LNG工艺详细介绍

面向DCS担当工程师的PLANT说明ＬＮＧ接收基地(储藏气化基地）参考文献：ＡＥＤ５３Ｕ０６Ｚ－０３　ＬＮＧ受入基地の制御１/１８１．序言　　　　ＬＮＧ（天然气）是Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ的简称。将地下以甲烷（CH4）为主要成分的天然气除掉水分、氧化硫、二氧化碳等杂志后、冷却至－１６２℃后液化的物质，即称为ＬＮＧ。甲烷在０℃1个大气压时是气体，冷却至－１６２℃时会变成液体，同时其体积也会变为原来的１／６００。这样，贮藏和输送都容易，在世界范围内作为燃料的利用在不断扩大。ＬＮＧ本质上是无公害的，作为石油的代替能源，预期是可以长期稳定的供给的；其埋藏量比较丰富（总利用可能量是83年所发现的3倍），在世界各地分布广泛；使用上的安全性也比较高等，据评价是充满魅力的。在日本对于ＬＮＧ的利用是从１９６９年１１月，東京ガス（株）根岸工場」に、「ポーラアラスカ号」靠岸将阿拉斯加生产的ＬＮＧ卸货开始的。此时的项目是东京电力（株）和东京GAS（株）的共同项目。ＬＮＧ的接受和贮藏、根据需要进行气化后在指定压力下送出等是由东京GAS承担的；东京电力占了使用量的７０%，作为燃料用于南横滨火力发电用。借着此项目的成功，其后的ＬＮＧ利用计划的主流就是电力公司和天然气公司共同使用一个接受基地。特别的，ＬＮＧ气化装置的主要形式是称为ＯＲＶ（ＯｐｅｎＲａｃｋＶａｐｅｒｉｚｅｒ）的，利用和海水进行热交换来进行气化的方式，利用从火力发电站的汽轮机用回水器中导出的大量的温海水，对于提高ＯＲＶ的热效率和抑制海水温度上升都是有好处的。其后的经过是，东京GAS/袖浦工厂（每年接收900万吨LNG的世界昀大的LNG基地）、大阪GAS/泉北工厂、东京电力/东扇岛火力、关西电力/姬路电力、北九州LSG/戸畑工厂、东邦GAS/知多共同基地、九州电力/大分火力、东北电力/东新泻港、中国电力/柳井火力・・・・・・・等接受基地在本州和九州建设。这一时期在日本国内，LNG通过载罐ｿｨｳｵﾊ筆者は、東京ガス/根岸工場の日本第１号のＬＮＧ受入基地から、東京ガス/袖ヶ浦工場、北九州エル・エヌ・ジー/戸畑工場の建設・試運転までを、メーカーの集中型DDCシステムのエンジニアリング・担当者として計装制御システムを担当した。その経験から得た知識をベースにしてＬＮＧ受入基地の制御システム（操業システム）を解説する。なお、　筆者が体験した受入基地は全て、昀新のＤＣＳシステムに更新されているので、必ずしも昀新の技術情報でないことを、お詫びしておきます。２/１８２．LNG基地的流程图　（典型流程）液化基地LNG罐栈桥控制接受罐贮藏罐罐内压控制送出主管压力控制热量控制气化器混合器火力发电站都市天然气海水泵LPG设备冷热利用BOG压缩机机器台数控制基地主控制（LoadProgram）RGB图-1LNG接受基地内设备关联机能图加臭设备卸货手臂LNG轮船リターンガスブロワーLNG地上罐LNG地下罐LPGバージLPG罐1'ry泵２'ry泵高压用ORV低压用ORV共用SMV海水泵LPG1'ry泵LPG２'ry泵热量调节混合器冷热利用设备LPG加热器城市用气火力发电站地方城市卡车出荷设备液态氧气、氮气卡车出荷电力冷热辅助ORV站内利用（卖电）BOG压缩机图-2LNG接受基地概略流程海水竖井アンローディングアームサーキュレーション火炬烟囱管理用计算机保税通关在库管理控制系统基地设备名称ボイルオフガスLNG液线高压气线低压气线LPG液线海水线LNG轮船上的泵借助于卸货手臂将LNG装入LNG罐中贮藏。从LNG罐中出来的LNG通过１’ｒｙ泵升压后，经低压用ORV气化后作为火力发电站的燃料送出。经２’ｒｙ泵再升压后的LNG通过高压用ORV气化后，利用热量调节装置根据LPG规定的卡路里进行热量调节，添加了加臭剂后作为城市用气供给一般家庭。ＳＤ通风烟囱ＡＡＡＡＡＡ１３Ａ３/１８３．