LNG接收站工艺设计介绍

LNG接收站工艺设计介绍第一节工艺方案的确定一、工艺技术路线选择LNG接收站的主要功能是液化天然气（LNG）接收和储存、蒸发气（BOG）处理、LNG增压、LNG气化、天然气（NG）输出以及LNG的槽车或槽船输出。LNG接收站的工艺技术路线分为两种：即直接输出工艺和再冷凝工艺。两种工艺并无本质上的区别，只是在BOG的处理工艺上有所不同。直接输出工艺是将BOG压缩到外输压力后直接送至输气管网，这需要消耗大量压缩功；而再冷凝工艺则是将蒸发气压缩到某一中间压力，然后与低压输送泵从储罐送出的LNG在再冷凝器中混合。由于LNG加压后处于过冷状态，可以使BOG冷凝下来，冷凝后的LNG经高压输出泵加压气化后外输。直接输出工艺需要消耗大量压缩功，运行费用较高，一般用于外输气压力较低，昀小外输量低于冷凝蒸发气需要LNG量的场合；再冷凝工艺不需要将BOG压缩到外输压力，而是压缩到一个较低的压力，然后利用LNG的冷量将BOG冷凝，从而减少了BOG压缩功的消耗，节省能量。具体采取哪种工艺线路，还需要根据外输气的具体情况来进行综合分析确定。目前国内已建和在建的大型LNG接收站均采用再冷凝工艺。二、工艺系统配置LNG接收站工艺过程包含：LNG接卸、LNG储存、BOG回收处理、LNG低压输送、LNG加压气化、NG计量及外输、LNG装车/船等。按工艺过程进行工艺系统划分如下：1）卸船系统2）LNG储存系统3）BOG处理系统4）LNG增压系统5）LNG气化外输系统6）LNG装车系统三、辅助设施及公用工程系统配置根据LNG接收站主要工艺流程的需要，一般LNG接收站主要配置以下辅助设施及公用工程系统：1）火炬系统2）燃料气系统3）氮气系统4）仪表空气、工厂空气系统5）海水系统6）生产生活用水系统7）消防系统8）废水处理系统9）中央控制室10）码头控制室11）分析化验室12）维修车间及仓库13）变电所四、工艺系统流程概述工艺流程按照工艺系统分别说明：1、卸船系统(1)运输船停泊/连接卸船臂LNG接收站具有专用的接卸码头，其接卸能力满足接收站的要求。码头设有LNG卸载所需要的工艺和安全设施。LNG船到岸时，港口操作员与领航员、拖船以及船只停泊监测系统控制运输船靠岸系泊。在运输船安全系泊并和岸上建立了通信联系后，方可连接LNG卸料臂和气相返回臂。随后需测试紧急切断系统，并使用氮气置换卸船臂中的空气达到要求，再用船上的LNG冷却运输船的输送管道和LNG卸船臂后再进行卸船作业。(2)运输船卸载LNG运输船和卸料臂准备就绪后，LNG由运输船上的卸料泵，经过LNG卸船臂，并通过卸船总管输送到LNG储罐中。为平衡船舱压力，LNG储罐内的部分蒸发气通过气相返回管线、气相返回臂返回LNG船舱中。如果靠储罐和运输船之间的压差无法将蒸发气压回运输船，那么就需要通过回流鼓风机增压后将蒸发气送回运输船。一般来讲，LNG卸料臂中有一台臂为气液两用臂。这样，当气相返回臂发生故障不能使用时，气液两用臂将被用作气相返回臂，此时虽然卸船操作时间会延长，但一方面避免了大型LNG船滞港，另一方面又避免了产生的蒸发气无法回船而造成排放至火炬系统燃烧。卸船操作时，实际卸船速率和同时接卸LNG储罐数量需根据LNG储罐液位和LNG船型来确定。每座LNG储罐均设有液位计，可用来监测罐内液位。卸船管线一般设有固定的取样分析系统，可对管道中的LNG进行在线分析，也可取样进行实验室分析。卸船时可通过卖方提供的货运单上的LNG组分使LNG合理地通过储罐的顶部或底部进料阀注入储罐中，避免LNG产生分层，从而减少储罐内液体发生翻滚的可能性。在卸船完成后，LNG运输船脱离前，用氮气从卸船臂顶部进行吹扫，将卸船臂内的LNG分别压送回LNG运输船、LNG卸船管线或LNG码头排净罐（如有），并解脱卸船臂与船的接头。如果码头设有排净罐，但排净罐检修时，可将卸船臂和卸船管线中的LNG通过排净罐旁路直接排到LNG卸船管线中。