液化天然气接收站保冷循环工艺分析

刘筠竹，于传生，赵弘翔，王龙泉

液化天然气接收站保冷循环工艺分析

刘筠竹1，于传生1，赵弘翔1，王龙泉2

（1. 中石油京唐液化天然气有限公司，北京 101100； 2. 中国石油抚顺石化公司，辽宁 抚顺 113006）

为了研究液化天然气接收站两种常见保冷工艺的特点及优劣，为旧站的工艺变更和新站的设计方向提供依据。从运行能耗、操控性能、应急操作、最小外输量四个方面入手进行对比分析，得出两种工艺各有优劣的结论，故应针对具体情况选择适合的保冷工艺，才能有效实现平稳运行、节能降耗等目标。

液化天然气；保冷工艺；分析

液化天然气接收站是对船运液化天然气（以下简称LNG）进行接卸、储存、气化、外输的装置[1]。由于LNG在常压温度为-162～-158 ℃[2]，所以整体工艺状态为低温运行，间歇使用的LNG管线（如卸料管线、排净管线等）也需要维持冷态，以保证必要时可以及时投入使用。其中，卸料管线由于其工艺地位重要、管径大、长度长等因素所需求的保冷量最大，其保冷工艺的选择对整个系统的影响也较大[3]，所以本文主要就两种不同的卸料管线保冷工艺的特点进行分析。

1 工艺简介

A工艺(图1)：LNG经储罐内潜液泵送出后分为两条线，一条线直接去往下游（再冷凝器），另一条线去往卸料总管进行保冷循环，循环后的大部分LNG与第一条线汇合，一同去往下游[4]。

B工艺(图2)：LNG经储罐内潜液泵送出后分为两条线，一条线直接去往下游（再冷凝器），另一条线去往卸料总管进行保冷循环，之后全部返回储罐。

2 工艺分析

2.1 运行能耗

通过图1和图2可以看出，A工艺中用于保冷循环的LNG供应了一部分下游需求;

图2 B工艺部分流程Fig.2 Part of process B

B工艺中的保冷LNG则完全返回储罐，当外输需求相等时，在泵的负荷方面，B工艺要高于A工艺。实际经验表明，正常外输工况下，B工艺总是需要比A工艺多启用一台泵。以NIKKISO的LNG潜液泵为例，单台功率约为225 kW，则外输量相等时，A工艺可比B工艺节省耗电量：

此外，B工艺中由于有大量LNG返回储罐，闪蒸量较大，同时对罐内LNG进行搅动，使蒸发率提高。所以在蒸发气（以下简称BOG）产生量方面，B工艺要明显多于 A工艺，也就意味着 B工艺中BOG压缩机需要在更高的负荷下运行，来维持系统稳定。实际经验表明，在接收站规模及设备性能接近的前提下，若以A工艺的流程运行时，BOG压缩机需要100%负荷运行，那么如换做B工艺的流程，则至少需要 150%负荷运行（比如：两台运行，每台75%负荷）。以Burckhardt的天然气压缩机为例，功率约为700 kW，不同负荷下功率变化较小，则A工艺可比B工艺节省耗电量：

由此可见，在运行能耗方面，A工艺更为节能，但节能程度还要取决于卸料管线长度等因素。对于B工艺来说，卸料管线越长，保冷量需求越大，返回储罐时闪蒸量越大，BOG压缩机的负荷也就越大；而对于A工艺来说，该因素对BOG产生量的影响不会很明显。

2.2 操控性能

对于将 BOG进行再冷凝处理的接收站来说，在进行工艺调整时，控制再冷凝器的压力、液位和温度的稳定是整个控制系统的重点和难点，任何参数超限都会造成连锁反应，甚至触发SIS联锁使对应设备跳车，最严重可导致全厂停车[5]。通过图 1和图2可以看出，B工艺的再冷凝器上游直接来自低压泵出口，而A工艺的再冷凝器上游来源除低压泵出口以外，还有一部分来自经保冷循环后的LNG，可见影响其运行状态的因素要更多，稳定性相比B工艺也就略差。

接卸LNG船时，卸料开始前需要将保冷循环停止，并在卸料结束后恢复保冷。在B工艺条件下，停止和恢复保冷循环操作比较简单，几乎不会对再冷凝器产生影响，而在A工艺条件下的操作会相对复杂一些，需要时刻保证在保冷循环流量减小或增加时，去往再冷凝器的LNG流量恒定。相似道理，当进行增外输和减外输操作时，B工艺相对于A工艺的操作也更加简单。

此外，A工艺由于混合了经保冷循环后的LNG，使其入口LNG的温度略高于B工艺，在外输量较低时尤其明显，这会降低BOG的冷凝效率，提高冷凝后的LNG温度，对防止下游高压泵发生汽蚀效应有负作用。同时，过热的LNG易造成再冷凝器系统的波动，使其的稳定性变差。

由此可见，在操控性能方面，B工艺比较有优势。

2.3 应急操作

当有运行设备跳车或发生某些事故时，进行工艺调整的速度和实效性最为重要，迅速且有效的操作可将损失降到最低。下面就两种保冷工艺，分析 LNG接收站内部分常见设备跳车时应急预案的差异。

