LNG接收站的主要功能是接收、儲(chǔ)存、再氣化液化天然氣，為區(qū)域管網(wǎng)用戶穩(wěn)定供氣。近幾十年來(lái)，隨著工程建設(shè)的推進(jìn)，先進(jìn)、可靠的接收站技術(shù)已日趨成熟，可以為我們所用。
一、接收站工藝
LNG接收站按照對(duì)LNG儲(chǔ)罐蒸發(fā)氣(BOG)的處理方式不同，接收站工藝方法可以分為直接輸出和再冷凝兩種。直接輸出法是將蒸發(fā)氣壓縮到外輸壓力后直接送至輸氣管網(wǎng)；再冷凝法是將蒸發(fā)氣壓縮到較低的壓力(通常為0.9MPaG)與由LNG低壓輸送泵從LNG儲(chǔ)罐送出的LNG在再冷凝器中混合。由于LNG加壓后處于過(guò)冷狀態(tài)，可以使蒸發(fā)氣再冷凝，冷凝后的LNG經(jīng)LNG高壓輸送泵加壓后外輸。因此，再冷凝法可以利用LNG的冷量，并減少了蒸發(fā)氣壓縮功的消耗，節(jié)省了能量。對(duì)于大型LNG接收站大多采用再冷凝工藝。圖6-1所示是典型的接收站再冷凝工藝流程[4]。
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接收站的生產(chǎn)系統(tǒng)包括：卸船系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、外輸及計(jì)量系統(tǒng)等。
(一) 卸船系統(tǒng)
接收站的卸船系統(tǒng)包括專用碼頭、卸料臂、蒸發(fā)氣返回臂和管路等。
CNG專用碼頭的特點(diǎn)是接收品種單一、數(shù)量多、船型大。碼頭上除設(shè)有大型運(yùn)輸船靠泊、停泊設(shè)施外，LNG碼頭的專用設(shè)備是卸料臂。卸船操作在操作員的監(jiān)控下進(jìn)行，重點(diǎn)是控制系統(tǒng)壓力。卸料臂通過(guò)液壓系統(tǒng)操作。LNG運(yùn)輸船到達(dá)卸船碼頭后，通過(guò)運(yùn)輸船上的輸送泵，經(jīng)過(guò)多臺(tái)卸料臂分別通過(guò)支管匯集到總管，并通過(guò)總管輸送到LNG儲(chǔ)罐中。LNG進(jìn)入儲(chǔ)罐后置換出的蒸發(fā)氣，通過(guò)一根返回氣管道，經(jīng)氣相返回臂，送到運(yùn)輸船的LNG儲(chǔ)艙中，以保持系統(tǒng)的壓力平衡。
在卸船操作初期，采用較小的卸船流量來(lái)冷卻卸料臂及輔助設(shè)施，以避免產(chǎn)生較多的蒸發(fā)氣，導(dǎo)致蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)超負(fù)荷而排放到火炬。當(dāng)冷卻完成后，再逐漸增加流量到設(shè)計(jì)值。
卸船作業(yè)完成后，使用氮?dú)鈱埩粼谛读媳壑械腖NG吹掃干凈，并準(zhǔn)備進(jìn)行循環(huán)操作。，從各卸料支管中排除的LNG進(jìn)入碼頭上設(shè)置的收集罐，并通過(guò)收集罐加熱器將排除的LNG氣化后經(jīng)氣體返回管線送到蒸發(fā)氣總管。
在無(wú)卸船期間，通過(guò)一根從低壓輸出總管來(lái)的循環(huán)管線以小流量LNG經(jīng)卸料總管循環(huán)返回再冷凝器，以保持LNG卸料總管處于冷備用狀態(tài)。
(二) 儲(chǔ)存系統(tǒng)
1. 儲(chǔ)罐
儲(chǔ)存系統(tǒng)是接收站重要的生產(chǎn)系統(tǒng)，而儲(chǔ)罐是該系統(tǒng)的主要設(shè)備。進(jìn)出儲(chǔ)罐的所有管線接口都在罐頂。為了使不同密度的LNG以不同方式進(jìn)入儲(chǔ)罐，流程上安排卸船時(shí)LNG可以從儲(chǔ)罐的上部管口直接進(jìn)入儲(chǔ)罐，也可通過(guò)內(nèi)部插入管由底部進(jìn)入儲(chǔ)罐。通常在操作中，較重的LNG從上部進(jìn)入，較輕的LNG從下部進(jìn)入。同時(shí)，也可通過(guò)LNG低壓輸送泵將罐內(nèi)LNG循環(huán)到上部或底部，從而有效防止分層、翻滾現(xiàn)象的產(chǎn)生。
(1) 儲(chǔ)罐的液位控制
為了確保儲(chǔ)罐的安全操作，儲(chǔ)罐的液位、溫度、密度監(jiān)測(cè)十分重要。每個(gè)儲(chǔ)罐都應(yīng)設(shè)置足夠的液位、溫度、密度連續(xù)測(cè)量設(shè)施，以有效監(jiān)控儲(chǔ)罐的液位。連續(xù)測(cè)量設(shè)施由數(shù)字邏輯單元和電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元組成，可以在LNG儲(chǔ)罐內(nèi)垂直移動(dòng)、連續(xù)測(cè)量。當(dāng)溫差超過(guò)0.2℃或密度差超過(guò)0.5kg/m3時(shí)，應(yīng)用LNG低壓輸送泵對(duì)罐內(nèi)LNG進(jìn)行循環(huán)操作，以肪止出現(xiàn)分層翻滾現(xiàn)象。