在无卸船操作期间，通过一根从低压输出总管来的冷循环管线以小流量LNG经卸船管线循环，以保持LNG卸船管线处于冷态备用。冷循环的LNG大部分返回到去再冷凝器的LNG低压输出总管，其余部分通过LNG卸船总管经LNG储罐顶部和底部进料阀的旁路回到各LNG储罐。2、LNG储存系统目前国内大型LNG接收站的LNG储罐均为全包容式混凝土顶储罐（简称FCCR），储罐的有效工作容积为16×104m3。全包容式混凝土顶储罐内罐采用9%镍钢，外罐是预应力混凝土材料建成。储罐的设计压力一般为-0.5kPaG/29kPaG，其环隙空间以及吊顶板都设有保冷层，以确保在设计环境下储罐的日昀大蒸发量不超过储罐容量的0.05%。为防止LNG泄漏，罐内所有的流体进出管道以及所有仪表的接管均从罐体顶部连接。每座储罐设有2根进料管，既可以从顶部进料，也可以通过罐内插入立式进料管实现底部进料。进料方式取决于LNG运输船待卸的LNG与储罐内已有LNG的密度差。若船载LNG比储罐内LNG密度大，则船载的LNG从储罐顶部进入，反之，船载的LNG从储罐底部进入。这样可有效防止储罐内LNG出现分层、翻滚现象。操作员可以通过操控顶部和底部的进料阀来调节LNG从顶部和底部进料的比例。在LNG进料总管上设置切断阀，可在紧急情况时隔离LNG储罐与进料管线。LNG储罐通过一根气相管线与蒸发气总管相连，用于输送储罐内产生的蒸发气和卸船期间置换的气体至BOG压缩机、回流鼓风机（如有）及火炬系统。每座LNG储罐都设有连续的罐内液位、温度和密度监测仪表，以防止罐内LNG发生分层和溢流。储罐的压力通过BOG压缩机压缩回收储罐内产生的蒸发气进行控制。LNG储罐一般设有两级超压保护。如遇到大气压降低较快等工况，压缩机不能及时处理大量的蒸发气时，可通过开启压力控制阀，将BOG气体排放至火炬系统来保护储罐，以防止系统超压，这是储罐的第一级超压保护。每座储罐还配备数个安全阀，是储罐的第二级超压保护，安全阀的设定压力为储罐的设计压力，超压气体通过安装在罐顶的安全阀直接排入大气。LNG储罐一般设有两级真空保护。由于大气压快速增加导致储罐压力较低时，来自外输天然气总管的天然气通过破真空阀输送至LNG储罐，维持储罐内压力稳定，这是一级真空保护。如果补充的破真空气体不足以维持储罐的压力在正常操作范围内，空气通过安装在储罐上的真空安全阀进入罐内，维持储罐压力正常，保证储罐安全。低压外输管线设有混合管线，可以使单座罐内的LNG循环混合。在储罐的内部空间和环隙空间设置氮气管线，可以干燥、吹扫以及惰化储罐。储罐内顶部设有环状喷嘴，与卸船管线相连，用于LNG储罐的初次预冷。3、蒸发气处理系统(1)蒸发气压缩处理蒸发气的产生主要是由于能量的输入造成，如泵运转电机发热、外界热量的传入、环境的影响等，另外大气压变化、LNG送入储罐时造成罐内蒸发气体积的变化也是蒸发气产生的原因。蒸发气处理系统的目的是为了经济而有效地回收LNG接收站产生的蒸发气。LNG接收站在卸船操作时产生的蒸发气的量远远大于不卸船操作的蒸发气量。卸船时产生大量蒸发气，其中一部分蒸发气通过气相返回管线，经气相返回臂返回LNG船舱中，以保持卸船系统的压力平衡。另一部分经BOG压缩机压缩到一定的压力后在再冷凝器中冷凝。BOG压缩机采用低温压缩机，可通过负荷调节来实现流量控制。BOG压缩机的开车/停车由操作员控制。如果BOG流量高于压缩机或再冷凝器的处理能力，储罐和蒸发气总管的压力将升高，当压力超过压力控制阀的设定值时，过量的蒸发气将排至火炬燃烧。卸船时，蒸发气量是不卸船时的数倍，需要所有压缩机同时工作。一旦1台BOG压缩机出现故障，为了确保卸船时产生蒸发气能得到有效处理，可适当降低卸船速率以避免或减少蒸发气排至火炬燃烧。BOG压缩机入口设缓冲罐，防止蒸发气夹带液滴进入压缩机。(2)再冷凝器再冷凝器将BOG压缩机增压后的蒸发气与LNG混合并将蒸发气冷凝为液体。再冷凝器内填充不锈钢拉西环。蒸发气与LNG在填充床中混合并实现冷凝。