LNG接收站双储罐串联预冷方案

高玮，杨文刚，盖小刚(中海石油气电集团有限责任公司，北京 100028)

0 引言

大型LNG储罐是LNG接收站最主要的设备，其功能是用以储存液化天然气。一般的大型常压LNG储罐结构型式包括：单容罐、双容罐、全容罐及膜式罐等。按储罐的设置方式可分为地上储罐与地下储罐两种。按结构型式可分为球罐、单容罐、双容罐和全容罐。其中单容罐、双容罐及全容罐均为双层，由内罐和外罐组成，在内外罐间充填有保冷材料，罐内绝热材料主要为膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维毡及泡沫玻璃砖等[1]。

目前国内已建成投产的LNG接收站用LNG储罐全部为地上全包容式混凝土顶储罐(简称FCR)，有效工作容积一般为16 000 m3，内罐采用9%镍钢，外罐是预应力混凝土材料建成，内罐和外罐均具有独立储存LNG的功能[2]。此类LNG储罐的建设周期一般在3年左右(包含设计阶段),在装置机械安装完工、电气和仪表系统调试完成后，进行LNG储罐的水压试验、除明水、气密试验、储罐干燥和氮气置换等预调试工作，之后进行LNG储罐调试工作。

LNG储罐的调试工作主要包括储罐冷却、5 m液位建立及静置、低压泵性能测试、液位仪表调试等工作，当所有调试工作完成后，标志着LNG储罐真正意义上投入运行。LNG储罐的冷却是整个投用调试过程中风险最大、最难控制的一个环节，由于新罐冷却期间可能会有然气或LNG泄漏，处理不当就会发生安全事故。另外，储罐冷却过程中内罐罐体要收缩，如果冷却过程中温降速率控制不好，极有可能破坏LNG储罐内罐，造成储罐泄漏[3-4]。

1 LNG储罐预冷工艺

储罐预冷环节作为最为储罐调试工作重要的一个环节且风险最高。因此需要在预冷过程中着重控制储罐的温降速率，使储罐以一定的速度缓慢降温，逐步冷却。同时，需要在预冷过程中密切检测储罐及附属设备的状态，保证预冷过程更加安全可靠，避免破坏储罐内部，造成储罐泄漏风险[5]。储罐冷却方式有液氮预冷与LNG预冷两种，目前国内LNG接收站常采用LNG预冷的方式。

1.1 新建LNG接收站

全厂机械完工后，于接收首船LNG的时候，利用首船LNG对卸料管线进行冷却和填充后，对新建LNG接收站一期储罐进行冷却，冷却储罐的顺序应为距离卸料码头从远到近，使LNG储罐达到投产条件。

1.2 已投产LNG接收站

对已投产的接收站后期新建成的LNG储罐，可以利用已投产的储罐中的LNG来提供新建储罐预冷所需的LNG。

中海油福建LNG项目二期两个新建5#、6#储罐的预冷，使用一期储罐中的LNG对新建储罐进行预冷。根据福建LNG一期投产数据来看，在储罐预冷过程中，用于储罐预冷的LNG气化成的大量BOG被直接排放至火炬燃烧，造成了大量损失。因此，二期在确保储罐预冷的情况下，提出了双储罐串联预冷的设想：一方面进一步利用第一个预冷储罐产生BOG的冷量；另一方面对产生的BOG最大限度的进行回收，以达到降本增效的生产目标。本文针对福建LNG项目二期2个16×104m3储罐5#、6#储罐的双储罐串联预冷技术方案及过程进行介绍。

2 储罐预冷程序

福建LNG接收站此前已建成并运行4个储罐，接收处理规模为630万吨/年。5#、6#储罐工程项目主要增加2个与1#～4#储罐相同存储规模16×104m3全容LNG储罐，并在每个储罐分别增设3台LNG低压泵和相应的配套设施。除此之外，还将增加一台蒸发气压缩机以及对一期火炬的改造扩容，以处理由于LNG储罐数量增加而导致的BOG量增加及火炬排放量增加。

由于6#储罐距离卸料总管最远，因此先进行6#储罐的预冷工作，当6#储罐预冷结束后再开始进行5#储罐的预冷。储罐预冷程序操作在新增卸料管线预冷及填充之后。预冷步骤为：