儲(chǔ)罐設(shè)有高低液位自動(dòng)保護(hù)裝置，在液位不正常時(shí)，報(bào)警并聯(lián)鎖停止進(jìn)料或停止罐內(nèi)低壓泵運(yùn)行。
(2) 儲(chǔ)罐的壓力控制
LNG儲(chǔ)罐是常壓儲(chǔ)存，全容罐的設(shè)計(jì)壓力一般為29kPa，因而外界大氣壓的變化對(duì)儲(chǔ)罐的操作影響很大，罐的壓力控制采用絕對(duì)壓力為基準(zhǔn)。在正常操作條件下，儲(chǔ)罐的絕對(duì)壓力是通過(guò)BOG壓縮機(jī)壓縮回收儲(chǔ)罐的蒸發(fā)氣體來(lái)控制的。在兩次操作間隔時(shí)間段，儲(chǔ)罐的操作壓力應(yīng)維持在低壓狀態(tài)[通常為0.1073MPa(絕壓)]，以防壓力控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，儲(chǔ)罐操作有一個(gè)緩沖空間。在卸船操作期間，儲(chǔ)罐的壓力將升高，儲(chǔ)罐處于較高壓力操作狀態(tài)。
儲(chǔ)罐的壓力保護(hù)采用分級(jí)制：第一級(jí)超壓保護(hù)將排火炬，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力達(dá)到一定值(如儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力為0.029MPa，則儲(chǔ)罐壓力達(dá)到0.026MPa)時(shí)，控制閥打開(kāi)，超壓部分氣體排入火炬系統(tǒng)。第二級(jí)超壓保護(hù)排大氣，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，儲(chǔ)罐上壓力安全閥打開(kāi)，超壓部分氣體直接排入大氣。第一級(jí)負(fù)壓保護(hù)靠補(bǔ)壓氣體，當(dāng)儲(chǔ)罐在操作中壓力降低到設(shè)計(jì)負(fù)壓時(shí)，將通過(guò)高壓外輸天然氣總管上來(lái)的經(jīng)兩級(jí)減壓后的氣體來(lái)維持儲(chǔ)罐內(nèi)壓力穩(wěn)定。第一級(jí)負(fù)壓保護(hù)通過(guò)安裝在儲(chǔ)罐上的真空閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(3) 儲(chǔ)罐的溫度監(jiān)測(cè)
LNG儲(chǔ)罐的內(nèi)罐底部和罐體上設(shè)有若干測(cè)溫點(diǎn)，可監(jiān)測(cè)預(yù)冷操作和正常操作時(shí)罐內(nèi)的溫度。在罐外也設(shè)有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，可監(jiān)測(cè)LNG的泄漏。為防止儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)冰而危及混凝土基礎(chǔ)，在儲(chǔ)罐基礎(chǔ)上設(shè)有兩套電加熱系統(tǒng)，并在基礎(chǔ)的不同位置設(shè)有溫度檢測(cè)設(shè)施以控制電加熱系統(tǒng)。
2. 罐內(nèi)泵
罐內(nèi)泵的用途是將LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的液體抽出并送到下游裝置。在每臺(tái)泵的出口管線上裝有流量控制閥，用以調(diào)節(jié)各運(yùn)行泵的出口在相同流量下工作和緊急情況時(shí)切斷輸出。為保護(hù)泵，在每臺(tái)泵的出口管線上同時(shí)裝有最小流量控制閥，該最小流量管線也可用于罐內(nèi)LNG的混合以防止出現(xiàn)分層。
當(dāng)接收站處于“零輸出”狀態(tài)時(shí)，站內(nèi)所有的低、高壓輸送泵停止運(yùn)行，僅開(kāi)啟一臺(tái)罐內(nèi)泵以確保少量的LNG在卸料總管中及LNG輸送管線中進(jìn)行循環(huán)，保持系統(tǒng)處于冷狀態(tài)。
(三) 蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)
1. 蒸發(fā)氣增壓
由于外界能量的輸入，如泵運(yùn)轉(zhuǎn)、周圍環(huán)境熱量的泄入、大氣壓變化、環(huán)境影響等都會(huì)使處于極低溫的液化天然氣受熱蒸發(fā)，產(chǎn)生蒸發(fā)氣(BOG)。當(dāng)卸船作業(yè)LNG送入儲(chǔ)罐時(shí)造成罐內(nèi)LNG體積的變化也會(huì)加快蒸發(fā)。LNG接收站在卸船操作時(shí)產(chǎn)生的蒸發(fā)氣的量是無(wú)卸船操作時(shí)的數(shù)倍。