关于LNG基地设备由于LNG基地内的各设备相互之间都有联系，因此设计时将工厂整体作为一个整套设备来投产的。这意味着，基地内设备大致可分贝接受设备和气化送出设备，两者的连接点是LNG贮藏罐；但一般不专门设置一个受入专用的罐子，而是以一边支出一边接受的方式为大前提，有必要进行统一管理。３－１接受设备为了接受LNG，设置有一个专用的栈桥（BUS）。BUS设备不用说肯定是一个必要的设备。它对巨大的LNG轮船安全靠岸直到停留状态进行监视（这里为止和轮船进行情报共享），同时，当LNG卸货手臂、循环气体装载手臂连接好后，要确保接受装卸作业安全进行。　　　（１）　接受作业的概要接受作业是以现场操作员的手动作业为主。出于与轮船的通信及轮船靠岸的事前准备、待命、停靠后的状态监视的目的，以及作为税官的值班室，建设有栈桥中心。以下列举主要的作业。・作为观测设备，有各种测量仪器：风向、风速、潮位、波高、潮流速、潮流向、气压、气温、靠岸速度、地震、各固定绳的张力等，同时还有表示记录这些数值兵进行警报监视的操作盘ロガー等。・靠岸后，船与陆地之间通信线路的连接、前液位测量、手臂连接、装卸会议・氮气（Ｎ2）的气密性测试、氮气（Ｎ2）净化、计装空气压隔离（shutdown)测试・将BOG从轮船抽取到陆地上（轮船减压）、陆地上的均压作业・卸货手臂和受料端的冷却（接受手臂端部的表面温度确认）・船上的货物泵按顺序启动开始装卸。途中采样开始、接收气体进行色谱分析・针对LNG体积减少的部分，通过回气鼓风机（ＲＧＢ）从陆地向轮船上注入BOG・当装卸接近完成时，装卸泵减速、采样停止、RGB停止・装卸泵停止、手臂隔离阀关闭、手臂侧抽取液体（压入N2）、接受配管循环开始・回气手臂隔离阀关闭・后液位测量、手臂切断、轮船-陆地通信线路切断Ｎ2Ｎ2Ｎ2MLCサンプリング装置受入ガスクロＡＡＡＰＩＣＴＩＴＩFＩCTIPIFIFIC両方向オリフィスLNG接受线サーキュレーションラインリターンガスライン（ＢＯＧメインヘッダ）ＲＩ遮断装置空気圧ホース大気開放船ＭＩＭＩ舫舫PTPT图-4接收装置巡回流程图ガス抜きヘッダ４/１８リターンガス・ブロワ３－２贮槽（TANK)设备用于储藏LNG并向气化设备输出的设备。为了大量储存LNG这种-162℃下的超低温物质，和炼油所的原油罐相比储藏量虽然大致相同但构造及相关设备是有很大区别的。LNG罐有地上罐和地下罐，在东京湾周边建设的LNG接受基地主流都是地下罐。（卫星基地的话也是分为地上储藏式和地下储藏式两种）約６２ｍ約４５ｍＬＮＧブリージングタンク（窒素）基桩防液堤（ダイク）配管ラックボイルオフガストップフィードボトムフィードBOG总管受入ライン液ヘッダ底部保冷剤（パーライトコンクリート）コンクリート床基桩（约40m、815根）外槽（普通鋼）保冷剤（パーライト充填）内槽（９％Ｎｉ鋼）ＧＬN２LNGAA液ヘッダＬＮＧ受入ラインＢＯＧ母管コンクリート側壁ポリウレタン保冷剤メンブレン（ＳＵＳ３０４）側壁メンブレン（ＳＵＳ３０４）ポリウレタン保冷剤アスファルトコンクリート排水砂利層底板部ＧＬ屋根デッキ吊ボルトデッキ保冷剤サスペンデッドデッキ図ー５１２万キロリットルメンブレン式ＬＮＧ地下タンクの構造図ＬＮＧ１’ｒｙポンプ（３～５台）図ー５８万キロリットル平底二重殻円筒型ＬＮＧ地上タンクの構造図トップフィードボトムフィード１’ｒｙポンプジェットミキシングジェットミキシングボイルオフガス約９０ｍ約５０ｍAFIPTFIPTTITATILITITITALIロールオーバー監視用温度計ロールオーバー監視用温度計５/１８　　　　（１）　特殊用语解说①BOG(BoilOffGas:蒸发气体)LNG罐中接受并储藏的LNG由于经常出于沸点（-162～160℃）附近，因此会有BOG产生。BOG发生的原因主要是由于LNG罐的进热造成的。其他的还有为了冷却配管,循环LNG锁携带的热量及LNG罐接受时的进热。②翻滚现象（RollOver）　　　LNG根据产地不同，其成分、密度、发热量等一般也是不同的。　　　　　　　　　　