一种气化控温控压装置在LNG 接收站的实践与应用

张杰(广东珠海金湾液化天然气有限公司，广东 珠海 519000)

0 引言

自2006 年中国第一个LNG(液化天然气)接收站建设、投产以来，国内LNG 接收站在我国沿海地区快速发展。中海油在国内LNG 接收站建设、运营起步较早，近年来，中石油、中石化也积极参与到LNG 接收站建设中，加大了在沿海沿江地区的投入，不断在沿海沿江地区进行LNG 接收站的布局，同时在“碳达峰、碳中和”的大背景下，“油改气”“煤改气”工程也在不断深入推进，为天然气产业的发展注入了源源不断的活力[1]。伴随天然气消费量的增长，LNG 进口量也逐年增加，目前我国已成为世界五大LNG 进口国之一，进口LNG 已经是我国优化能源结构和改善能效最有力的措施之一，随着LNG 接收站的快速发展，LNG 生产技术也在不断成熟，同时也面临很多实际问题[2]。

首先，LNG 接收站投产试车时需要对管线、设备、设施进行预冷，目前预冷的介质主要为液氮或者LNG，使用液氮或者LNG 对接收站设备、设施预冷时，由于液氮或LNG 的温度很低，导致预冷速度不易控制，而且预冷操作性不强，安全风险较大，需要一种能较好控制预冷温度、压力的装置或方法。

其次，在LNG 接收站，LNG 主要有两种外输形式：一是通过开架式汽化器进行高压气化外输；一种通过LNG 槽车进行外输。随着LNG 槽车外输量日益增加，LNG 槽车交通事故时有发生，故需要一种能够灵活处置LNG 槽车进行倒液的应急处置工装。

最后，大多数LNG 接收站槽车装车橇未考虑并设计LNG 槽车超装退液的工艺流程。同时法律法规对LNG 槽车充装率、总重都有明确规定，超装LNG槽车必须退液至满足要求后才能出站，而且LNG 属于危化品，LNG 槽车超装较普通车辆更危险，故需要一种LNG 槽车超装退液的装置[3]。

1 气化控温控压装置的主要技术内容

1.1 气化控温控压装置的结构

一种气化控温控压装置，主要包括一台汽化器、汽化器旁路管线、汽化器进出口管线及接口、出口温度和压力表、汽化器进口及旁路管线控制阀门，以上结构构成一个整体[4]。汽化器进口管线设一个分支点，连接汽化器进口及旁路管线，汽化器进口管线控制阀门设在进口分支点之后，温度和压力表设在汽化器出口管线与旁路管线汇合之后。

1.2 工作原理

装置入口管线连接LNG 或者液氮的注入点，出口管线连接LNG 接收站工艺设备、设施，LNG 或者液氮由入口管线至入口分支点。由此LNG 或者液氮分为两路：一路进入汽化器，气化为天然气或者氮气进入出口管线；另一路通过汽化器旁路管线进入出口管线，经过旁路管线的LNG 或液氮与汽化器出口的天然气或者氮气在出口管线中混合后进入接收站工艺设备、设施中，通过调节入口及旁路管线上的调节阀控制进入出口管线的天然气或者氮气的温度及压力，从而控制进入接收站工艺设备、设施中的天然气或者氮气的温度及压力，同时出口管线上有温度及压力表，可实时监控温度及压力[4]。

从以上原理可知，在LNG 接收站的实际生产中，该装置可广泛应用。作为LNG 低温管线、设备设施的预冷控制工装时，使用LNG 或者液氮对接收站低温设备、管线进行预冷时，该装置入口连接液氮或者LNG 供给源，预冷前期仅打开汽化器入口管线控制阀控制预冷流量及温度，预冷中后期同时调节进口及旁路管线控制阀控制预冷流量、温度及压力；作为LNG槽车应急处置工装时，仅使用该装置的气化功能，对事故LNG 槽车进行自增压，将事故LNG 槽车中的LNG 加压排至空槽车中；作为LNG 槽车超装退液装置时，对需退液LNG 槽车进行自增压，将超装部分LNG 退液至接收站排净系统。故本装置可广泛应用于LNG 接收站LNG 及液氮的气化控温、控压、气化增压排液等操作，并能够很好地控制气化后的压力、温度，提高操作的安全性、可控性。