(1) 6#储罐预

①6#储罐天然气置换氮气及预冷结束；

②6#储罐打开进料阀门旁路小流量建立500 mm液位；

③LNG船靠泊卸料(根据船期确定)，6#储罐填充至5 m液位。

(2) 5#储罐预冷

①5#储罐天然气置换氮气及预冷结束；

②6#储罐打开进料阀门旁路小流量建立500 mm液位；

③LNG船靠泊卸料(根据船期确定)，5#储罐填充至5 m液位。

(3) 6#和5#储罐静置

①6#储罐静置12 h；

②5#储罐静置12 h。

2.1 6#储罐预冷

首先，进行6#储罐卸料竖管继续填充，填充至预冷管线处。当6#储罐卸料竖管填充完成后，控制预冷管线调节阀开度进行6#储罐预冷，确保储罐内部各温度监控点温降速率3～5 ℃/h，相邻监控点温差不超过30 ℃，不相邻点最大温差不超过50 ℃。当测得底部所有温度均达到-150 ℃(±5 ℃)后，逐步全开预冷调节阀，根据具体情况打开上、下进液的旁路，逐步提高流量直至液位达到约500 mm，6#储罐预冷结束。储罐预冷期间，罐内低压泵及泵筒同时被冷却。

6#储罐预冷期间，储罐压力控制在15～20 kPa左右，储罐预冷前期通过产生的BOG置换储罐内氮气，同时打开6#储罐BOG管线阀门、5#储罐BOG管线阀门，将6#储罐预冷过程产生的BOG引入5#储罐。打开6#储罐顶部临时泄放阀门进行置换气体就地排放并检测组分；当检测的甲烷含量>5%时，关闭6#储罐上就地放空口，通过调节阀门开度控制6#储罐预冷速率及5#储罐BOG置换；通过5#储罐排放口检测排放BOG的甲烷含量>10%时，关闭就地排放口，通过火炬进行BOG放空；通过6#储罐注氮口检测排放BOG的甲烷含量>70%时，开始回收6#储罐预冷产生的BOG。提高6#储罐预冷压力至超过一期储罐压力，采用一期BOG压缩机和高压压缩机回收预冷产生的BOG。且将5#储罐泄压后作为缓冲罐，回收BOG压缩机无法工作时6#储罐所产的BOG。

2.2 6#储罐充液并静置

通过卸船，对储罐进行充液至5 m液位，两个储罐填充流程基本一致。中控控值LNG卸料总管的压力及流量，关闭预冷调节阀，视情况打开上、下进料阀门及旁路。当储罐液位接近5 m时，关闭进料阀。随后，储罐静置12h，观察各参数的变化。

2.3 5#储罐预冷

当6#储罐预冷完成后，开始5#储罐预冷。首先，进行5#储罐卸料竖管继续填充，填充至预冷管线处。当5#储罐卸料竖管填充完成后，控制02-HV-5001开度进行5#储罐预冷，确保储罐内部各温度监控点温降速率3～5 ℃/h，相邻监控点温差不超过30 ℃，不相邻点最大温差不超过50 ℃。当测得底部所有温度均达到-150 ℃(±5 ℃)后，逐步全开预冷阀门02-HV-5001，根据具体情况打开上、下进液的旁路，逐步提高流量直至液位达到约500 mm, 5#储罐预冷结束。储罐预冷期间，罐内低压泵及泵筒同时被冷却。

5#储罐预冷期间，由于前期与6#储罐串联置换氮气及预冷，排放BOG的甲烷含量很快到达回收标准>70%，产生的BOG几乎全部回收。

2.4 5#储罐充液并静置

通过卸船，对储罐进行充液至5 m液位。中控控值LNG卸料总管的压力及流量，关闭02HV5001，视情况打开上、下进料阀门及旁路。当储罐液位接近5 m时，关闭进料阀。随后，储罐静置12 h，观察各参数的变化。

3 结论

3.1 双储罐串联预冷

根据两罐串联预冷的经济节能理念，在确保储罐就地放空安全性的前提下实施两罐串联预冷方案。在6#储罐预冷过程中，将6#和5#储罐串联预冷、放空，提前置换5#罐中的氮气并降低温度为后续该储罐预冷做准备，在相当程度上节约了预冷5#储罐的BOG用量。

3.2 BOG回收

在预冷6#储罐过程中提高该储罐预冷压力至超过一期储罐压力，采用一期BOG压缩机和高压压缩机回收预冷产生的BOG。且将5#储罐作为缓冲罐，回收BOG压缩机无法工作时6#储罐所产的BOG，大大降低了BOG放空量。截止6#储罐建立500 mm液位，仅放空约168 t LNG产生的BOG, 5#储罐在预冷过程中几乎没有放空BOG，较福建LNG根据一期项目一个储罐需预冷需要1 200 t LNG的数据预测的5#、6#储罐预冷各需约1 100 t LNG的预测值来看，优化后的5#、6#储罐预冷方式总体回收LNG共计约2 030 t。此预冷储罐方式对今后的其他新建及扩建工程有很强的借鉴意义。