提高LNG應急儲配站液氮的利用率探索

盧錦忠，高政軍

(中海廣東天然氣有限責任公司，珠海 519000)

0 引 言

我公司所轄某綜合站是集天然氣高壓輸氣、城市門站、LNG應急儲配站、CNG加氣母站于一體的綜合型場站。場站配備有6個150立方LNG儲罐、兩臺氣化能力達2標萬方/小時的低溫泵及相關汽化系統作為應急氣源輔助設施,如圖1所示。其控制系統儀表風早期采用裝氮氣作為氣源，低溫泵密封氣及低溫泵前管道保壓采用200 L杜瓦瓶液氮通過氣化作為氣源。由于這種模式供氣保障穩定性偏低，同時存在氣瓶更換頻繁、供氣不穩，存在停泵斷供風險隱患以及占地面積大、維護工作量大等缺陷。

圖1 某綜合站氮氣系統示意圖

在實施二期工程改擴建時，為消除以上缺陷，確保應急保供系統運行穩定，增建一個5 m3立式液氮儲罐存儲和供應系統氮氣。但該液氮儲罐投運后BOG蒸發過快造成液氮利用率偏低的問題迫切需要解決，為此展開了研究活動。

1 現狀調查

2017年10月份投用以來，5 m3液氮儲罐出現大量液氮BOG蒸發，引起儲罐超壓放空造成浪費現象。每月造成1 600 kg液氮放空浪費 ,同時液氮儲罐長期超壓運行，也造成安全隱患。統計數據表明2017年第四季度液氮消耗量及及利用率見表1。

表1 某綜合站2017年第四季度液氮外排消耗統計情況

對液氮儲罐出現的問題，對場站2017年第四季度液氮損耗情況進行了詳細的調查分析，見表2。

表2 液氮主要外排消耗途徑統計表

調查結論：導致氮氣消耗量偏高的的主要問題是儲罐對外排放所致。

2 原因分析

針對液氮主要消耗進行展開討論分析，并繪制關聯圖，如圖2所示。

圖2 液氮主要消耗關聯圖

3 要因確認

從關聯圖中可見，引起消耗的途徑的六大因素為：(1)儲罐氮氣出口管超溫；(2)備用液氮瓶不適用；(3)液氮儲罐真空度低；(4)液氮儲罐壓力表誤差大；(5)壓差表(液位)顯示不準和；(6)低溫泵備用狀態。對原因分析的六項末端因素進行整理并逐項確認。

3.1 要因驗證

(1)儲罐氮氣出口管道超溫

按規程液氮儲罐出口管道溫度應小于 -5 ℃。為此對儲罐底部出口管進行溫度檢測，數據如圖3所示。

圖3 管道溫度折線圖

可見欠缺保溫措施的液氮儲罐出口液氮管道的表面溫度超出影響儲罐氣化率的最低溫度。且一直達不到-5 ℃，判定為要因。

3.2 要因驗證

(2)備用液氮瓶的不適用

液氮儲罐投運后，考慮液氮采購及儲罐卸車時間的不確定性，保留了200 L液氮瓶作為備用氣源，這也是消耗源，須進行統計分析。

按標準蒸發量不超過0.3%時為達標液氮蒸發量。根據月外排量統計圖上圖呈現強正關系，如圖4所示。根據數據判斷法計算相關系數γ=LXY’/(√LXX√LY’Y’)=0.9951，查臨界相關系數γ：取N=30-2=28，ɑ=0.05查相關系數檢驗表，γα=0.361。

圖4 液氮瓶月度外排放量散布圖

綜上，γ=0.9951>γα=γ0.05=0.361,超壓外排量換算每天外排率如下列公式:0.179×860(860 m3氮氣/1T液氮)/30×100%=5.13%。

備用液氮瓶在備用期間蒸發量為5.13%，嚴重超標(0.3%)，因此確認為要因。

3.3 要因驗證

(3)液氮儲罐真空度低

低溫儲罐自然蒸發量大小與罐體真空度大小有著直接關系，為了驗證儲罐真空度是否超出行業指導的真空度<10帕標準范圍，采用了專業真空度檢測儀在不同的氣象環境下進行了檢測，并對數據進行匯總(如圖5所示)

