LNG接收站雙儲罐串聯預冷方案

高瑋，楊文剛，蓋小剛(中海石油氣電集團有限責任公司，北京 100028)

0 引言

大型LNG儲罐是LNG接收站最主要的設備，其功能是用以儲存液化天然氣。一般的大型常壓LNG儲罐結構型式包括：單容罐、雙容罐、全容罐及膜式罐等。按儲罐的設置方式可分為地上儲罐與地下儲罐兩種。按結構型式可分為球罐、單容罐、雙容罐和全容罐。其中單容罐、雙容罐及全容罐均為雙層，由內罐和外罐組成，在內外罐間充填有保冷材料，罐內絕熱材料主要為膨脹珍珠巖、彈性玻璃纖維氈及泡沫玻璃磚等[1]。

目前國內已建成投產的LNG接收站用LNG儲罐全部為地上全包容式混凝土頂儲罐(簡稱FCR)，有效工作容積一般為16 000 m3，內罐采用9%鎳鋼，外罐是預應力混凝土材料建成，內罐和外罐均具有獨立儲存LNG的功能[2]。此類LNG儲罐的建設周期一般在3年左右(包含設計階段),在裝置機械安裝完工、電氣和儀表系統調試完成后，進行LNG儲罐的水壓試驗、除明水、氣密試驗、儲罐干燥和氮氣置換等預調試工作，之后進行LNG儲罐調試工作。

LNG儲罐的調試工作主要包括儲罐冷卻、5 m液位建立及靜置、低壓泵性能測試、液位儀表調試等工作，當所有調試工作完成后，標志著LNG儲罐真正意義上投入運行。LNG儲罐的冷卻是整個投用調試過程中風險最大、最難控制的一個環節，由于新罐冷卻期間可能會有然氣或LNG泄漏，處理不當就會發生安全事故。另外，儲罐冷卻過程中內罐罐體要收縮，如果冷卻過程中溫降速率控制不好，極有可能破壞LNG儲罐內罐，造成儲罐泄漏[3-4]。

1 LNG儲罐預冷工藝

儲罐預冷環節作為最為儲罐調試工作重要的一個環節且風險最高。因此需要在預冷過程中著重控制儲罐的溫降速率，使儲罐以一定的速度緩慢降溫，逐步冷卻。同時，需要在預冷過程中密切檢測儲罐及附屬設備的狀態，保證預冷過程更加安全可靠，避免破壞儲罐內部，造成儲罐泄漏風險[5]。儲罐冷卻方式有液氮預冷與LNG預冷兩種，目前國內LNG接收站常采用LNG預冷的方式。

1.1 新建LNG接收站

全廠機械完工后，于接收首船LNG的時候，利用首船LNG對卸料管線進行冷卻和填充后，對新建LNG接收站一期儲罐進行冷卻，冷卻儲罐的順序應為距離卸料碼頭從遠到近，使LNG儲罐達到投產條件。

1.2 已投產LNG接收站

對已投產的接收站后期新建成的LNG儲罐，可以利用已投產的儲罐中的LNG來提供新建儲罐預冷所需的LNG。

中海油福建LNG項目二期兩個新建5#、6#儲罐的預冷，使用一期儲罐中的LNG對新建儲罐進行預冷。根據福建LNG一期投產數據來看，在儲罐預冷過程中，用于儲罐預冷的LNG氣化成的大量BOG被直接排放至火炬燃燒，造成了大量損失。因此，二期在確保儲罐預冷的情況下，提出了雙儲罐串聯預冷的設想：一方面進一步利用第一個預冷儲罐產生BOG的冷量；另一方面對產生的BOG最大限度的進行回收，以達到降本增效的生產目標。本文針對福建LNG項目二期2個16×104m3儲罐5#、6#儲罐的雙儲罐串聯預冷技術方案及過程進行介紹。

2 儲罐預冷程序

福建LNG接收站此前已建成并運行4個儲罐，接收處理規模為630萬噸/年。5#、6#儲罐工程項目主要增加2個與1#～4#儲罐相同存儲規模16×104m3全容LNG儲罐，并在每個儲罐分別增設3臺LNG低壓泵和相應的配套設施。除此之外，還將增加一臺蒸發氣壓縮機以及對一期火炬的改造擴容，以處理由于LNG儲罐數量增加而導致的BOG量增加及火炬排放量增加。

由于6#儲罐距離卸料總管最遠，因此先進行6#儲罐的預冷工作，當6#儲罐預冷結束后再開始進行5#儲罐的預冷。儲罐預冷程序操作在新增卸料管線預冷及填充之后。預冷步驟為：

