王兆鳳

(中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司，山東 青島 266071)

液化天然氣(LNG)接收站項(xiàng)目群是我國(guó)“四大油氣進(jìn)口戰(zhàn)略通道”之一的海上油氣戰(zhàn)略通道的重要組成部分[1]，有強(qiáng)大的應(yīng)急調(diào)峰功能且相關(guān)業(yè)務(wù)受地緣政治影響較小。國(guó)內(nèi)已建、在建和擴(kuò)建中的LNG接收站約20座，LNG貿(mào)易量以每年約12%的速度增長(zhǎng)[2]，更加有力地保障了國(guó)家能源安全，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

LNG儲(chǔ)罐是LNG接收站的核心設(shè)備，儲(chǔ)罐占接收站投資的30%以上，因此罐容的設(shè)計(jì)計(jì)算至關(guān)重要，同時(shí)由于受LNG運(yùn)輸船的有效容積和運(yùn)輸安排、單個(gè)儲(chǔ)罐的安全余量、滿足季節(jié)調(diào)峰任務(wù)的存儲(chǔ)量、以及其它可能出現(xiàn)的事件，比如LNG運(yùn)輸船來(lái)期的推遲及檢修，或者無(wú)法預(yù)料的意外事件，比如遇上惡劣的天氣，等等突發(fā)事件所需的儲(chǔ)備量[3]。充分利用用氣的月不均勻性調(diào)整船期，可大大降低LNG的儲(chǔ)存量?？蓪⒂脷獾头逶碌哪承㎜NG來(lái)船調(diào)至用氣高峰月，也可增大用氣低峰月的LNG來(lái)船期，減小用氣高峰月的LNG來(lái)船期[4]。在此基礎(chǔ)上，本文通過(guò)理論計(jì)算對(duì)LNG儲(chǔ)罐罐容進(jìn)行了模擬與方案比選，通過(guò)調(diào)整船期得到了最優(yōu)方案。

1 LNG存儲(chǔ)系統(tǒng)工藝

LNG經(jīng)由卸料管線進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐內(nèi)低溫儲(chǔ)存，根據(jù)LNG的密度選擇進(jìn)罐方式。相比罐內(nèi)LNG密度小的選擇從儲(chǔ)罐下部進(jìn)料，反之選擇從上部進(jìn)料，有效避免分層。為了防止儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG分層及翻滾，站內(nèi)儲(chǔ)罐設(shè)有液位、溫度、密度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐[5]。

LNG儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)有低壓泵以保證LNG的低壓輸出。低壓泵的出口管線均要匯總到低壓輸出管網(wǎng)。為確保各臺(tái)低壓泵在同等的流量下工作，需要能靈活控制泵的出口流量，因此，每臺(tái)泵的出口管線上都安裝了流量控制閥，除此之外，該流量控制閥還可以在緊急情況下切斷輸出。此外，每臺(tái)低壓泵的出口管線上都要設(shè)置最小流量控制回路，但在正常操作條件下，這條回路要保持關(guān)閉。在輸出量很小或者為零的時(shí)候，這條回路將開(kāi)始工作，用來(lái)保護(hù)低壓泵。在接收站零輸出的情況下，仍然要有一臺(tái)低壓泵保持運(yùn)行，使小部分LNG在卸料管線及輸出管線中循環(huán)，以確保系統(tǒng)一直處于低溫狀態(tài)[6-7]。

2 LNG接收站儲(chǔ)存能力

方案一：不調(diào)整船期

根據(jù)LNG接收站承擔(dān)季節(jié)調(diào)峰的特點(diǎn)，接收站的處理能力為600萬(wàn)t/a，接收站儲(chǔ)存能力計(jì)算由下式給出：

V=V1+V2+V3

其中：LNG密度按437.4kg/m3考慮；

V——接收站LNG儲(chǔ)存能力，m3；

V1——LNG船裝卸有效船容，m3；

V2——儲(chǔ)備量，考慮最大不可作業(yè)期間的儲(chǔ)備量，本站按5天的儲(chǔ)備量考慮，m3；

V3——季節(jié)調(diào)峰儲(chǔ)量，m3。

2.1 V1的計(jì)算

本接收站LNG船的主力船容按215000m3考慮，其有效船容為206400m3。即：

V1=206400m3

2.2 V2的計(jì)算

V2的計(jì)算與整個(gè)LNG接收站的年供氣能力有關(guān)，考慮5天的最大不可作業(yè)天數(shù)。圖1為用戶用氣月不均勻系數(shù)。

圖1 某城市用氣月不均勻系數(shù)

由圖可知，一年中12月用氣量最大。在V2的計(jì)算中，取12月的五天考慮最大不可作業(yè)期間的儲(chǔ)備量。

V2=600×107÷350÷437.4×1.36×5=195963m3

2.3 V3的計(jì)算

V3的計(jì)算量很大程度上考慮的是接收站的季節(jié)調(diào)峰。以2013年基本方案季節(jié)調(diào)峰為例，四至十月為低峰月，一至三月、十一至十二月為高峰月。在低峰月，接收站將在儲(chǔ)罐內(nèi)貯存一定數(shù)量的LNG，來(lái)確保滿足高峰月的供氣要求。經(jīng)計(jì)算得，2013年基本方案最大季調(diào)峰系數(shù)為3.75%。