2.3.1 低压泵跳车（表1）

表1 两种工艺下低压泵跳车的对比Table 1 Comparison of low pressure pump’s trip between the two processes

在A工艺条件下，当发生低压泵跳车时，需要针对具体的运行工况来确定相关操作，操作量相对大一些，恢复速度也慢一些，若操作不当易导致外输量降低或低压泵过载。

在B工艺条件下，由于卸料管线保冷循环不参与供应下游，当发生低压泵跳车时，迅速关闭保冷循环可将原用于保冷的LNG补充给下游，大大减弱低压系统的波动，并且短时间暂停保冷循环对整个系统影响不大，操作量少，有效减少了恢复所需的时间。

2.3.2 BOG压缩机跳车(表2)

表2 两种工艺下BOG压缩机跳车的对比Table 2 Comparison of BOG compressor’s trip between the two processes

同样是为了给低压系统增压，A工艺由单个控制点调节虽然操作量少，但收效较慢；相比之下B工艺由两个控制点进行调节，只要调节得当，收效必然快于A工艺。

2.3.3 高压泵跳车(表3)

表3 两种工艺下高压泵跳车的对比Table 3 Comparison of high pressure pump’s trip between the two processes

在两种工艺条件下，高压泵发生跳车的应急操作难度都比较大，因为低压系统压力的飙升极易使再冷凝器系统失控，发生超压或超高液位的SIS联锁，其余运行的高压泵存在过载的风险，同时低压泵也面临着由于流量迅速下降导致跳车的可能性。

两者操作的区别在于对卸料管线保冷循环的处理，A工艺是关小，B工艺是开大，开大保冷循环意味着释放低压系统的压力，可以缓解由于压力过高而使泵的流量过快地下降，一定程度上降低了低压泵由于流量过低跳车的可能性。

由此可见，在应急操作方面，B工艺的优势更大一些，虽然与A工艺在操作难度上基本持平，但对维持系统稳定，尽快恢复原工况有更好的效果。

2.4 最小外输量

当前，国内的能源结构及需求特点决定了进口LNG在除冬季以外的时间需求量很小，在此期间LNG接收站的主要功能为LNG储存，尽可能地降低LNG的消耗。最小外输量是维持LNG接收站正常运行的最低日气化量，是体现LNG接收站节能水平的重要依据[6]。

最小外输量的确定取决于多项指标，最主要的一项是确保过量的BOG可以被完全冷凝回收，保证系统压力正常。站内产生的BOG量越多，BOG压缩机的负荷越大，再冷凝过程需要的 LNG量也越多，对应的最小外输量就越大。

上文已经提到，在其他条件相同的前提下，使用A工艺对卸料管线进行保冷比使用B工艺所产生的BOG量少，其对应的最小外输量也较低，一般可以比B工艺少10%～20%。那么，在节能降耗方面，毫无疑问A工艺要优于B工艺。

3 结 论

综上所述，可以将两种工艺的优劣归结为以下几点：

（1）在运行能耗方面，A工艺占有一定优势，但优势的大小还要考虑卸料管线长度等因素；

（2）在操控性能方面，B工艺占有一定优势，运行更稳定，；

（3）在应急操作方面，B工艺稍占优势，具体情况还要考虑设备性能和运行工况等因素；

（4）最小外输量方面，A工艺优于B工艺，节能降耗效果明显。

由此可见，在LNG接收站的保冷工艺中，很难说哪种工艺有绝对优势，针对不同的站址、不同的设备和不同的工况选择最适合的工艺流程，才能有效地减少资源浪费，降低运营成本，最好地实现企业目标。

［1］ 李志军.液化天然气接收站的工艺系统[J].中国海上油气（工程），2002，14（6）：8-9.

［2］ 顾安忠,等.液化天然气技术[M].北京:机械工业出版社,2008:10-13.

［3］ 王建.LNG低温管道保冷技术[J].消费导刊，2014(6):192-192.

［4］ 刘猛，游莉.LNG接收站工艺系统概述[J].中国科技博览，2012（4）：96-97.

［5］ 刘召，张水红.LNG接收站再冷凝器控制原理[J].油气储运，2012,31（z1）：125-128.

［6］ 周华等.液化天然气（LNG）接收站运营输量控制研究[J].管道技术与设备，2012（3）：25-27.

Analysis of the Cold Cycle Process in LNG Terminals

LIU Yun-zhu1，YU Chuan-sheng1，ZHAO Hong-xiang1，WANG Long-quan2
（1. PetroChina Jingtang LNG Co.,Ltd., Beijing 101100，China；2. CNPC Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113006，China）

To study characteristics and advantages of two cold cycle processes in LNG terminals, to provide basis for design direction and process change, four aspects were analyzed: energy consumption, operating performance, emergency operating and the minimum throughput. It’s pointed out that each process has advantages and disadvantages; the proper cold cycle process should be chosen based on different working conditions to achieve the goals of running stability and energy saving.

LNG; Cold cycle process; Analysis

TE 8

： A

： 1671-0460（2015）04-0840-03

2015-02-12

刘筠竹（1988-），男，吉林松原人，助理工程师，2011年毕业于北京化工大学高分子材料与工程专业，研究方向：从事LNG接收站生产运营管理工作。E-mail：liuyunzhu@petrochina.com.cn。