儲(chǔ)罐內(nèi)的蒸發(fā)氣壓力很低，需要增壓才能進(jìn)入系統(tǒng)。采用蒸發(fā)氣壓縮機(jī)將儲(chǔ)罐內(nèi)的蒸發(fā)氣抽出增壓后送入處理系統(tǒng)。蒸發(fā)氣壓縮機(jī)的控制可以是自動(dòng)的，也可以是手動(dòng)的。在自動(dòng)操作模式下，LNG儲(chǔ)罐壓力通過(guò)一個(gè)總的絕壓控制器來(lái)控制，該絕壓控制器可自動(dòng)選擇蒸發(fā)氣壓縮機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷等級(jí)(50%或100%)。在手動(dòng)操作模式下，操作人員將根據(jù)儲(chǔ)罐的壓力檢測(cè)情況來(lái)選擇蒸發(fā)氣壓縮機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷等級(jí)。
如果蒸發(fā)氣的流量比壓縮機(jī)(或再冷凝器)的處理能力高，儲(chǔ)罐和蒸發(fā)氣總管的壓力將升高，在這種情況下，多出的部分蒸發(fā)氣將通過(guò)與蒸發(fā)氣總管相接的壓力控制閥排到火炬。
一般選用1臺(tái)壓縮機(jī)的能力足夠處理不卸船操作條件下產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體，僅在卸船時(shí)，才同時(shí)開(kāi)2臺(tái)壓縮機(jī)。
2. 再冷凝
采用再冷凝工藝的接收站，蒸發(fā)氣增壓后送入再冷凝器。再冷凝器主要有兩個(gè)功能，一是在再冷凝器中，經(jīng)加壓后的蒸發(fā)氣與低壓輸送泵送出的LNG混合，由于LNG加壓后處于過(guò)冷狀態(tài)，使蒸發(fā)氣再冷凝為液體，經(jīng)LNG高壓輸送泵加壓后外輸，因此再冷凝器的另一個(gè)功能是可用作LNG高壓輸送泵的入口緩沖容器。
再冷凝器的內(nèi)筒為不銹鋼鮑爾環(huán)填充床。蒸發(fā)氣和LNG都從再冷凝器的頂部進(jìn)入，并在填充床中混合。此處的壓力和液位控制保持恒定，以確保LNG高壓輸送泵的入口壓力恒定。再冷凝器設(shè)有比例控制系統(tǒng)，根據(jù)蒸發(fā)氣的流量控制進(jìn)入再冷凝器的LNG流量，以確保進(jìn)入高壓輸送泵的LNG處予過(guò)冷狀態(tài)。
在再冷凝器的兩端設(shè)有旁路，未進(jìn)入再冷凝器的LNG通過(guò)旁路與來(lái)自再冷凝器的LNG混合后進(jìn)入高壓輸送泵，同時(shí)旁路也可以保證再冷凝器檢修時(shí)，LNG的輸出可繼續(xù)進(jìn)行。
如果再冷凝器氣體入口壓力在高值范圍不規(guī)則波動(dòng)，再冷凝器的操作壓力控制器將通過(guò)釋放部分氣體到蒸發(fā)氣總管來(lái)維持。
在外輸量較低時(shí)，再冷凝器可能不能將壓縮后的蒸發(fā)氣體完全冷凝下來(lái)。這種情況可通過(guò)再冷凝器液體出口溫度增加來(lái)檢測(cè)。通過(guò)該溫度信號(hào)調(diào)節(jié)控制蒸發(fā)氣壓縮機(jī)的能力。
(四) 輸送系統(tǒng)
LNG接收站輸送系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)LNG再氣化，外輸供氣。該系統(tǒng)主要包括高壓輸送和LNG氣化兩部分。
1. LNG高壓輸送泵
從再冷凝器出來(lái)的LNG直接進(jìn)入LNG高壓輸送泵，加壓后通過(guò)總管輸送到氣化器。根據(jù)外輸氣量的要求控制LNG高壓輸送泵啟停臺(tái)數(shù)。
在氣化器的入口LNG管線上設(shè)有流量調(diào)節(jié)來(lái)控制LNG高壓輸送泵的外輸流量。該流量調(diào)節(jié)可以由操作員手動(dòng)控制，也可根據(jù)外輸天然氣總管上的壓力變化來(lái)控制，通過(guò)LNG高壓輸送泵的外輸流量來(lái)保證外輸天然氣總管上的壓力穩(wěn)定。在高壓輸送泵出口管上設(shè)有最小流量回流管線，以保護(hù)泵的安全運(yùn)行。
2. 氣化器
LNG在氣化器中再氣化為天然氣，計(jì)量后經(jīng)輸氣管線送往各用戶。氣化后的天然氣最低溫度一般為0℃。
LNG接收站一般設(shè)有兩種氣化器：一種用于正常供氣氣化，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；另一種通常僅作為調(diào)峰或維修時(shí)使用，要求啟動(dòng)快。氣化器通常用海水作熱源，海水流量通過(guò)海水管線上的流量調(diào)節(jié)閥來(lái)控制，控制海水流量滿足氣化熱負(fù)荷要求，同時(shí)限制海水溫降不超過(guò)5℃。
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