季節(jié)調(diào)峰系數(shù)=∑(A-B)÷C (∑：需求高峰期)=3.75%

式中：A：需求高峰期的每月需求量；

B：月平均需求量；

C：年需求總量。

V3=年需求量×季節(jié)調(diào)峰系數(shù)600×107÷437.4×0.0375=514403.3m3

2.4 V的計(jì)算

可得：

V=206400+195963.2+514403.3=916766.6m3

方案二：調(diào)整船期

根據(jù)LNG接收終端的年供氣能力及LNG船的有效船容，可得出一年中需要67艘LNG船才能滿足城市的用氣。經(jīng)初步計(jì)算的LNG接收站的船期為5.4天，現(xiàn)規(guī)定在用氣高峰月以5天為船期，在用氣低峰月以6天為一個(gè)船期。在上述基礎(chǔ)上，LNG接收站得到均勻的氣源。

根據(jù)圖1，可知一年中的用氣月不均勻系數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算得每個(gè)月的日均勻用氣量，見(jiàn)表1。由表的數(shù)據(jù)，加上運(yùn)輸來(lái)的LNG量，再減去當(dāng)日的日用氣量，依次累計(jì)，可得出LNG接收站每日需要儲(chǔ)存的LNG量，見(jiàn)圖2?？傻貌徽{(diào)整船期的方案，接收站最高需要754878.6m3的LNG儲(chǔ)存量。

充分利用用氣的月不均勻性調(diào)整船期，可大大降低LNG的儲(chǔ)存量。可將用氣低峰月的某些LNG來(lái)船調(diào)至用氣高峰月，也可增大用氣低峰月的LNG來(lái)船期，減小用氣高峰月的LNG來(lái)船期。本接收站將在全年均勻供氣的基礎(chǔ)上，將用氣低峰月六月中旬的一艘來(lái)船調(diào)至用氣高峰月十月末，將用氣低峰月八月中旬的一艘來(lái)船調(diào)至用氣高峰月十二月上旬。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、比較，按此種方案調(diào)整船期時(shí)LNG儲(chǔ)存量最小。此種調(diào)整方案下，本LNG接收站每日需要儲(chǔ)存的LNG量變化曲線如圖2所示，接收站最大存儲(chǔ)需求量為448771.1m3。

表1 各月用氣量

圖2 LNG接收站日要求儲(chǔ)存量

3 LNG儲(chǔ)罐數(shù)量方案比選

方案一：不調(diào)整船期

經(jīng)計(jì)算得，LNG接收站以5.4天為一個(gè)船期。為使調(diào)整船期計(jì)算方便，四～十月低峰月取6天為一個(gè)船期，其余月份以5天為一個(gè)船期。

LNG船對(duì)LNG接收站全年均勻供氣，考慮最大不可作業(yè)期間的儲(chǔ)備量，但是不采取調(diào)整LNG船期的方法來(lái)緩解調(diào)峰壓力，接收站儲(chǔ)存能力及儲(chǔ)罐數(shù)量計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 接收站儲(chǔ)罐數(shù)量的計(jì)算

方案二：調(diào)整船期

高峰月時(shí)為保證供氣量充足穩(wěn)定，個(gè)別來(lái)船日一次來(lái)兩艘LNG船。低峰月為了避免LNG接收站LNG儲(chǔ)存量過(guò)大，個(gè)別來(lái)船日取消來(lái)船。經(jīng)過(guò)多種調(diào)整船期的比較，圖2所示的調(diào)整方案使得LNG接收站的LNG儲(chǔ)存量最小。此調(diào)整方案是在全年均勻供氣的基礎(chǔ)上，將低峰月的兩艘來(lái)船調(diào)至高峰月十月末。此時(shí)LNG接收站儲(chǔ)存能力及儲(chǔ)罐數(shù)量計(jì)算見(jiàn)表3。

表3 接收站儲(chǔ)罐數(shù)量的計(jì)算

方案分析：

方案一：若本接收站全年均勻送氣，接收站為滿足下游市場(chǎng)季節(jié)調(diào)峰的要求，接收站需建六座160000m3儲(chǔ)罐。但從總圖布置上分析，接收站無(wú)法布置如此多數(shù)量的儲(chǔ)罐。而且，本方案大多數(shù)時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)罐中的LNG只用于儲(chǔ)備，僅僅在需求高峰期時(shí)才能得以有效利用。此種方案儲(chǔ)罐利用率很低，投資不合理。

方案二：若將供氣低峰月的LNG船調(diào)整至供氣高峰月，以緩解接收站季節(jié)調(diào)峰壓力，則接收站設(shè)置三座160000m3的儲(chǔ)罐即可滿足儲(chǔ)存需求。根據(jù)世界LNG接收站運(yùn)營(yíng)情況、LNG船運(yùn)輸方式及貿(mào)易協(xié)議，與上游供氣方簽訂船運(yùn)協(xié)議，調(diào)整船期或購(gòu)買現(xiàn)貨用于季節(jié)調(diào)峰是相對(duì)可行的。通過(guò)調(diào)整船期可以減少三個(gè)儲(chǔ)罐的投資，而且提高了LNG利用率，大大提高了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

綜合以上因素考慮，LNG接收站擬采用方案二，即于建設(shè)三座160000m3儲(chǔ)罐。

4 結(jié)論

本文對(duì)600萬(wàn)t/a的LNG接收終端的罐容進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，在LNG接收站儲(chǔ)存能力計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過(guò)方案比選以及調(diào)整船期將LNG儲(chǔ)罐數(shù)量同6座降低為3座，大幅度降低了LNG接收站的投資，同時(shí)滿足了下周儲(chǔ)氣調(diào)峰的需求，同時(shí)建議通過(guò)購(gòu)買LNG現(xiàn)貨的方式，在保證供氣安全的基礎(chǔ)上靈活利用儲(chǔ)罐空間，可以提高項(xiàng)目的收益。