外輸工況影響下的LNG接收站工藝參數優化思考

摘要：液化天然氣氣化外輸為LNG接收站工藝流程中的重點環節，接收站工藝對外輸工況的敏感度較高，若外輸工況不穩，液化天然氣氣化外輸質量將受明顯影響。為此本文分析外輸工況與LNG接收站工藝參數的影響管理，給出接收站工藝參數優化的具體方案，以穩定LNG接收站運行狀態，降低接收站運行能耗，帶來更多的LNG經濟效益。

關鍵詞：LNG接收站;液化天然氣外輸;工藝參數

引言：受調峰能力、管線輸送能力等因素的限制，國內天然氣供需存在明顯的季節性矛盾，在冬季LNG接收站運行過程中，外輸壓力、溫度、體量的波動較大，容易給接收站內各類設備的運行穩定造成不利影響，進而引發運行效率降低、能耗提高的問題，并帶來一定安全風險。為保證特殊時期LNG接收站也能穩定高效運行，需要對運行參數與外輸工況間的關系做重點分析。

1 LNG氣化外輸工藝流程

1.1工藝原理

液化天然氣外輸工藝流程中包括再冷凝器、罐內泵、氣化器、高壓泵等單元，一般情況下，單個儲罐配備4臺罐內泵，泵體同時運行可輸出最大流量。罐內泵能夠將絕大多數液化石油氣傳輸至氣化器和輸出泵，另外一部分則進入裝車站。在輸出泵，液化石油氣又分為兩部分，進入再冷凝器和BOG管道的液化石油氣被再次凝結，進入高壓泵的液化石油氣被加壓處理后回到氣化器。罐內泵出口位置設置回流管線，用于輸送量異常調整，以始終保持管線在低溫條件下運行。

氣化器主要包括三種類型。一是中間流體式，其以海水作為初步加熱介質，以中間流體作為二次加熱介質;二是開架式，該類型氣化器可將液化天然氣轉化為飽和蒸汽狀態;三是浸沒燃燒式，在熱水套爐內加熱氣體產生天然氣，唐山LNG接收站即采用該類型氣化器。

1.2工藝流程

在分析外輸工況與LNG接收站工藝的影響關系之前，需要構建LNG接收站工藝模型，本文主要研究唐山市LNG接收站的工藝流程，并以此作為研究模型。

唐山市LNG接收站冬季運行時開啟再冷凝工藝流程，處于低溫、低壓狀態的LNG從卸船分別進入4個容積為16×104m3的儲罐，依次經低壓泵、再冷凝器、高壓泵等設備的處理后，將低壓LNG加壓至9.3MPa，然后利用內徑為80cm的高壓輸出管通入SCV及氣化器當中。氣化后的高壓NG氣體通入內徑為93.3cm的輸出總管，經計量后輸出。

唐山LNG接收站使用的SCV由日本公司生產，其結構包括水浴池、燃燒器、圍堰、煙囪等，另外配合火焰檢測器、冷卻水循環泵、鼓風機、加熱器等設備。該SCV的設計溫度在-170～65℃，設計壓力在13.9MPa，最大液化天然氣處理能力在220t/h。氣體在SCV燃燒室燃燒后釋放的高溫煙氣進入水浴池，促使水浴湍動，換熱管內的LNG與湍動水發生換熱，促使LNC氣化。

2外輸工況與LNG接收站工藝的影響關系

LNG接收站運行過程中，BOG處理工藝的選擇非常關鍵，常用BOG處理工藝包括再冷凝工藝和直接壓縮輸出工藝。其中，再冷凝工藝流程比較復雜，在再冷凝器完成LNG和BOG的冷凝處理，然后將LNG輸送至高壓泵。直接壓縮輸出工藝將LNG和BOG分開進行處理，兩條通路之間互不影響，處理過程相對簡單。

2.1外輸流量對LNG接收站工藝的影響

液化石油氣用戶的用氣量存在明顯的季節性、時段性規律，因此LNG接收站液化氣外輸量的谷峰差異較大，相應的外輸流量波動幅度也較大。唐山LNG接收站在冬季負責北京市天然氣供應的調峰任務，北京市約30%的天然氣均來自唐山LNG，為合理降低天然氣外輸成本，唐山LNG接收站采用再冷凝工藝，以應對冬季天然氣外輸流量較高的情形。考慮到實驗結果的實踐指導意義，決定對再冷凝工藝下外輸流量與LNG接收站運行能耗的影響進行分析。