2 气化控温控压装置在LNG 接收站的实践与应用

2.1 作为LNG 接收站预冷控制工装

在LNG 接收站首次投产、改扩建试车或者设备、设施维修后再次投用时，需要对低温管道、设备进行预冷，一般预冷低温管道、设备使用液氮或者LNG，但由于液氮(-196 ℃)或者LNG(-160 ℃)与处于常温的管道、设备温差太大，直接预冷容易造成管道、设备损坏，故需要缓慢降温预冷，同时释放预冷过程中低温管线、设备的应力，达到保护管道、设备的目的，故一般要求预冷速度控制在10～15 ℃/h，管线同一点的上下表皮温差不超过50 ℃[5]。一般预冷分为预冷前期、中期及后期，同时随着预冷的进行，预冷需要的流量越来越大，温度需要越来越低，一般低温管线预冷至-120 ℃可缓慢使用LNG 进行填充，直至管道所有温度点均低于-155 ℃，预冷填充完成，可正常使用。使用本装置进行预冷时，根据低温管线、设备的尺寸、长度不同，本装置可单独使用也可并联使用，在低温管线较长时还可增加预冷注入点。

预冷管径尺寸较小的低温管道时，可直接使用本装置进行低温管道的预冷，一般第一次预冷时可使用LNG 或液氮作为预冷介质。预冷前期，通过调节本装置入口管线调节阀的开度控制LNG 或者液氮进入汽化器的流量，从而控制本装置出口管线的温度、压力，达到控制进入低温管道中介质温度、压力的目的，一般控制预冷温度速度在10～15 ℃/h；预冷中期，当低温管道温度降低一定程度时，低温管道温度较本装置出口天然气或氮气温差较小时，温降速度会越来越慢，此时需要通过调节本装置旁路管线阀门来进一步降低出口管线温度；预冷后期，为使管道达到深冷状态，可继续开大本装置旁路管线阀门，使管道温度进一步降低，直至低温管道所有温度点均低于-120 ℃，可对低温管道缓慢填充LNG。如低温管道较长，可在低温管道的起始端、中间设置2 个预冷点，以提高预冷效率。

预冷管径尺寸较大的低温管道，使用一套本装置进行预冷时，预冷的流量受限，温降速度较慢且控制性较弱，特别是到预冷中后期管线降温困难，难以达到预冷目标温度。为提高预冷的可控性、安全性、平稳性及经济性，可使用两套本装置并联的形式进行预冷，汽化器的大小可根据实际管径大小进行合理选择。一般两套预冷装置中分别选用一大一小汽化器进行搭配，这样不仅可以增大预冷的流量，同时两套预冷装置的流量控制点更多，控制更精细，温度控制范围更大，可以更好控制预冷的流量，预冷温降更合理，压力更平稳。选用一大一小两个汽化器的优点是气化量较大的汽化器出口的天然气或氮气的温度稍高但流量较大，气化量较小的汽化器出口天然气或氮气温度稍低且流量较小，两个装置的汽化器旁路管线阀门均可对出口天然气或氮气的温度进行控制。故在预冷管径尺寸较大管道时，预冷初期，进入低温管道的天然气或氮气温度稍高且流量不大，此时可只投用气化量较大的汽化器装置；预冷中前期，随着预冷的进行需要的预冷流量变大且温度较低，此时可逐步同时投用气化量较小的汽化器装置，此时预冷流量变大、温度变低；预冷中后期，此时需要进入低温管道的天然气或氮气的温度更低、流量更大，为了保证预冷速度，同步调大两个汽化器装置入口管线阀门，此时预冷流量更大且温度更低；预冷后期，随着低温管道温度与汽化器装置出口介质温差越来越接近，此时可通过调节两个汽化器装置的旁路管线阀门降低出口温度直至预冷完成，最后可以关闭两个预冷装置进口管线阀门，使用预冷装置旁路管线对低温管道进行填充直至充满LNG。

2.2 作为LNG 槽车应急处置工装

近年来，随着LNG 产业的发展，LNG 槽车运输量逐年增加，但LNG 槽车交通事故时有发生，而LNG 属于危化品，处理不当，可能会导致着火、爆炸。当LNG槽车发生事故等紧急情况时，特别是在高速路、隧道、高架桥等主要交通干道发生交通事故，为安全、快速处置危险情况，最大程度降低事故的影响，保障生命财产安全，需要将事故LNG 槽车整体运走或者将事故槽车中的LNG 倒液至一辆空的槽车中运走，以最快的速度安全恢复交通通行，但很多时候不具备将LNG 槽车整体运走的条件，需要进行紧急倒液处置。