(1) 6#儲罐預

①6#儲罐天然氣置換氮氣及預冷結束；

②6#儲罐打開進料閥門旁路小流量建立500 mm液位；

③LNG船靠泊卸料(根據船期確定)，6#儲罐填充至5 m液位。

(2) 5#儲罐預冷

①5#儲罐天然氣置換氮氣及預冷結束；

②6#儲罐打開進料閥門旁路小流量建立500 mm液位；

③LNG船靠泊卸料(根據船期確定)，5#儲罐填充至5 m液位。

(3) 6#和5#儲罐靜置

①6#儲罐靜置12 h；

②5#儲罐靜置12 h。

2.1 6#儲罐預冷

首先，進行6#儲罐卸料豎管繼續填充，填充至預冷管線處。當6#儲罐卸料豎管填充完成后，控制預冷管線調節閥開度進行6#儲罐預冷，確保儲罐內部各溫度監控點溫降速率3～5 ℃/h，相鄰監控點溫差不超過30 ℃，不相鄰點最大溫差不超過50 ℃。當測得底部所有溫度均達到-150 ℃(±5 ℃)后，逐步全開預冷調節閥，根據具體情況打開上、下進液的旁路，逐步提高流量直至液位達到約500 mm，6#儲罐預冷結束。儲罐預冷期間，罐內低壓泵及泵筒同時被冷卻。

6#儲罐預冷期間，儲罐壓力控制在15～20 kPa左右，儲罐預冷前期通過產生的BOG置換儲罐內氮氣，同時打開6#儲罐BOG管線閥門、5#儲罐BOG管線閥門，將6#儲罐預冷過程產生的BOG引入5#儲罐。打開6#儲罐頂部臨時泄放閥門進行置換氣體就地排放并檢測組分；當檢測的甲烷含量>5%時，關閉6#儲罐上就地放空口，通過調節閥門開度控制6#儲罐預冷速率及5#儲罐BOG置換；通過5#儲罐排放口檢測排放BOG的甲烷含量>10%時，關閉就地排放口，通過火炬進行BOG放空；通過6#儲罐注氮口檢測排放BOG的甲烷含量>70%時，開始回收6#儲罐預冷產生的BOG。提高6#儲罐預冷壓力至超過一期儲罐壓力，采用一期BOG壓縮機和高壓壓縮機回收預冷產生的BOG。且將5#儲罐泄壓后作為緩沖罐，回收BOG壓縮機無法工作時6#儲罐所產的BOG。

2.2 6#儲罐充液并靜置

通過卸船，對儲罐進行充液至5 m液位，兩個儲罐填充流程基本一致。中控控值LNG卸料總管的壓力及流量，關閉預冷調節閥，視情況打開上、下進料閥門及旁路。當儲罐液位接近5 m時，關閉進料閥。隨后，儲罐靜置12h，觀察各參數的變化。

2.3 5#儲罐預冷

當6#儲罐預冷完成后，開始5#儲罐預冷。首先，進行5#儲罐卸料豎管繼續填充，填充至預冷管線處。當5#儲罐卸料豎管填充完成后，控制02-HV-5001開度進行5#儲罐預冷，確保儲罐內部各溫度監控點溫降速率3～5 ℃/h，相鄰監控點溫差不超過30 ℃，不相鄰點最大溫差不超過50 ℃。當測得底部所有溫度均達到-150 ℃(±5 ℃)后，逐步全開預冷閥門02-HV-5001，根據具體情況打開上、下進液的旁路，逐步提高流量直至液位達到約500 mm, 5#儲罐預冷結束。儲罐預冷期間，罐內低壓泵及泵筒同時被冷卻。

5#儲罐預冷期間，由于前期與6#儲罐串聯置換氮氣及預冷，排放BOG的甲烷含量很快到達回收標準>70%，產生的BOG幾乎全部回收。

2.4 5#儲罐充液并靜置

通過卸船，對儲罐進行充液至5 m液位。中控控值LNG卸料總管的壓力及流量，關閉02HV5001，視情況打開上、下進料閥門及旁路。當儲罐液位接近5 m時，關閉進料閥。隨后，儲罐靜置12 h，觀察各參數的變化。

3 結論

3.1 雙儲罐串聯預冷

根據兩罐串聯預冷的經濟節能理念，在確保儲罐就地放空安全性的前提下實施兩罐串聯預冷方案。在6#儲罐預冷過程中，將6#和5#儲罐串聯預冷、放空，提前置換5#罐中的氮氣并降低溫度為后續該儲罐預冷做準備，在相當程度上節約了預冷5#儲罐的BOG用量。

3.2 BOG回收

在預冷6#儲罐過程中提高該儲罐預冷壓力至超過一期儲罐壓力，采用一期BOG壓縮機和高壓壓縮機回收預冷產生的BOG。且將5#儲罐作為緩沖罐，回收BOG壓縮機無法工作時6#儲罐所產的BOG，大大降低了BOG放空量。截止6#儲罐建立500 mm液位，僅放空約168 t LNG產生的BOG, 5#儲罐在預冷過程中幾乎沒有放空BOG，較福建LNG根據一期項目一個儲罐需預冷需要1 200 t LNG的數據預測的5#、6#儲罐預冷各需約1 100 t LNG的預測值來看，優化后的5#、6#儲罐預冷方式總體回收LNG共計約2 030 t。此預冷儲罐方式對今后的其他新建及擴建工程有很強的借鑒意義。