶LNG储罐的冷却动态模拟

LNG储罐冷却是LNG接收站投产过程中风险最高、难度最大的环节,为了合理地控制冷却速度、储罐压力,以及选择适当的环境温度以降低BOG的排放量,对地上全容式混凝土顶LNG储罐的冷却过程进行了动态模拟。基于质量、能量守恒原理建立了LNG储罐冷却计算模型,根据甲烷特性参数及大连LNG接收站实际冷却情况确定了冷却计算模型中的相关参数,进而分析了LNG储罐冷却过程中冷却速度、环境温度、储罐压力与LNG需求量、BOG排放量之间的变化规律。结果表明：①随着冷却速度的增大,LNG需求量、BOG排放量逐渐减小,相同储罐温度下,LNG流量逐渐增加,排放BOG流量逐渐减小;②随着环境温度的增大,LNG需求量和流量逐渐增加,BOG排放量和流量也逐渐加;③储罐压力对LNG需求量和BOG排放量影响较小。据此,提出建议：①在LNG接收站对储罐进行冷却时应尽量选择在环境温度较低的冬季,以降低BOG的排放量;②在确保罐内温差正常的情况下,可尽量提高储罐冷却速度至-5 K/h,以便减少BOG的排放量,达到节能减排的目的。     

液氮+LNG预冷在大型常压LNG储罐的应用

针对传统LNG储罐预冷过程中出现的问题,提出了液氮+LNG预冷的技术,并成功应用于广安LNG储罐预冷。结果表明,液氮+LNG预冷技术在保证储罐预冷效果的基础上,有效地解决了工程上的两相流和相平衡问题,并明显减少了材料费用,是一种安全性和经济性兼备的高效预冷方案。同时,采用Fluent流体计算软件与传统计算方法相结合,研究了预冷过程中储罐的温度变化规律,对实际生产具有指导意义。     

LNG接收站BOG管网进液危害分析及应对措施

在LNG接收站开车、运行过程中,BOG管网进液可能导致BOG再冷凝系统停车、LNG储罐超压损坏、火炬火雨等严重后果。对LNG接收站BOG管网的潜在进液点进行了分析,讨论了进液危害及应对措施,并从设计、操作管理等方面提出优化措施,为LNG接收站工程设计、开车预冷、运维等提供参考和实践指导。     

CO2预冷双氮膨胀天然气液化工艺的海上适应性分析

优选出的CO₂预冷双氮膨胀制冷液化工艺提高了液化效率,增大了天然气液化处理能力,但其海上作业适应性还有待考察。为此,通过流程模拟和火用分析,对CO₂预冷、丙烷预冷和混合冷剂双氮膨胀制冷液化工艺流程进行了对比,并从热力学角度出发,分析了CO₂预冷双氮膨胀制冷液化工艺对原料气物性（温度、压力、组成）、流程操作参数（CO₂节流后的温度）以及CO₂纯度的敏感性,对其海上适应性做出了评价。结论认为：该工艺可适用于海况恶劣的环境,其对原料气温度、压力和组成变化不敏感,适合于中到大规模的天然气液化生产。最后,为保证流程的安全、高效运行,提出了该工艺应用中需注意的3个问题：①压缩机水冷器温度应低于31.1 ℃;②CO₂预冷温度应超过-53 ℃;③CO₂杂质含量应控制在1%以内。     

中型单容LNG储罐在珠海天然气液化装置的应用

单容LNG储罐在中小型天然气液化装置中应用广泛,且造价低廉,但其安全性较低。静态日蒸发率的高低及压力控制系统是否能够控制储罐压力在正常范围内是衡量单容罐性能优良与否的重要表征。珠海天然气液化装置拥有两座相同的中型单容LNG储罐,从该装置的实际运行情况出发,测算了储罐的静态日蒸发率随充满率的变化情况,并分析说明造成储罐压力快速变化的原因以及压力控制系统的控制效果。     