LNG接收站外輸流量包括兩部分，分別為LNG氣體和BOG液化再氣體，調整外輸流量大小觀察接收站運行能耗變動。實驗結果發現，當外輸流量升高時，接收站低壓泵、高壓泵、氣化器等單元的運行能耗均表現出上升趨勢。

2.2外輸壓力對LNG接收站工藝的影響

LNG接收站外輸工藝流程中的外輸壓力并不固定，在一天中的不同時段表現為不同的壓力水平。實驗發現，外輸壓力變化對不同設備運行能耗的影響關系不同，當外輸壓力上升時，高壓泵運行能耗發生明顯上升，但氣化器、壓縮機、低壓泵等設備的運行能耗并未發生明顯變化，甚至氣化器運行能耗稍有降低。該現象的原因可能是由于，外輸壓力對LNG接收站內設備運行能耗的影響主要作用于距離計量區較近的設備上，外輸壓力上升所產生的大部分能耗影響由高壓泵承擔。

綜上，當外輸流量及外輸壓力上升會導致LNG接收站整體運行能耗上升。

3 LNG接收站工藝參數優化方案

結合以上實驗結果，LNG接收站工藝參數優化主要需對外輸壓力和外輸流量進行控制，以降低接收站運行能耗，同時保證天然氣外輸供應的穩定性。LNG接收站外輸量并不固定，液化天然氣的流量也處于不斷波動中，因此可調整氣路工藝參數進行節能降耗，如BOG流量及壓縮機出口壓力。在再冷凝工藝下，冷凝器運行狀態與其他相關設備的運行參數之間存在一定關聯，為保證冷凝器運行狀態穩定，在工藝參數調節中需對再冷凝壓力及液位做嚴格把控。

3.1 BOG流量調整

實驗結果表明，BOG流量與LNG接收站運行總能耗之間正相關，即BOG流量越高，接收站運行總能耗越大，因此在實際工作中，可適當調低BOG流量進行節能。接收站外輸工藝流程內BOG在兩種情況下產生，分別為出管內LNG蒸發和保冷管受熱，因此可在保持保冷管溫度不變的前提下降低保冷量來減少BOG生成[2]。另外，將壓縮機處理量調節至儲罐壓力最低水平的狀態可降低壓縮機運行能耗，進而達到降低總能耗的目的。

3.2壓縮機出口壓力調整

取唐山LNG接收站設計壓力13.9MPa，調整壓縮機出口壓力，觀察接收站運行能耗變化情況。在再冷凝工藝中，隨著壓縮機出口壓力增加，工藝運行能耗表現為先下降后上升的趨勢，當出口壓力達到6～7MPa范圍時，再冷凝工藝能耗水平較低。因此若LNG接收站在再冷凝工藝條件下運行，想要通過壓縮機出口壓力調整降低運行能耗，需確保壓力調節值在合理范圍內。

前文提出，外輸流量與LNG接收站運行能耗間正相關，在再冷凝工藝條件下，若外輸壓力較高，可降低接收站最小外輸量來控制能耗產生。再冷凝器的最小外輸量主要受其氣液比的影響，即過冷LNG流量與液化BOG流量的比值，可調空間非常有限，因此外輸流量的調整主要依靠壓縮機出口壓力來實現。具體原理為：BOG出口壓力增加導致再冷凝器入口處的BOG溫度上升，當液化體量不變時，需要的過冷LNG流量更低，進而降低再冷凝器的氣液比，促使最小外輸量和系統運行能耗降低。

結論：綜上所述，LNG接收站外輸工藝流程中，接收站運行總能耗與外輸流量和外輸壓力正相關，當外輸流量和外輸壓力較高時，可選擇再冷凝的BOG處理工藝，并通過適當降低BOG流量和壓縮機出口壓力來控制接收站運行能耗。具體而言，就是要適當調低保冷循環量以減少BOG的生成，通過壓縮機運行壓力降低來減少系統耗能。同時，調整壓縮機出口壓力在6～7MPa之間，將LNG接收站運行能耗控制在最小范圍。

參考文獻：

[1]王國強，明學江，宋濤.LNG接收站工藝流程案例分析[J].遼寧化工，2020，49（05）：532-534.

作者簡介：趙智勇（出生年1991），男，漢族，（籍貫：江蘇徐州），專科，助理工程師，研究方向：天然氣儲運。