武騰

摘 要：大型常壓LNG儲罐是接收站重要設(shè)備，本文詳細(xì)介紹了國內(nèi)LNG接收站常用16×104m3常壓LNG儲罐的冷卻過程，分析了LNG儲罐冷卻前應(yīng)具備的條件及注意事項，討論了LNG儲罐冷卻過程中的壓力控制、冷卻介質(zhì)（LNG）供應(yīng)及流量控制、冷卻過程的監(jiān)控及冷卻速率控制等技術(shù)，并給出了相應(yīng)解決方法。

關(guān)鍵詞：LNG;全容儲罐;調(diào)試;冷卻;壓力控制;流量控制;冷卻速率控制

1? LNG 儲罐及調(diào)試概述

國內(nèi)LNG接收站常見16×104m3地上全容式LNG儲罐的建設(shè)周期一般為3a左右（ 包含設(shè)計階段）。在裝置機(jī)械安裝完工、電氣和儀表系統(tǒng)調(diào)試完成后，進(jìn)行 LNG 儲罐的水壓試驗、除水、氣密試驗、儲罐干燥和氮氣置換等預(yù)調(diào)試工作，其中最關(guān)鍵和最危險的環(huán)節(jié)就是冷卻。LNG儲罐的冷卻范圍除了儲罐本體還有 4 條相關(guān)液相管線： 卸料總管、低壓泵輸出總管、零輸出。它們的冷卻順序為： 卸料總管的冷卻、儲罐的冷卻、低壓泵輸出總管的冷卻、零輸出進(jìn)罐管線的冷卻。

對于一個接收站來說，LNG儲罐冷卻有兩種方式 ：

1） 接收第一船LNG時，對接收站內(nèi)首批建成的儲罐進(jìn)行冷卻，使LNG儲罐達(dá)到使用條件，之后完成其他調(diào)試工作。這種冷卻只能利用船上的LNG進(jìn)行。

2） 接收站已經(jīng)投產(chǎn)，后續(xù)投用的LNG儲罐冷卻所用的LNG則可以來自其他儲罐 ， 而且不影響接收站的正常外輸和卸船作業(yè)。

本文探討的是第二種情況，且針對國內(nèi)某LNG項目后期投用的的2號160000 m3 地上全容儲罐的冷卻和調(diào)試，所用的冷卻介質(zhì)LNG來自已經(jīng)投產(chǎn)的1號儲罐。

2? 冷卻過程的前提條件及注意事項

2 . 1? LNG 儲罐冷卻前應(yīng)具備的條件

1）LNG儲罐已經(jīng)經(jīng)過干燥，內(nèi)罐﹑穹頂﹑內(nèi)外罐夾層﹑罐底等空間已經(jīng)進(jìn)行了干燥、氮氣吹掃和置換，并保持正壓的氮氣環(huán)境。

2）BOG（蒸發(fā)氣）處理系統(tǒng)已經(jīng)投入運行。

3）其他在用 LNG 儲罐低壓泵外輸運行正常。

4）儲罐頂部的卸料總管與地面卸料總管已經(jīng)同時被冷卻。

5）即將冷卻的2號LNG儲罐與相鄰的工藝系統(tǒng)之間安裝隔離。

6）按照PI&D圖的要求檢查所有工藝閥門、氮氣系統(tǒng)閥門、儀表風(fēng)系統(tǒng)、放空閥門、安全閥上、下游手閥、儀表的隔離閥狀態(tài)。

7）LNG 接收站處于最小輸出或零輸出的循環(huán)模式。

8）火炬系統(tǒng)運行正常，長明燈已經(jīng)點燃。

2 . 2儲罐冷卻步驟

在DCS中開啟卸料管線主閥門 （注意在開啟此閥門之前，必須平衡閥前閥后的壓力后（0.5MP）再將其開啟，在開啟該閥門時，罐頂必須要有外操，由于閥后至儲罐的該段管線里全部是BOG氣體，所以當(dāng)該閥開啟時，首先會聽到管線里有很大的氣流聲，隨著LNG不斷的填充管線，管線里的BOG氣體被置換出去，當(dāng)LNG充滿卸料管線到達(dá)罐頂時，會明顯的聽到液體流動的聲音，且之前的BOG強(qiáng)大的氣流聲會隨之消失，管線里是平穩(wěn)的液體流動聲音，聲音較小，所以罐頂?shù)耐獠僖欢ㄒ牴芫€里聲音的變化，當(dāng)聽到液體到達(dá)罐頂開始進(jìn)入儲罐時，立即通知內(nèi)操將噴淋線的閥門全部關(guān)閉，然后再緩慢開啟少量的開度，從2.6%至大約20-30%左右，具體要通過儲罐的溫度下降情況而調(diào)整閥門的開度，儲罐的預(yù)冷速率控制在每小時-3℃-5℃），查看儲罐的溫度通過DCS儲罐溫度明細(xì)界面來查看，可以將主要的10個溫度控制點設(shè)置在一個趨勢圖里通過大屏幕方便隨時掌握預(yù)冷情況。