｛因此，交易时不是依据重量或体积，而是依据热量单位（总发热量）来进行。｝成分各异的LNG在进入同一个罐子时，不同LNG不会混合而形成层状后被储藏起来。特别的，当上层部是重质LNG（高温、高密度），下层部是轻质LNG（低温、低密度）的场合，上部的LNG会产生BOG并且密度会越来越高。这种现象称作“煮开”，这样会导致下层的LNG由于受到上层重量作用而不发生BOG，两层之间交界面处会发生热交换及物质的相互扩散。其结果，上部的重质层和下部的轻质层会突然发成层逆转，产生大量的BOG。这种现象被称为「翻滚」。（现实中还没有发生过翻滚事件）翻滚现象中，LNG的体积会膨胀600倍，内压会急剧上升，破坏罐体。因此，一定要对罐子进行监视，切实地进行预知以及构建完ｱｸ的对策。③回气（ReturnGas）LNG轮船是利用装载的LNG产生的BOG作为燃料，在锅炉中产生高压蒸汽驱动汽轮机来航海的。为了极力抑制BOG的产生，轮船上罐的内压设定的较高些来进行控制。因此在接受基地进行卸货时，首先要平衡船与陆地罐的内压来进行卸货作业。由于LNG卸货导致的船上的罐内压下降，要通过陆上罐的BOG进行补充。这种BOG被称为回气，其压送设备被称为回气鼓风机（ReturnGasBlower：RGB)。④顶部注入和底部注入（TopFeedandBottomFeed）LNG接受（Cargo）的形态有TopFeed（罐的上部注入LNG）和BottomFeed（罐的底部注入LNG），根据接受的LNG的产地及形状等进行判断。一般的，采用顶部注入或同时注入的方式。当罐的在库（ヒール）较多时，卸货会议也会决定采用底部注入的方式。这是为了LNG船从靠岸到离岸的停泊ﾊｱｼ　　　　（２）　为了尽可能减少接收储罐的在库量，配备的一般是LNG接收量1.5倍容积的储罐。由于LNG储罐必须保持在冷却状态，有设定一个DeadStockLevel。支出的昀大量不能超过这个DeadStockLevel，因此在地上型储罐的场合，一般指定“2罐接收”。另外，这样也对缩短卸货时的作业时间有所帮助。　　　　（３）　储罐内压计LNG储罐有义务要设置压力计来测量储罐内部的压力（表压）。（当台风袭来时，用大气压对表压进行补偿）　　　　（４）　储罐液位计LNG储罐由于是保税的储罐，根据关税法要设置正副液位计。其支出量以总液位计的差指作为主要值，根据各个支线泵的支出量（累计量）来划分。使用的液位计有关税法认可的流量式、静电容量式、电子显示式、超声波式等。６/１８　　　　（５）　储罐内温度计、气体温度计根据关税法（蔵関）有设置的义务，也包含预备的设置。气体温度通过在库计算用于液体变换。（６）　储罐内外差压及呼吸式储罐为了使储罐内和外壳之间的保温材料保持干燥，填充氮气并且将压力保持在比储罐内略高。对于地上储罐，设置有呼吸式储氮气罐。　　　　（７）LNG１’ｒｙ泵、２’ry泵的吐出流量控制（LNG初级泵）LNG泵是纵型多段潜水式的，泵体和马达一体都浸没在LNG中。（在地上储罐的情况，为了保持泵冷却，在泵停止中会预先开放储罐真空阀）有部分LNG为了润滑及冷却的目的会经过轴承和马达，吸收热量后会产生BOG，因此有一个气体分离抽送至BOG管线的构造。这种构造，如果泵的吐出流量减少，流体温度升高，LNG气化后，会形成空洞或造成泵损坏。因此为了防止泵的吐出流量降至20%以下，要进行昀低流量控制。这种昀低流量控制，在LNG基地的场合一般采用空气式调节计来进行现场控制。另外，当有多台泵同时运行时，为了均衡负荷也有通过DCS进行流量控制。ALNG地上储罐喷嘴混合喷嘴混合FCFCFICFICAAALNGHeaderA返回向储罐向储罐HCHCAHCFCALNGHeaderFIC１’ｒｙポンプ返回喷嘴混合（1～５台）GL图ー６地上储罐的１’ｒｙ泵周边图ー７地下储罐的１’ｒｙ泵周边　　　　（８）　BOG母管压力目的是控制储罐内压。出于可靠性考虑设置有3个压力传感器。控制用信号采用Oneoutofthree