根据再冷凝器出口压力和来自压缩机的BOG流量来调节进入再冷凝器的LNG/BOG流量比例，以确保蒸发气冷凝为液体。4、LNG增压系统储罐内的LNG经低压输送泵一部分进入再冷凝器冷凝，另一部分直接进入高压输出泵，通过高压泵加压达到外输所需的压力，而后进入气化设备。(1)低压输送泵低压输送泵为立式潜液泵，安装在储罐的泵井中。低压输送泵均为定速运行，其运行流量由天然气外输量、装车/船量及保冷循环量等确定。每台低压输送泵的出口管线上均设有昀小流量调节阀，以保护泵的运行安全。每座储罐的低压出口总管上设有紧急切断阀，既可用于隔离低压输送泵与LNG低压外输总管，又可在紧急情况时使储罐与低压LNG外输总管隔离，同时可用于低压输送泵或低压LNG外输管线的检修操作。(2)高压输出泵高压输出泵采用立式、电动、恒定转速离心泵，安装在专用的立式泵罐内。高压输出泵的输出流量通过设在气化器入口管线的流量调节阀进行控制。每台泵的进、出口管线均设有切断阀，以便于泵的切换和紧急情况下的切断隔离。高压输出泵的出口设有昀小流量控制阀以保证泵的安全运行。5、LNG气化外输系统(1)气化器大型接收站比较常用的气化器有开架式气化器（ORV）、浸没燃烧式气化器（SCV）、中间介质气化器（IFV）等。ORV使用海水作为气化LNG的热媒，SCV则以天然气作为热媒，IFV则除了海水还需要中间介质作为热媒。一般接收站首选ORV作为气化器，但海水条件不能满足要求时，需要选择SCV或IFV来代替ORV或采用ORV+SCV的联合方案。在气化器的入口设有流量调节阀，用以调节接收站的外输天然气输出量，并控制气化器出口天然气的温度和天然气输出总管的压力。气化器的运行台数和运行流量由下游用户用气量确定。当外输气体出口温度过低时，可通过气化器外输系统温度控制，减小入口LNG流量。每台气化器还设有安全阀，超压时可将过量的气体就地排放至安全地点或排放至火炬。(2)分析计量系统天然气外输总管上设有分析计量系统，用来分析外输天然气的热值、组分，同时实现接收站的外输贸易计量，重要的数据需要上传至外输管网的SCADA系统。6、LNG装车系统LNG由LNG接收站低压输送进入槽车输送总管，后经各装车站支管和槽车装车臂进入LNG槽车，装车流量由槽车控制室和就地控制完成。槽车中的气相通过气相返回臂返回至槽车回气总管，然后接入BOG总管返回至LNG接收站。在槽车输送总管末端设置冷循环管线，通过控制循环流量，保持槽车输送总管处于冷态。可根据管线上的表面温度计的温升情况调节冷循环流量。每次装车完成后，各装车位吹扫残液（气）和置换气排放进入LNG收集罐（如有）。LNG收集罐到达一定液位时，用氮气将其中残液压送至槽车冷循环管线，并返至接收站低压排净总管。五、辅助设施及公用工程系统流程描述1、火炬系统火炬系统用于收集BOG总管的超压放空。另外界区内天然气外输总管维修时的泄压气体也直接进入火炬系统。在火炬的上游低点位置设有火炬分液罐和火炬分液罐加热器。分液罐的目的是使排放到分液罐的蒸发气将可能携带的液体充分分离，加热器的作用是使其中的LNG气化。为防止空气进入火炬系统，在火炬总管尾端以及分支总管端部连续通以低流量氮气，以维持火炬系统微正压。2、燃料气系统接收站燃料气系统为浸没燃烧式气化器、火炬点火装置及长明灯等用户提供燃料。燃料气一般来自BOG压缩机出口的压缩蒸发气以及外输天然气汇管来气。蒸发气或外输天然气经减压加热后供给燃料气用户。第二节工艺控制过程一、系统控制原则及设置接收站工艺控制系统通常分为分散控制系统（DistributedControlSystem，以下简称DCS）、安全仪表系统（SafetyInstrumentedSystem，以下简称SIS）以及成套设备可编程控制器（Programmablelogiccontroller，以下简称PLC）。1.DCS系统DCS是接收站控制系统的核心，主要用于监视和控制接收站内主要工艺设备的运行，其主要如能如下：•对接收站、码头、槽车装车的生产过程进行监视和控制；•与音响报警系统连接，用