海上天然气液化工艺流程优选

LNG-FPSO（LNG Floating Production Storage and Offloading Unit,又称FLNG）是集海上液化天然气的生产、储存、装卸和外运为一体的新型浮式生产储卸装置。作为LNG-FPSO的核心技术,海上天然气液化工艺将对该装置的建造运营费用、运行稳定性和整个系统的安全性产生很大的影响,而现有的3种基本类型的天然气液化工艺（氮膨胀、混合冷剂和级联式制冷液化工艺）都不能完全符合海上天然气液化工艺的设计标准。为此,根据海上作业的特殊工况,组合模拟了6种适用于海上天然气液化的工艺流程,并从制冷剂流量、功耗、关键设备数量、天然气流量敏感性、天然气组成敏感性、易燃制冷剂储存和海上适应性等方面对各流程进行了比较,根据计算结果及对各流程的定性分析,优选出带预冷的氮膨胀液化工艺［即丙烷预冷双氮膨胀流程、混合制冷剂-氮气膨胀（并联）流程和混合制冷剂-氮气膨胀（串联）流程］为LNG-FPSO装置的首选工艺,且发现随着预冷深度的增加,该工艺的海上适应性减弱,功耗降低,处理能力增强。     

多台LNG高压泵联动运行的优化与改进

随着我国LNG进口量的不断增加,国内部分大型LNG接收站已开始进行扩建以提高气化外输能力,如何保证新增设备尤其是高压泵的可靠运行以达到预期的效率和产能,便成为LNG接收站重要的研究课题。为此,基于中石油唐山LNG接收站二期工程投产成功运行4年的数据资料,梳理了多台高压泵并联运行出现的相关问题,并根据设计数据、管道布置和联锁保护逻辑,分析了上述问题产生的原因,明确了影响多台高压泵之间流量分配的主要因素,提出了相关操作方式和工艺流程的优化改进措施。研究结果表明:①入出口总管π形弯是导致部分高压泵出现抽液、排液困难的原因;②出口阀开度是影响流量分配骤然变化的重要因素;③高压输出总管LNG倒流是高压泵出口流量被抢占的直接原因;④高压泵泵井与再冷凝器气相空间连通是导致高压泵泵井液位波动的主要原因;⑤提出了优先启动高压输出总管远端高压泵、将高压泵出口阀开度控制在较高水平、投用泵井放空至储罐工艺流程以规避BOG堆积泵井风险、定期检查高压泵出口止回阀的工作状态等4点运行优化措施建议。结论认为,所提出的优化方法可行有效,保证了唐山LNG接收站4 200×10~4 m~3/d的最大气化能力,为LNG接收站扩建工程及新增接收站提供了借鉴。     

气体膨胀式天然气带压液化流程的设计与优化

天然气带压液化（PLNG）技术可在较高的压力和温度下储存液化天然气,为海上天然气的液化提供了可能,但对于PLNG流程的相关运行参数、性能优化方面的研究几乎还未见报道。为此,借鉴气体膨胀式天然气液化系统的优点,针对CO₂含量较低的海上天然气设计了一种气体膨胀天然气带压液化流程,并利用HYSYS软件进行了模拟和优化。结果表明：①分别采用N₂、50% N₂+50% CH₄、CH₄作为制冷剂,以产品LNG的单位能耗为衡量指标,对流程的4个关键参数（进口天然气压力、LNG储存压力、气体制冷剂膨胀前压力及气体制冷剂膨胀前预冷温度）进行了优化分析,并得到了它们的最优值;②比较了N₂、50% N₂+50% CH₄、CH₄分别作为制冷剂时,流程的能耗情况,发现CH₄是能耗最低的制冷剂;③将优化后的氮膨胀天然气带压液化流程与常规氮膨胀天然气液化流程进行比较,结果表明前者不仅占地面积小、流程简单、设备初始投资低,而且运行工况更优良、能耗更低（仅为0.218 9 kWh/m³,比常规流程的能耗降低了46%）。