3? LNG 儲罐冷卻

3 . 1 LNG 儲罐冷卻過程壓力控制

冷卻時LNG儲罐內(nèi)的氮氣通過罐頂DN150的放空管線進(jìn)行排放，儲罐壓力控制在15 kPa ，過一段時間排放出來的將是天然氣。當(dāng)?shù)獨鉂舛冉档偷娇苫厥盏臉?biāo)準(zhǔn)（體積分?jǐn)?shù)為15%以下）時，儲罐壓力將由BOG系統(tǒng)來控制。如果罐內(nèi)壓力繼續(xù)上升而超過設(shè)定值，還可以通過罐頂?shù)木偷胤趴?，直接排放到大氣中?/p>

3 . 2? 冷卻介質(zhì)（ LNG ） 的供應(yīng)及流量控制

當(dāng)上罐的卸料總管冷卻結(jié)束后，卸料總管充滿LNG，就可把DN1000 卸料總管內(nèi)的 LNG 引入噴淋環(huán)管對儲罐進(jìn)行冷卻。

LNG的流量將通過安裝在噴淋線上的孔板流量計來控制，冷卻過程要密切監(jiān)控溫降速率和罐內(nèi)壓力。

LNG流量將周期性地增加以維持穩(wěn)定的冷卻速率。LNG在冷卻過程的實際供應(yīng)情況如下（與理論計算有一定偏差）：

1） 冷卻開始時的LNG流量為3～ 7.5m3/h（LNG密度約為426.0 kg/m3）。

2）冷卻結(jié)束時為27.0 ～33.0m3/h，儲罐內(nèi)壓力控制在23 kPa以內(nèi)，溫度降低速率為3-5℃/h 。

3）LNG儲罐冷卻到-152℃大約需要600m3的LNG，放空量約為94 m3，儲罐冷卻共需 50h ，之后LNG將通過底部卸料管供應(yīng)。

3 . 3? 冷卻過程的監(jiān)控及冷卻速率控制

冷卻速率為3℃/h ，冷卻用 LNG 最大流量不能引起溫降速率超過5 ℃/h ，即使在最后的冷卻階段。（ 最后的冷卻階段是指所有底部溫度傳感器達(dá)到-120℃）。

為了監(jiān)控冷卻過程中儲罐的溫度梯度，在儲罐多處位置安裝了溫度傳感器。內(nèi)罐底部或罐壁任意兩個相鄰檢測點的溫度梯度不得超過30℃。內(nèi)罐底部和罐壁表面的溫度梯度不得超過50℃。如果溫度梯度超過上述數(shù)值，應(yīng)停止注入LNG到儲罐，直到溫差在允許值內(nèi)。

此過程中可能會出現(xiàn)由于溫度傳感器損壞而溫度讀數(shù)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，這時需根據(jù)實際情況進(jìn)行判斷并參考其他讀數(shù)調(diào)整溫度讀數(shù)。

應(yīng)調(diào)節(jié)冷卻氣體和LNG的流量以避免由于儲罐內(nèi)氣體冷卻太快引起壓力驟降而產(chǎn)生局部真空。

冷卻過程對接收站外輸沒有影響，但是 LNG 卸船期間儲罐冷卻要暫停， 卸船結(jié)束后恢復(fù)冷卻。

4冷卻過程出現(xiàn)的問題及解決方法

1）冷卻過程中管線位移過大、法蘭泄漏。如高壓排液管位移量達(dá)25 mm ，卸料管線也出現(xiàn)了同樣的問題，并且法蘭發(fā)生泄漏。對于管線的位移，可以通過加固固定支撐解決，或者切割鋼結(jié)構(gòu)，以使管道有足夠位移空間。對于泄漏的法蘭用力矩扳手重新緊固一遍。

2）罐頂 DN150 放空管線不能滿足放空要求，冷卻過程罐壓持續(xù)上升，最高達(dá)到23 kPa ，通過暫停冷卻和控制LNG流量，并且打開就地放空閥門來降低罐壓。就地放空時間大約25h，直到氮氣體積分?jǐn)?shù)低于15%，把BOG系統(tǒng)投用才關(guān)閉就地放空閥門。

5? 結(jié)論

1）冷卻過程中應(yīng)著重監(jiān)測儲罐壓力、儲罐LNG流量、罐壁和底板的溫度等參數(shù)，嚴(yán)格控制冷卻速度在允許的范圍內(nèi)。

2）大口徑LNG管線的冷卻最好開始時用BOG進(jìn)行冷卻，會使大口徑管線均勻冷卻，從而減小管道的位移量。

3）編寫、審核調(diào)試規(guī)程，除了對介質(zhì)特性﹑P&ID圖紙熟練掌握之外，一定要與設(shè)備﹑管線的現(xiàn)場實際位置進(jìn)行充分的對照。

4） LNG接收站的正常外輸對LNG儲罐的冷卻沒有影響，但是卸船對儲罐冷卻有影響，冷卻操作必須暫停。

5）對于已經(jīng)運營的LNG接收站在對后期投用的LNG儲罐冷卻時，冷卻初期可采用較小的冷卻速度，當(dāng)BOG的排放量達(dá)到了接收站最大回收量時可逐漸提高冷卻速度來減少BOG的排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

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