圖5 儲罐真空度實測數據散布圖

從圖5數據分析看出，液氮儲罐真空度檢測數據顯示最高的一項<10帕，符合低溫儲罐真空度要求，對液氮自然蒸發量影響極小，該因素確定非要因。

3.4 要因驗證

(4)液氮儲罐壓力表誤差大

對液氮儲罐上的壓力表與質監局檢測校對過的壓力表進行實際壓力比對，顯示數值見表3。數據對比兩塊壓力表差值非常小，不會造成對液氮蒸發量計算影響，確認為非要因。

表3 現場壓力表數據對比表

3.5 要因驗證

(5)壓差表顯示不準

采用消耗量與壓差值是否成正比關系來判定壓差液位表顯示是否正常。通過實際進液量記錄每天消耗量，可以比對出壓差表顯示真實性，數據如圖6所示。

圖6 儲罐消耗量與壓差表比對折線圖

對比表明每天消耗量與壓差(液位)表顯示成正比，也與進液重量換算相對應，壓差表顯示的值是準確的，該因素確定為非要因。

3.6 要因驗證

(6)低溫泵備用狀態

按制度低溫泵每年須有兩次試運行，在三臺LNG泵在運行記錄表中沒有記錄泵的啟停時間、泵的電流等參數就說明LNG泵處在備用狀態，見表4。

(2#)LNG泵運行記錄

(3#)LNG泵運行記錄

表4 某站LNG泵記錄匯總表

從表4統計得出，在調查儲罐液氮消耗量，是參考的數據時間為LNG泵在備用狀態下的產生的消耗量，為此低溫泵備用狀態用量少因素，確認為要因。

通過對六項末端因素分析和驗證，最終確定三項主要因素:

(1)低溫泵備用狀態氮氣用量少；

(2)儲罐氮氣出口管道超溫；

(3)備用液氮瓶不適用。

4 對策的制定與實施

4.1 制定對策

針對造成液氮利用率偏低的要因，研究制定對策方案，并對方案進行了可行性分析與篩選，綜合各項分析后確定定了對策表，見表5。

表5 對策表

4.2 對策的實施

4.2.1 解決低溫泵備用狀態氮氣用量少問題

利用現有的資源，將一、二期的氮氣管道聯通。針對低溫泵備用狀態時，液氮儲罐蒸發量過大導致超壓對外排放造成的浪費，利用場站現有氮氣系統，進行回收利用，是減少氮氣外排，提高利用率的主要要素之一，改造步驟如下；

(1)將液氮儲罐排放口連接去往LNG罐區的儀表風管道，并在此管道上裝上球閥；

(2)在原有氮氣瓶組在進罐區前加球閥，一旦LNG罐區出現緊急情況，可以在罐區外進行操作，保證罐區根部閥及有關應急閥門的儀表風用氣。

改造后對液氮儲罐進行多次檢查，沒發現液氮儲罐有超壓現象。對兩個月儲罐儲量及消耗情況數據進行調查分析，每天使用量約60(kg)、月用量在1 900 kg左右，沒有超出控制界限的點；控制界限內的點隨機排列，過程處于受控狀態，問題得到根本消除。

4.2.2 解決儲罐氮氣出口管道超溫問題

在液氮儲罐出口罐進行加裝保溫，選用采用按行業標準5 cm保溫棉，外包2 mm鋁皮。

針對在啟用儲罐排放管道回收同時,在同一天上、中、下午不同時段溫度對儲罐根部管道進行測試跟蹤，如果連續三天測試溫度都在都液氮儲罐出口液氮管道溫度<-5 ℃)，則為之有效。結果合格率為100%，見表6。

表6 現場管道溫度測試記錄表

由上圖表可以看出，沒有超出控制界限的點；控制界限內的點隨機排列，過程處于受控狀態。溫度匹配的成功率為100%，符合標準，對策實施有效。

4.2.3 解決備用液氮瓶不適用問題

經過研究后決定取消備用液氮瓶瓶組，但是為了保障低溫泵平穩運行時對氮氣的需求，為平穩提供氮氣，與液氮供應商簽訂一份3小時液氮瓶瓶到貨協議，供氣方也保證3小時備用氣源能送到現場。

取消備用液氮瓶的成功率為100%，符合標準，對策實施有效。

4.3 取得的效果及問題的解決程度

為了復查實施效果，對液氮儲罐外排的因素再次進行了統計，見表7。

表7 液氮利用率調查統計表

采取措施后的液氮利用率，如圖7所示。

圖7 液氮利用率調查統計柱狀圖

5 結束語

對策實施后，液氮利用率大幅度提高，由原來的86%提升為99%，液氮外排放空用量從每月1 080 kg減少到4 kg，問題得到圓滿解決，癥結解決程度優秀，實現了設定的改進目標。同時也避免了壓力容器設備長期超越額定壓力運行，消除了設備安全隱患及對巡查人員造成人身安全威脅，可作為其它類同的液氮系統的改進提供參考。