在进行LNG 槽车倒液处置时，将本装置的液相入口与事故LNG 槽车的增压口连接，气相接口与事故LNG 槽车的气相接口连接，将事故LNG 槽车的下进液与空LNG 槽车的下进液连接，将空LNG 槽车的气相口连接至安全放空装置；然后按以下步骤进行倒液：第一步，将空LNG 槽车的压力通过气相气动阀及手阀泄压至0.2 MPa 以下后关闭；第二步，打开事故LNG 槽车的增压气动阀、气相手阀及气动阀，调节手阀开度，控制增压速度，将事故LNG 槽车压力控制在0.3～0.5 MPa 之间；第三步，打开事故LNG 槽车的下进液手阀及气动阀，打开空LNG 槽车的下进液手阀及气动阀，将事故LNG 槽车中的LNG 排液至空槽车；第四步，在倒液的过程中，通过控制事故LNG 槽车的增压手阀始终保持槽车压力在0.3～0.5 MPa 之间，通过控制空LNG 槽车的气相手阀，控制空槽车压力在0.2 MPa 以下，直至倒液完成。

采用本装置的优点：倒液时间快，可以不留残液，且倒液后LNG 的组分不会发生变化，且本装置移动性能好，可广泛适用于各种受限地形情况。同时如要加快倒液的速度，可控制LNG 槽车压力稍高，空LNG槽车压力稍低，同时还可向汽化器进行水喷淋，增加气化增压的速度。

2.3 作为LNG 系统自增压装置的应用

LNG 槽车站由于槽车橇流量计故障、LNG 槽车液位计故障、充装调节阀故障、开票员开卡操作失误、现场操作人员误操作等原因可能导致LNG 槽车超装。目前，LNG 槽车超装退液方法主要有液位差自流法、氮气加压法、橇间压差法、压差排液法、蒸发返气法等，但由于每个LNG 接收站槽车橇工艺流程设计不同，选用的方法也有差别，但能够快速、安全、可操作性强、不改变槽罐中LNG 组分的操作方法是退液操作的首选[6]。

在LNG 槽车超装时，LNG 接收站一般使用氮气对超装LNG 槽车进行增压退液，导致退液时间久，退液操作复杂，且退液时会注入大量的氮气，少量氮气会溶解在LNG 中，导致槽车中的LNG 组分发生变化[7]。本装置作为增压退液装置使用时，适用于需要排液的管道或者容器，故选用本装置进行LNG 槽车超装退液时，将本装置的入口管线与超装LNG 槽车增压口连接，本装置的出口管线与槽车气相口连接，打开超装LNG 槽车增压口气动阀、气相气动阀及手阀，对超装LNG 槽车进行增压，调节本装置入口管线阀门可控制超装LNG 槽车槽罐压力在0.3～0.5 MPa，将超装部分LNG 排入接收站排净系统，完成后将LNG 槽车压力泄压至0.1 MPa 以下。本装置作为自增压装置时，相较于使用氮气增压，其利用自身介质气化增压，可在不改变增压装置中物质的组分的情况下实现增压、排液，操作灵活方便，环境适应力强。

3 结语

综上所述，一种气化控温控压装置在LNG 接收站的实践与应用中，首先很好地解决了LNG 接收站预冷低温管道及设备、设施过程中控制预冷温度、压力的问题，极大地提升了预冷过程的可控性，并且可实时监控预冷温度、压力，避免了在预冷过程中管道监控的滞后性，提高了管道预冷的效率，提升了管道预冷过程的安全性、平稳性和经济性；其次解决了LNG 槽车在紧急情况下的安全快速倒液问题，缩短了倒液的时间，提高了操作的安全性，为LNG 液态产业链的安全、平稳发展作出了贡献；最后为未设计LNG 槽车超装退液工艺流程的LNG 接收站解决了LNG 槽车超装退液的难题，提高了LNG 接收站应急处置能力。通过本装置在LNG 接收站的实践与应用，为后续新建、扩建LNG 接收站在低温管道预冷、LNG槽车应急处置倒液、LNG 槽车超装及相关设备增压退液等操作提供了良好的实践经验，推动了LNG 产业的发展。